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过渡族金属硒化物纳米材料的制备及摩擦学性能研究

作　者: 余应明
导　师: 李长生
学　校: 江苏大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 过渡族金属硒化物纳米材料固相反应添加剂摩擦接触电阻接触点法向坐标Zc
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

层状结构的过渡族金属硒化物MSe₂（M=Mo、W、Nb）作为固体润滑剂,得到了广泛应用,但由于其晶体边缘不饱和的悬挂键具有化学活性,在摩擦过程中容易黏附到金属表面和被氧化,使其摩擦学性能急剧降低,这种现象在潮湿的气氛中尤其严重。而独特闭合结构的MSe₂（M=Mo、W、Nb）纳米材料（纳米颗粒、纳米线、纳米管/束）在结构上消除了悬挂键的存在,提高了化学稳定性,对降低摩擦磨损具有重要意义,在摩擦学上将有广阔的应用前景。本文主要对过渡族金属硒化物MSe₂（M=Mo、W、Nb）型纳米材料的制备工艺和摩擦学性能等问题进行初步探索。主要内容包括:（1）将单质硒粉分别和Mo、W、Nb金属粉末密封在石英管内,在高温箱式炉中加热,通过固相反应合成了大量的MoSe₂、WSe₂和NbSe2纳米片。对所合成的纳米材料分别用TEM、SEM、XRD等方法进行了结构、形貌和成分的测试和表征。（2）以WSe₂为例,对零维硒化物纳米材料的生长过程及影响其结晶生长的环境因素,如反应温度,保温时间,降温速率,气体流量,过硒系数等反应条件进行了简单讨论,最后对一维MSe₂纳米材料的生长机制给出了合理解释。（3）将MoSe₂纳米片、WSe₂和NbSe₂纳米颗粒分别作为润滑油添加剂,添加在不同的基础油中,在CETR UMT-2多功能摩擦试验机上进行了不同条件、不同运动形式的摩擦学试验,对硒化物纳米材料的摩擦学行为进行了初步探讨。（4）通过对添加MSe₂纳米级固体添加剂的润滑油的摩擦性能试验,初步探讨了含有MSe₂纳米级固体添加剂的润滑油的摩擦机制,其优异的摩擦性能可能归结于MSe₂纳米材料独特的结构、润滑膜机制和填充条件修复机制。（5）提出了采用油膜电阻测量方法分析纳米材料在润滑油中减摩耐磨的机理,同时结合接触点法向坐标的变化引起摩擦系数的微观变化分析纳米材料在润滑油中的作用。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-11
第一章绪论  11-25
  1.1 摩擦学的研究背景和意义  11-12
  1.2 固体润滑  12-13
  1.3 纳米级固体润滑剂  13-18
    1.3.1 纳米材料的特性  13-14
    1.3.2 纳米润滑油添加剂在国内外的发展  14-17
    1.3.3 纳米材料作为润滑油添加剂的优势及存在的问题  17-18
  1.4 过渡族金属硒化物纳米材料的研究现状  18-21
    1.4.1 制备方法研究现状  18-19
    1.4.2 结构研究现状  19-21
  1.5 MSe_2型纳米硫硒化物的摩擦学应用研究现状  21-23
  1.6 本课题的选题背景、意义和主要研究内容  23-25
第二章设备仪器  25-28
  2.1 试验设备  25
  2.2 样品测试表征设备  25
    2.2.1 X射线粉末衍射仪  25
    2.2.2 扫描电子显微镜  25
    2.2.3 透射电子显微镜  25
  2.3 样品摩擦性能测试设备  25-28
    2.3.1 UMT-2摩擦检测仪  25-28
第三章 MSe_2(M=W,Mo,Nb)纳米材料的制备和表征  28-45
  3.1 MSe_2型硒化物纳米材料制备研究现状  28-29
  3.2 MoSe_2和WSe_2纳米板的制备  29-34
    3.2.1 样品制备  29-30
    3.2.2 产物表征  30-34
  3.3 NbSe_2纳米材料的制备  34-37
    3.3.1 样品制备  34-35
    3.3.2 产物表征  35-37
  3.4 影响MSe_2纳米材料合成的因素  37-44
    3.4.1 升降温速率的影响  38
    3.4.2 保温时间的影响  38-39
    3.4.3 过硒系数的影响  39-44
  3.5 本章小结  44-45
第四章过渡族金属硒化物纳米材料作为润滑油添加剂的摩擦学应用及减摩抗磨机理  45-66
  4.1 纳米材料作为润滑油添加剂在摩擦领域中研究现状  46-47
  4.2 MSe_2纳米材料在UMT摩擦实验机上摩擦性能研究  47-59
    4.2.1 实验过程  47-48
    4.2.2 MoSe_2摩擦性能研究  48-53
    4.2.3 WSe_2摩擦性能研究  53-57
    4.2.4 NbSe_2摩擦性能研究  57-59
  4.3 MSe_2摩擦性能综合比较  59-64
  4.4 本章小结  64-66
第五章过渡族金属硒化物纳米材料摩擦机理探讨  66-76
  5.1 纳米硒化物的摩擦机理国内外研究现状  66-69
    5.1.1 第三体和自修复  66-67
    5.1.2 化学反应  67-68
    5.1.3 材料转移和分层剥离机制  68-69
  5.2 影响含有添加剂的润滑油摩擦性能的几个主要因素  69-72
    5.2.1 速度  71
    5.2.2 载荷  71-72
    5.2.3 添加剂浓度  72
    5.2.4 表面粗糙度  72
    5.2.5 纳米材料的形貌  72
  5.3 油润滑介质纳米润滑材料摩擦作用机理  72-75
    5.3.1 独特的结构  73
    5.3.2 润滑膜机制  73-74
    5.3.3 填充条件修复作用机制  74-75
  5.4 本章小结  75-76
第六章结论和展望  76-78
  6.1 结论  76-77
  6.2 研究展望  77-78
参考文献  78-84
致谢  84-85
硕士期间发表论文  85

过渡族金属硒化物纳米材料的制备及摩擦学性能研究

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