淺談納米添加劑在農機潤滑油中的應用

韓嘉慶，周桂霞*，賈鴻搏，趙勝雪，胡 軍，隋 新

（1.黑龍江八一農墾大學，黑龍江大慶 163319；2.黑龍江三維農用潤滑油有限公司，黑龍江哈爾濱 150001）

0 引言

潤滑油的使用是農業機械正常運行的必要條件，潤滑油作為農機發動機良好工作的潤滑劑，除了起到潤滑和抗磨損的功用之外，也具備冷卻、清潔、防銹、防腐和抗氧化的功能。

絕大多數農業機械不追求速度而是追求大扭矩和高牽引效率，而交通運輸車輛是追求速度與傳遞效率的均衡。因此，農業機械變速箱與交通運輸車輛變速箱的傳動比和變速方式明顯不同，動力輸出和工況也不同。當前高性能農用發動機的工作過程中，潤滑油由于接觸發動機工作產生的廢氣、灰塵、磨屑和積炭及其它雜質，會對潤滑油造成惡性污染，從而影響機器使用效率。因此，面對農業機械工作所需的特定要求及相對惡劣的工作環境等，農機潤滑油應該有其特定的研究方向與重點才更為合適。針對農業機械的作業特性，研發適用于農業機械的新品種潤滑油，提高潤滑油性能，節省能源消耗，提高工作效率，保護環境已經非常重要。

納米添加劑的出現，不僅對傳統發動機和交通運輸車輛的潤滑油有著很大程度的優化，也非常適合應用在農業機械方面。研究表明，納米粒子可以明顯改善潤滑油的摩擦特性，提高抗磨減磨作用，兼有固體與液體兩種潤滑作用，適用于不同的復雜作業條件。納米添加劑針對農業機械發動機的高溫，高壓，低速重載的工況，有著顯著的潤滑效果，可降低摩擦系數，修復磨損，增加氣缸壓力，改善潤滑質量，提高潤滑性能，有傳統潤滑油添加劑無法比擬的優勢。因此，納米添加劑在農機潤滑油方面非常具有發展前途[1]。

1 我國農機潤滑油應用現狀

近年來由于我國車輛產業技術的快速提高，作為車輛產業中的農業機械，如拖拉機和收獲機，也取得了快速進步。隨著國家對農業政策扶持力度加強，農機購置補貼項目資金的增加，使農機普及率不斷上升，伴隨而來的是我國農機潤滑油行業的迅速發展。在農機潤滑油行業迅速發展的同時，也涌現了諸多問題。

目前，國內性能優異的農機仍多為進口農機，絕大多數進口農機均有與其配套使用的專用潤滑油，價格遠遠高于國內自主生產的潤滑油，同時進口農機的銷售者對購買者施行捆綁式銷售，要求購買者使用其內部專用潤滑油，進口農機在保期間如果不使用銷售公司提供的潤滑油，出現問題后，銷售公司不對購買者進行售后服務，這種要求的出現使得購買者必須花高價購買其專用潤滑油，導致作業成本的提高。對于很多已經過保的進口農機，很多購買者考慮到機械的成本，依然不敢使用其他品牌的潤滑油，擔心對進口機械造成損壞，耽誤農忙時節的作業，繼續選用高價格的專用潤滑油。其實，對這類進口農機專用潤滑油取樣后，經過專業機構的化驗表明，一些進口農機專門配套使用的潤滑油在成分上與國內生產的潤滑油無異，經過對比試驗發現這類進口農機的專用潤滑油甚至潤滑效果還不及國內生產的潤滑油。經過調研，很多農戶表示在進口農機潤滑油問題上，如果國內自主生產的潤滑油，可以充分滿足進口農機安全作業的要求，提供合同保證，同時價格合理，他們是非常愿意接受的。這一現象說明了我國應針對這類進口農機的潤滑要求進行針對性研究，研發出充分滿足其作業條件的潤滑油。對于國產農機，在農機潤滑油方面，很多使用者考慮到作業成本，切身利益等問題，多采用價格相對低廉的潤滑油，甚至用汽車潤滑油或部分工業機械潤滑油代替農機潤滑油。這說明了在我國農機潤滑油行業仍然存在無專門用油的現象，使得農機潤滑油的質量得不到保證，需盡快制定完整的技術標準，規范的市場要求。

針對農機工作環境相對惡劣、機具體型較大、低速重載的特點，使得對農機潤滑油有著特殊要求。國內自主研發的農機潤滑油與世界先進水平仍然有著一定的差距。為了滿足農業機械作業條件，保證潤滑油品質，農業機械潤滑要求，從基礎油到部分添加劑，多數廠家仍選擇從國外進口。單從添加劑方面來看，在中低端農機潤滑油添加劑我國可以自行生產研發，但在高端添加劑方面，我國仍需進口。我國農機潤滑油的研究工作方興未艾，鑒于此，對其展開深入研究，針對農機作業特點研發出適宜且高效的潤滑油變得尤為重要。

