氫氧化鑭/碳煙復(fù)合潤(rùn)滑添加劑的制備及摩擦學(xué)特性

關(guān)鍵詞：煤制油碳煙；油胺； ；添加劑；減摩抗磨中圖分類號(hào)：TH117.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

Abstract：WithChina’sabundantrarearthresources，lanthanummergesasacrucialelement.Lanthanumhydroxide，notableforits economicalandenvionmentallfriendlysynthsisandsuperortribologicalproprtis，presentspotentialapplicationsintribology. However，thefrictio-reducingandanti-wearperformanceofoal-tilsot（CS）islimitedToinvestigateteinfluenceoflantaum hydroxideonenhancingthetribologicalpropertiesofCSandtoelucidateitslubricationmechanism，thissudysythesizedoleylamie modified lanthanum hydroxide composite soot nanomaterials（ ）viaahydrothermalmethod.The frictional propertiesofCS and CS as liquid paraffn （LP）lubricant aditives were examined using an MRS-1OF four-ballfriction and wear ester.A seriesfcomprehensivecharacterizationaproacheswereemployedtoaalyzethemorphology，ompositionndstructureofCSandLa （OH） CS.The SEMand XPS wereused to characterizeof surface wearscar andelucidatethe frictionalmechanisms.Theresults indicatethatLa（OH）/CSexhbitssuperioranti-frictionandant-wearpropertiescomparedtoCS.Atanaditionconcentrationof0.3 w t % ，theaverage frictioncoefcient（AFC）and average wearscardiameter（AWSD）were minimized to0.0818andO.372 mm，respectively，representing reductions of 33. 1 % and 2 9 . 3 % compared to LP. A t 0 . 3 w t% addition concentration，compeared with CS，La

（OH） CSrevealed ? ? significant friction reduction and anti-wear effectsat low speeds.Its AFC decreasing by 3 9 . 9 % compared to LP.

The friction mechanism analysis revealed can form a lubricating protective film containing C，O，and Fe on the friction surface.The onion-like carbon structure of CS was observed to peel offrom the friction surface，while nanorods acted as bearings，polishing the friction surface.The synergistic effect of CSand in enhanced the frictional properties of LP.

Keywords：coal-to-oil soot;oleylamine; composites;additives;anti-friction and anti-wear

摩擦磨損是機(jī)械設(shè)備運(yùn)行不可避免的[1]。發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒產(chǎn)生的能量中有三分之一因摩擦而損失[2]，為了減小各個(gè)機(jī)械部件間的摩擦磨損，一些減摩抗磨技術(shù)迅速發(fā)展起來(lái)，例如新型高效潤(rùn)滑油添加劑的開(kāi)發(fā)、在摩擦副表面涂層和織構(gòu)等。但隨著工作環(huán)境日益復(fù)雜多變，傳統(tǒng)潤(rùn)滑油添加劑很難滿足特殊工況條件下機(jī)械設(shè)備的要求，如何開(kāi)發(fā)耐磨性好、承載能力強(qiáng)的新型高效抗磨添加劑一直是潤(rùn)滑油領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)[3-4]

燃料在發(fā)動(dòng)機(jī)中不完全燃燒產(chǎn)生的碳煙是一種類似于洋蔥形狀的納米碳，常被描述為球形多殼富勒烯[5]。蘇鵬等[6]收集了柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的尾氣碳煙并考察其作為柴油機(jī)油添加劑，當(dāng)添加量在 內(nèi)有一定的減摩抗磨效果，超過(guò) 3 Δ w t % 時(shí)會(huì)導(dǎo)致磨損加劇，說(shuō)明高濃度碳煙不利于潤(rùn)滑。Li等[7]采用油胺為改性制備出生物柴油碳煙負(fù)載二氧化鈰（ ）復(fù)合材料，在PAO6中展現(xiàn)出良好的分散性，當(dāng)添加量為 0 . 1 w t% 時(shí)摩擦學(xué)性能最佳，摩擦系數(shù)和磨損體積分別降低 1 7 . 3 % 和 3 5 . 2 % ，兩者協(xié)同作用可有效提升摩擦學(xué)性能。

