車用潤滑油添加劑T151與納米銅的復配性能研究

劉謙 曹瑞林

1.裝甲兵工程學院裝備再制造工程系，北京 100072

2.中國人民解放軍66166部隊裝備部，天津 301915

車用潤滑油添加劑T151與納米銅的復配性能研究

劉謙1曹瑞林2

1.裝甲兵工程學院裝備再制造工程系，北京 100072

2.中國人民解放軍66166部隊裝備部，天津 301915

本文研究了納米銅顆粒與分散劑T151在液狀石蠟中的復配性能，分析了T151分散劑含量變化對摩擦學性能的影響。試驗結果表明，在液狀石蠟中加入納米銅添加劑能夠顯著降低摩擦系數，減少磨損量。分散劑T151與納米銅共同作用時沒有負面影響，在試驗范圍內添加量為0.7%時具有最佳效果，磨斑直徑比基礎油減小29%。

納米銅；功能添加劑；摩擦磨損

摩擦磨損是普遍存在的自然現象，納米材料的發展為實現摩擦磨損表面自適應、自修復提供了新的途徑[1]。潤滑油添加劑通常包括極壓抗磨添加劑、清凈劑、分散劑、抗氧劑和摩擦改進劑等[2]。分散劑具有較好的分散性和優異的高溫穩定性，與金屬清凈劑復合，不但能較好地解決發動機的低溫油泥，還能減少發動機部件上漆膜和積碳的沉積，因此是內燃機油中需要添加的油品添加劑。納米銅金屬顆粒添加劑是研究的熱點之一，納米銅的添加能明顯改善礦物潤滑油的抗磨減磨性能[3-8]。本文選取具有代表性的分散劑T151（聚異丁烯丁二酰亞胺）與納米銅復配，研究其復配后的摩擦學性能。

1 試驗方法與材料

采用液相還原法制備平均粒徑10～20nm的納米銅顆粒，表面改性處理后添加到基礎油液狀石蠟中，添加量為0.3%(Wt%)。功能添加劑為分散劑T151（聚異丁烯丁二酰亞胺），分別按0. 2%、0.5%和0.7%重量百分比添加在基礎油中。

試驗設備采用國產MM—10W型機械四球摩擦試驗機。試驗載荷400N，試驗時間30min，轉速1450r/min。試驗采用重慶產直徑為Ф12. 7 mm的國家Ⅱ級標準GCr15鋼球，硬度58～62 HRC。試驗自室溫開始，在大氣中進行。試驗前后試樣用石油醚超聲清洗10 min，用光電顯微鏡觀察磨斑表面形貌并測量平均磨斑直徑。

2 試驗結果及討論

2.1 摩擦學性能研究

圖1為基礎油、添加納米銅以及同時添加納米銅和T151時摩擦系數的隨試驗時間的變化。可以看出，液狀石蠟中加入納米銅之后摩擦系數明顯降低，納米銅起到了良好的減摩作用。液狀石蠟和0.3%納米銅潤滑下的磨斑直徑分別為0.62mm和0.59mm，納米銅潤滑下鋼球的磨損量要比基礎油潤滑時的磨損量減小約5%。同時添加分散劑T151和納米銅時，T151添加量的變化對摩擦系數的影響不大，說明T151的加入沒有起到很好的協同作用，但也沒有發生對抗作用。

圖1 T151添加量對摩擦系數的影響

圖2 為不同潤滑條件下鋼球磨斑表面形貌

表1為T151添加量對磨斑直徑的影響。可以看出，當加入不同濃度的T151后，鋼球試樣的磨斑直徑有一定程度的減小。在試驗范圍內，磨損量隨T151的添加量增加而減小，當T151的添加量為0.7%時，鋼球的摩斑直徑最小，比單獨添加納米銅時減小25%，比基礎油潤滑時減小29%。可見，在試驗范圍內，添加T151對納米銅的減摩性能影響不大，能夠明顯提高其抗磨損性能。