2 納米添加劑

隨著材料科學與摩擦學領域的不斷發展，近代測試設備與技術的不斷進步，納米材料作為前沿內容也隨之活躍起來，諸多的摩擦學問題也因此得到解決。納米材料因自身獨特的結構，使其具有尺寸效應，表面與界面效應等特性，利用其優質特性，提高潤滑油摩擦性能[2]。目前常用的納米添加劑種類分為納米金屬單質，主要有納米銅、納米鈦、納米鉛、納米鋅、納米錫等；納米金屬氧化物與氫氧化物，主要有納米Fe3O4、納米n-TiO2、納米PbO、納米n-Mg（oh）2等；納米碳材料及其C衍生物類，主要有納米石墨、納米富勒烯、碳納米管、納米類富勒烯等；納米硫化物，主要有ZnS、MoS2等；納米硼酸鹽，主要有硼酸鈣、硼酸鈦、硼酸鋁、硼酸鎂等；納米稀土類化合物，主要有納米LaF3、納米CeF3等；納米聚合物，主要有聚苯乙烯（PS）納米微球等高分子納米微球。這七類納米添加劑經過實驗表明，將其加入到潤滑油當中，均起到了較好的減磨抗磨作用。

2.1 納米添加劑的作用機理

目前，針對納米材料作為潤滑油添加劑的作用機理沒有明確的研究結論，總結起來分為以下三種：

1）發生摩擦時，在高溫高壓條件下，納米材料因自身的吸附能力較強，在發生摩擦的摩擦副表面形成一層薄膜，這種納米薄膜具有很好的韌性與抗彎抗磨強度，很大程度提高了摩擦副承載能力，在發生摩擦時優先在薄膜處發生摩擦，減小其摩擦磨損[3]。特別是在無潤滑條件時，可起到應急潤滑油作用。

2）發生摩擦時，納米粒子的尺寸微小，可以近似為球型，高壓下納米晶格發生滑移現象，在摩擦副表面起到一種類似“滾珠微軸承”的作用，將滑動摩擦轉變為部分滾動摩擦，降低摩擦，減少磨損，提高抗擠壓性能。

3）發生摩擦時，摩擦副表面的納米粒子，從微凸體狀態在高壓下被壓平，隨著納米粒子沉積的積累增加，逐漸滑落覆蓋到產生磨損的摩擦副凹坑處，填補微坑和損傷的部位，將摩擦副表面修復平整。

2.2 納米添加劑針對農機潤滑油的優勢

目前傳統潤滑油只能起到潤滑作用，面對農機發動機高溫高壓高負載的條件時，可能出現結塊和積碳，對發動機產生傷害，增加了發動機的磨損。納米添加劑的出現很大程度對農機潤滑油性能進行了改善，提高潤滑效果。針對農機發動機工作特點，解決了高溫高壓高負載工作條件下，傳統潤滑油無法解決的問題。

1）提高抗磨減磨性。納米添加劑與目前傳統潤滑油添加劑相互比較，明顯發現潤滑性能優異，大幅度減小摩擦磨損，經過試驗發現，納米潤滑油換油周期延長，長時間工作后的摩擦副表面磨斑磨痕較少，修復了摩擦表面。

2）高溫領域應用穩定。目前高效的農機發動機都是在高溫高壓下工作，因此對潤滑油工作溫度的要求也越來越高。納米材料原本在高溫高壓條件下，易發生團聚，沉積，隨著表面改性技術的提高，對納米材料表面進行修飾，解決了納米材料的團聚，沉積的問題，使其在高溫高壓條件下可以穩定工作，且具有很好的熱穩定性，導熱性。

3）節能環保，微量高效。納米添加劑的應用符合國家環保的號召，對環境污染問題有著很大的改善，減少了摩擦過程中產生的有毒有害氣體和雜質，降低潤滑油中重金屬的含量，避免環境污染和對人體的傷害。同時，提高了機器工作效率，降低摩擦磨損導致能源的浪費，微量的納米添加就可以實現大幅度降低摩擦因數，提高潤滑油的減磨抗磨能力，起到了節能環保，微量高效的作用。

3 發展趨勢

如今伴隨農業機械化的飛速發展，農機潤滑油想要符合愈發先進，高效的農業機械的使用要求，必須要不斷提高質量，制造出有著卓越性能的新產品，研發更為優質、高效、環保、節能的農機潤滑油。將納米添加劑應用到農機潤滑油，可以滿足農機發動機高溫高壓高負載的要求，提高潤滑性能，降低摩擦磨損，減少排放，提高作業效率，有著較高的應用推廣價值。

由于納米材料自身的性質，其穩定性與分散性還需要得到進一步的提升，選擇最為適宜的活性劑是解決問題的關鍵，未來應深入研究納米材料與油品的兼容性。制備納米添加劑的技術目前仍然處于實驗室階段，未來能否批量生產也值得探究。綜上所述，納米添加劑在農機潤滑領域有著不錯的前景也有著諸多問題需要繼續探究。