中國(guó)有著豐富的稀土資源，由于稀土元素具有特殊的4f電子層結(jié)構(gòu)和較低的電負(fù)性，化學(xué)性能較強(qiáng)，在電子產(chǎn)品、石油化工、新材料和高科技領(lǐng)域等有著廣泛的應(yīng)用。鑭作為稀土元素的第一個(gè)元素，其化合物和其他鑭系化合物的化學(xué)性質(zhì)相似，由于鑭化物受到4f軌道電子的影響，具有六方晶系的結(jié)構(gòu)，展現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性和摩擦學(xué)性能，可促使摩擦表面形成潤(rùn)滑保護(hù)膜，提升潤(rùn)滑油減摩抗磨性能。在摩擦學(xué)領(lǐng)域倍受關(guān)注的鑭化合物是 和 ，而 的研究相對(duì)較少。本課題組前期用四球摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)考察 和 對(duì)含煤間接液化柴油碳煙（F-TDS）和 柴油碳煙（DS）的油品潤(rùn)滑性能的影響，發(fā)現(xiàn)低添加濃度下 和 在含F(xiàn)-TDS和DS的白油體系中均展現(xiàn)出較為優(yōu)異的潤(rùn)滑性能，潤(rùn)滑性能的提升歸因于在摩擦進(jìn)程中鑭化物添加劑在接觸表面形成含鑭邊界潤(rùn)滑保護(hù)膜[8]。 是一種重要的氫氧化物，具有制備方法經(jīng)濟(jì)環(huán)保和減摩抗磨性能良好的特點(diǎn)，較其他氫氧化物有著更加經(jīng)濟(jì)環(huán)保和穩(wěn)定的特性因而展現(xiàn)出獨(dú)特的摩擦學(xué)性能。Zhao等[9通過(guò)溶膠-凝膠法制得蛇紋石/La（OH）復(fù)合粒子，發(fā)現(xiàn)復(fù)合粒子具有優(yōu)異的摩擦學(xué)性能，平均摩擦系數(shù)（Averagefrictioncoefficient，AFC）和平均磨斑直徑（Averagewear scardiameter，AWSD）較基礎(chǔ)油降低了 2 4 . 6 3 % 和 4 1 . 8 8 % ，摩擦表面被復(fù)合粒子修復(fù)，展現(xiàn)出良好的抗磨性能。 等[0]以油胺為改性劑制備出納米氫氧化鑭/還原氧化石墨烯（ ）納米復(fù)合材料，發(fā)現(xiàn)nano 分散性顯著提升，當(dāng)添加濃度為 0 . 1 w t% 時(shí)，磨損量降低 44 % ，顯著提高柴油機(jī)油在邊界潤(rùn)滑條件下的抗磨性能。以上研究表明， 作為納米潤(rùn)滑材料與其它基體有著良好的協(xié)同效應(yīng)， 作為潤(rùn)滑添加劑具有良好的發(fā)展前景。

因此，通過(guò)La（OH），與煤制油碳煙（Coal-to-oilsoot，CS）復(fù)合，探究 對(duì)于CS潤(rùn)滑性能的提升以及協(xié)同潤(rùn)滑機(jī)理，開(kāi)發(fā)La（OH），與CS復(fù)合作為潤(rùn)滑添加劑具有實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值。本文采用比石墨烯價(jià)廉易得的CS為原料，用油胺作為改性劑，經(jīng)水熱法合成油胺改性氫氧化鑭復(fù)合碳煙納米材料 ），利用多種分析方法探究其物理化學(xué)性質(zhì)，考察其作為潤(rùn)滑添加劑的減摩抗磨性能，旨在開(kāi)發(fā)1種新型高效的煤制油碳煙復(fù)合潤(rùn)滑材料。

1 材料與方法

1. 1 實(shí)驗(yàn)材料與設(shè)備

七水氯化鑭 ）、油胺（ ）氨水（ ）、乙醇（ ）；煤制油（coal-to-oil）；液體石蠟；CS捕集裝置（實(shí)驗(yàn)室自制）；四球摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)；GCr15鋼球；反應(yīng)釜。

1.2 cos ， L a（ O H） ， Λ/ C S 的制備

使用實(shí)驗(yàn)室自制的碳煙捕集裝置燃燒煤制油收集CS，將收集到的CS放烘箱中 1 2 0 ‰ 干燥 ，研

磨均勻后備用。

的制備：將 CS和 0 . 4 5 g 七水氯化鑭加人 6 0 m L 乙醇水溶液中 ：1）超聲分散1h，將 0 . 6 5 g 油胺和 0 . 9 5 g 氨水依次加入到CS混合分散液中， 攪拌反應(yīng) ，反應(yīng)結(jié)束后，將混合物離心過(guò)濾，固體洗滌至洗滌液 值 干燥 ，研磨后備用。