表1 T151添加量對磨斑直徑的影響

2.2 摩擦表面分析與討論

在光學顯微鏡下觀察發現，加入了納米銅顆粒潤滑的摩擦表面呈淺黃色，能譜分析發現淺黃色物質富含銅元素。添加納米銅前后的磨斑表面對比可以看到，基礎油潤滑下的試樣表面存在較多的犁溝，與添加納米銅潤滑時相比犁溝明顯較深、較寬。加入納米銅顆粒后，試樣表面的磨損較輕，磨損狀況明顯改善。

圖2為不同潤滑條件下鋼球磨斑表面形貌。其中圖2a、b和c分別為添加納米銅顆粒的同時添加不同重量百分比的分散劑T151作為潤滑劑時的磨斑表面形貌，圖2d為基礎油中添加0. 3%納米銅潤滑下的磨斑表面形貌。對比可以發現，與基礎油中添加納米銅潤滑下的試樣表面比較，T151與納米銅共同作用下試樣表面的磨損較輕，磨痕表面比較平整，磨斑表面的劃痕和犁溝明顯減少，因此而耐磨性能得到提高。

3.結論

功能添加劑T151分散劑與納米銅共同作用對潤滑性能沒有明顯影響，T151添加量變化時摩擦系數基本相同；在試驗范圍內T151添加量為0.7%時具有最佳耐磨性能，磨斑直徑比添加納米銅潤滑時減小25%，比基礎油潤滑時減小29%。總之，納米銅與分散劑T151復配后沒有明顯對抗作用，對耐磨性能有協同作用。

[1]徐濱士, 張偉, 劉世參, 等. 現代裝備智能自修復技術 [J]. 中國表面工程.2004,17 (1): 1-4

[2]史佩京. 減摩修復添加劑的研制及發動機臺架考核試驗 [D]. 北京：裝甲兵工程學院. 2003

[3]劉謙, 徐濱士. 納米潤滑材料和潤滑添加劑的研究進展 [J]. 航空制造技術. 2004, (2): 71-73

[4]劉謙，徐濱士，許一,等.摩擦條件對納米銅潤滑添加劑減摩性能影響的研究[J].裝甲兵工程學院學報.2004.18（1）：84～86

[5]李海濤,劉萬輝,鮑愛蓮.環保型潤滑油納米添加劑的摩擦學行為[J]. 中國材料科技與設備.2008，5（3）：47～48

[6]劉謙，徐濱士，許一,等.添加工藝對納米銅添加劑減摩性能影響的研究[J].潤滑與密封.2005，（2）：12-13

[7]史佩京，劉謙，于鶴龍，徐濱士，納米銅微粒作為潤滑油添加劑的分散方法及其摩擦學性能研究[J].石油煉制與化工. 2005.36(3):33～38

[8]于鶴龍，許一，史佩京,等.分散工藝對納米銅顆粒摩擦學性能的影響[J]. 中國表面工程.2006,19(4):291～294

The Tribological Properties of Lubricants Containing Nano-Cu Additives and functional additive T151

Liu Qian1Cao Ruilin2
1.Department of Remanufacturing engineering, Academy of Armored Forces Engineering, Beijing 100072 2. 66166 General Armament Department of PLA，Tianjin 301915

The tribological properties of nano-cu additive cooperated with different contents of functional additive T151 have been investigated by MM-10W four-ball test machine. The results showed that lubricants containing nanoparticles has a good anti-wear and antifriction properties. Compared with the base oil, the anti-wear ability had been advanced by 29% with nano-Cu and 0.7% functional additive T151. The obtained results showed that the cooperation of nano-cu additive and functional additive was benificial to the anti-wear properties of the base oil.

nano-Cu; functional additives; friction and wear

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.17.013

國防科技重點實驗室基金項目

劉謙(1973-)，男（漢），河北辛集人，助理研究員，博士。目前主要從事表面工程技術應用研究。