1.3 CS、La（OH） 的摩擦學(xué)實(shí)驗(yàn)

向液體石蠟（LP）中分別加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0 的CS 和 La（OH） 配制 L P + C S 和 L P + L a （OH） ，將上述混合物磁力攪拌 ，再超聲分散 。在MRS-10F四球摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行摩擦學(xué)實(shí)驗(yàn)，試件為 的GCr15專用鋼球。在試驗(yàn)力為196N，轉(zhuǎn)速 ，溫度為室溫的實(shí)驗(yàn)條件下，將配制好的不同濃度的混合物分別進(jìn)行 3 0 m i n 摩擦磨損實(shí)驗(yàn)，并對(duì)CS和 的最佳添加濃度進(jìn)行不同轉(zhuǎn)速0 ）的摩擦性能測(cè)試，每組實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次，記錄每個(gè)混合物的摩擦系數(shù)（Frictioncoefficient，F(xiàn)C）和磨斑直徑（Wear scardiameter，WSD）來(lái)評(píng)價(jià)其減摩抗磨性能。

1.4材料及摩擦磨損實(shí)驗(yàn)后鋼球測(cè)試與表征方法

使用傅里葉紅外光譜儀（FTIR）在波數(shù)4000 內(nèi)獲取FTIR數(shù)據(jù)，將樣品與溴化鉀（KBr）混合后研磨成細(xì)粉，然后壓成圓柱形，分析CS、 納米材料的表面官能團(tuán)組成。使用X射線光電子能譜（XPS）獲得電子譜圖，配備單色A1 Kα 作為X射線源，工作頻率達(dá) 2 2 5 W ，最終數(shù)據(jù)以 ）為基準(zhǔn)進(jìn)行校準(zhǔn)，分析 納米材料的表面元素價(jià)態(tài)及含量和摩擦磨損實(shí)驗(yàn)之后的上試球磨痕表面的元素組成及價(jià)態(tài)。

使用高分辨透射電子顯微鏡（HRTEM），加速電壓為 ，對(duì) 納米材料的粒徑及內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。使用X射線衍射儀獲取樣品的X射線衍射（XRD）圖譜，2θ角度范圍為 ，掃描速率為 和使用波長(zhǎng)為5 1 4 n m 的拉曼光譜儀（Raman）獲取拉曼數(shù)據(jù)，分析CS 納米材料的結(jié)構(gòu)及無(wú)序化程度。使用熱場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡SEM（操作電壓為 ）獲取摩擦磨損試驗(yàn)后上試球表面形貌。

2 結(jié)果與討論

2. 1 復(fù)合材料La（OH） 和CS表面官能團(tuán)及元素組成

圖1為FTIR分析的CS和 納米材料官能團(tuán)組成。在 處的吸收峰為羥基-OH的伸縮振動(dòng)； 處出現(xiàn)的吸收峰為醚鍵C-O-C的伸縮振動(dòng)； 處的吸收峰為C-H的彎曲振動(dòng)。對(duì)于CS，在 處出現(xiàn)的振動(dòng)峰為芳環(huán)上的 C= 0 振動(dòng)； 處的振動(dòng)峰為醚類C-O-C的不對(duì)稱伸縮振動(dòng)； 處出現(xiàn)的振動(dòng)峰為芳環(huán) Σ= C H 的面外變形振動(dòng)。對(duì)于La（OH） ，在 處出現(xiàn)了一個(gè)強(qiáng)吸收峰屬于復(fù)合材料的 中-OH的伸縮振動(dòng)所造成的[]；在 處出現(xiàn)的特征峰，是 基團(tuán)的不對(duì)稱伸縮振動(dòng)導(dǎo)致的寬吸收帶；在 處的振動(dòng)峰是-CH面內(nèi)彎曲振動(dòng)； 處的振動(dòng)峰是 L a - O - H 彎曲振動(dòng)[12]。證明 晶粒和CS復(fù)合成功。

利用XPS對(duì)CS和復(fù)合材料 的元素價(jià)態(tài)進(jìn)行分析。圖2為CS和 的XPS全譜譜圖，CS的全譜譜圖顯示了兩個(gè)結(jié)合能峰，位于 和 5 3 2 . 3 3 e V 處，分別歸屬于C1s和O1s，復(fù)合材料 的全譜譜圖顯示了La3d（ 8 3 6 e V ）峰以及C1s和O1s峰。為進(jìn)一步探究，對(duì)以上元素的精細(xì)譜圖進(jìn)行了分峰擬合，結(jié)果如圖3所示。圖3A為CS和 的C1s圖譜：位于2 8 4 . 8 0 e V 的特征峰歸屬于C-C鍵;位于 和 的特征峰歸屬于C-O-C鍵；位于 和 處的特征峰分別歸屬于O-C= 0 鍵和 C= 0 鍵。圖3B為01s圖譜：位于 和 的特征峰歸屬于C-O鍵；位于532.85eΔ V 和 的特征峰歸屬于 鍵。圖3C為N1s圖譜，可以發(fā)現(xiàn)CS沒(méi)有檢測(cè)出N元素，而復(fù)合材料 在 處檢測(cè)到 鍵，其來(lái)源于油胺的氨基，碳煙表面接枝親油性的基團(tuán)，有益于提高納米材料在LP中的油溶性[13]

對(duì)于La3d圖譜為圖3D，可以看出CS沒(méi)有檢測(cè)到La元素，復(fù)合材料 在 和 檢測(cè)出的特征峰歸屬于 軌道，位于 處的特征峰歸屬于 軌道[12]La 峰的共存證實(shí)了CS上La的存在，說(shuō)明納米 在CS表面負(fù)載成功。

2.2 復(fù)合材料La（OH） 和CS的形貌及結(jié)構(gòu)

為探究 和 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和尺寸的差異，對(duì)3種材料進(jìn)行HRTEM分析，結(jié)果如圖4所示。圖4A為CS的HRTEM圖像，可以看出，CS是多個(gè)球形顆粒組成的鏈狀結(jié)構(gòu)；圖4B可以發(fā)現(xiàn)， 是棒狀結(jié)構(gòu)的納米顆粒[14]；從圖4C可以看出， 納米顆粒是被CS“包覆”

在其中心；可以有效避免 納米顆粒的團(tuán)聚，為 納米顆粒提供良好的載體;圖4D所示，通過(guò)對(duì) 納米復(fù)合材料局部區(qū)域進(jìn)行放大，可以觀察到清晰的 晶格條紋，測(cè)得其晶格間距約為 。通過(guò)制備出復(fù)合材料 ，可以較大程度上提高稀土金屬在LP中的分散穩(wěn)定性。通過(guò)以上分析可得，復(fù)合材料 復(fù)合成功。

圖5為復(fù)合材料 和CS的XRD圖譜。可以看出，CS在 出現(xiàn)的兩個(gè)相對(duì)較弱漫散射峰分別屬于石墨的（002）晶面的寬化特征衍射峰和（101）晶面的特征衍射峰。通過(guò)與標(biāo)準(zhǔn)卡片（JCPDSNo.36-1481）[12]對(duì)比，發(fā)現(xiàn)復(fù)合材料 衍射峰的位置和相對(duì)強(qiáng)度與其相吻合，說(shuō)明復(fù)合材料 具有很好的結(jié)晶性，通過(guò)分析可知 屬于六方晶系[15]，為更好地說(shuō)明 中 的晶體結(jié)構(gòu)，通過(guò)計(jì)算得出其晶胞參數(shù)和結(jié)晶度，通過(guò)

Unitcell修正得出， ，通過(guò)擬合得出La（OH）的結(jié)晶度為 8 8 . 2 % ，可以看出圖譜中沒(méi)有其它多余的雜質(zhì)峰，說(shuō)明合成的復(fù)合 很純凈，但在圖譜中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)CS的兩個(gè)漫散射峰，其原因是復(fù)合材料 衍射峰的相對(duì)強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于 c s 。

CS及 的拉曼光譜圖如圖6所示，含碳納米材料的無(wú)序化程度通常用D峰強(qiáng)度與G峰強(qiáng)度之比（ 來(lái)表征， 的值越低，表明碳納米材料石墨化程度越高，缺陷越少越有序[16-17]通過(guò)高斯分峰擬合后計(jì)算得出CS和 的 比值分別為2.03和3.52，說(shuō)明CS的石墨化程度要高于 ，其原因是在進(jìn)行水熱反應(yīng)的過(guò)程中， 中CS的結(jié)構(gòu)遭到破壞，導(dǎo)致表面的缺陷增加[18]，石墨化程度降低。

2.3 CS 和 La（OH） 對(duì)LP的減摩性能的影響

圖7A、圖7B分別為不同添加濃度的CS和La（OH） 的FC圖。圖8為不同添加濃度的CS和 的AFC圖。圖7A和圖8可知，CS有一定的減摩效果，當(dāng)添加濃度為 0 . 2 w t% 時(shí)，F(xiàn)C曲線最低，經(jīng)過(guò)短暫磨合后，摩擦曲線隨時(shí)間趨于平穩(wěn)且緩慢降低，波動(dòng)較小；當(dāng)添加濃度為 0 . 3 w t% 時(shí)，F(xiàn)C曲線開(kāi)始出現(xiàn)上升的趨勢(shì)，添加濃度增加到0.5w t % ，F(xiàn)C曲線甚至超過(guò)了純LP的FC值，無(wú)法起到促進(jìn)潤(rùn)滑的效果。由圖8可知隨著在LP中加入不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的CS，其AFC隨著CS添加濃度的增大呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢(shì)。在CS添加濃度為0.2w t % 時(shí)AFC達(dá)到最低值0.093，相對(duì)于純LP，其AFC減少了 2 3 . 3 % 。分析其原因，碳煙是納米球形碳顆粒組成，由于親油溶性較弱在LP中極易團(tuán)聚，添加量濃度過(guò)高時(shí)，小顆粒團(tuán)聚形成較大磨粒，突破油膜厚度，致使減摩效果變差[19]

由圖7B和圖8可以看出， 復(fù)合材料具有優(yōu)異的減摩效果，在LP中 0 . 5 w t% 的添加濃度內(nèi)，其AFC 均小于純 L P 。在 添加濃度為 0 . 1 w t% 時(shí)，就有明顯的減摩效果，F(xiàn)C曲線平穩(wěn)。與純LP相比較， 添加濃度為0 . 3 w t% 時(shí)其AFC 減小了 3 3 . 1 % 。相對(duì)于CS，在相同的添加濃度下， 的AFC均低于CS，說(shuō)明 減摩性能優(yōu)于 c s 。分析其原因，CS包覆在 表面，制備過(guò)程中油胺的加入在 納米材料表面接枝到長(zhǎng)碳鏈，改善在LP的分散穩(wěn)定性。 對(duì)表面具有拋光效果，使其摩擦表面更加光滑，促進(jìn)CS與摩擦表面發(fā)生摩擦化學(xué)反應(yīng)形成潤(rùn)滑保護(hù)膜，避免摩擦表面的直接接觸，在較大程度上提高其減摩性能[20]

圖9為 L P+ 0 . 3 w t% La（OH） 、 L P+ 0 . 3 w t % CS在不同轉(zhuǎn)速下的FC曲線圖，可以看出在 的工況下，F(xiàn)C均比較穩(wěn)定，在 1 0 0 0 、 工況下， 的FC均出現(xiàn)先增大后減小的變化趨勢(shì)，CS的FC均出現(xiàn)先減小后增大的變化趨勢(shì)，分析原因是 納米復(fù)合材料在 時(shí)，在磨損表面的潤(rùn)滑保護(hù)膜最穩(wěn)定，超過(guò)最佳轉(zhuǎn)速潤(rùn)滑保護(hù)被破壞，破壞了油膜的連續(xù)性，致使減摩效果降低。

圖10為 w t % CSAFC與轉(zhuǎn)速關(guān)系圖。隨著轉(zhuǎn)速的升高其AFC均出現(xiàn)了先減小后增大的變化趨勢(shì)，其中在轉(zhuǎn)速為 時(shí)，二者AFC最小達(dá)到O.074和0.086，相比與在 的工況下，AFC減小9 % ， 2 0 . 9 % 。綜上所述， 和 L P + 0 . 3 w t % CS在轉(zhuǎn)速為 的工況下，其FC最穩(wěn)定， 與CS相比減摩效果更顯著，超過(guò) 后，二者減摩性能差距減小，在 的工況下，減摩效果最好。

2.4 CS和 La（OH） 對(duì)LP的抗磨性能的影響

的變化趨勢(shì)圖。圖12A為純LP的下試球磨斑，圖12B＼～圖12F、圖12G＼～圖12K分別為不同添加量CS和 摩擦實(shí)驗(yàn)后的下試球磨斑。由圖增加，下試球的AWSD均先減小后增大。CS和La（OH） 在添加同樣濃度的情況下， 的AWSD均小于 c s 。CS在添加濃度為 0 . 2 w t% 時(shí)，抗磨效果最佳，其AWSD為 0 . 4 4 3 m m ，相對(duì)于純LP減小了 在添加濃度為0.3w t % 時(shí)，抗磨效果最好，AWSD為 ，相對(duì)于純LP減小 2 9 . 3 % 。結(jié)果表明，與CS相比，La（OH） 復(fù)合材料能顯著提高LP的抗磨性能，說(shuō)明CS和 復(fù)合后具有協(xié)同抗磨作用，可以承受較高的剪切力，增強(qiáng)油膜強(qiáng)度，從而降低磨損。

圖13為 C S + L P 的平均磨斑直徑與轉(zhuǎn)速關(guān)系圖，結(jié)果表明，隨著轉(zhuǎn)速的增加 和0.3w t % （204號(hào) C S + L P 的AWSD均出現(xiàn)增大的趨勢(shì)，當(dāng)轉(zhuǎn)速為 時(shí)，加入 混合油液的平均磨斑直徑為 ;轉(zhuǎn)速升高到 時(shí)，平均磨斑直徑為 0 . 4 3 8 m m ;隨著轉(zhuǎn)速的不斷增大其平均磨斑直徑也隨之增大。相對(duì)于 的工況下，在轉(zhuǎn)速達(dá)到 時(shí)，其磨斑直徑為0 . 5 2 8 m m 。可看出，平均磨斑直徑隨轉(zhuǎn)速的增加而增大，在 的條件下， 的抗磨效果顯著提升，分析原因，在低轉(zhuǎn)速下形成連續(xù)且堅(jiān)韌潤(rùn)滑保護(hù)膜，隨轉(zhuǎn)速的增加，潤(rùn)滑保護(hù)膜的穩(wěn)定性被破壞，抗磨性能降低，因而 的適應(yīng)于低轉(zhuǎn)速工況的潤(rùn)滑場(chǎng)景。

2.5 CS和 上試球磨痕表面形貌及減摩抗磨機(jī)理

圖14為L(zhǎng)P、CS和 上試球磨痕SEM圖。圖14A為L(zhǎng)P摩擦磨損試驗(yàn)后上試球磨痕形貌，可以看出，純LP潤(rùn)滑下磨痕表面磨損嚴(yán)重出現(xiàn)了深犁溝、剝落坑以及摩擦產(chǎn)生的碎屑堆積。

圖14B～圖14F為L(zhǎng)P中CS不同添加量濃度的上試球的磨痕表面形貌圖，可以看出，隨著CS添加濃度的增加，其磨損程度出現(xiàn)了先減輕后逐漸嚴(yán)重的變化趨勢(shì)，分析是當(dāng)CS添加濃度較低時(shí)，在摩擦過(guò)程中CS無(wú)法均勻地在摩擦表面上吸附，造成摩擦表面的磨損較為嚴(yán)重，隨著CS添加濃度的增加，CS在摩擦副表面起到滾珠作用，可以有效的隔離摩擦副間的接觸，磨損情況得到改善，當(dāng)添加濃度超過(guò)0 . 3 w t% 時(shí)，磨損情況變得嚴(yán)重，分析是由于CS在LP中易團(tuán)聚形成磨粒，磨粒突破油膜的厚度，出現(xiàn)了貧油潤(rùn)滑，導(dǎo)致摩擦表面磨損嚴(yán)重。相對(duì)來(lái)說(shuō)，在CS的添加濃度為 0 . 2 w t% 時(shí)，抗磨性最好，并未出現(xiàn)嚴(yán)重的犁溝和剝落坑，僅出現(xiàn)少量淺犁溝。

圖14G～圖14K分別為L(zhǎng)P中 添加濃度為 w t % 的上試球的磨痕表面形貌圖，可看出，與添加相同濃度的CS相比，其磨損程度均有較大的改善。隨著 添加濃度的增加，其表面磨損程度也出現(xiàn)了先減輕后逐漸嚴(yán)重的變化趨勢(shì)，當(dāng)添加濃度為 0 . 3 w t% 時(shí)抗磨效果最佳，磨痕表面僅出現(xiàn)極少數(shù)的淺犁溝，整體表現(xiàn)均勻光滑，分析原因是 復(fù)合材料在摩擦過(guò)程中表面形成摩擦保護(hù)膜，可有效阻止摩擦表面之間的直接接觸，最終降低了磨痕表面的磨損程度，但添加量過(guò)高還是會(huì)因顆粒團(tuán)聚導(dǎo)致抗磨效果下降。

為了對(duì)CS和 的減摩抗磨機(jī)理進(jìn)一步探究，選取了L P ， 0 . 3 w t % C S + L P 及 0 . 3 w t% 三組上試球磨痕進(jìn)行XPS檢測(cè)，考察其元素價(jià)態(tài)及組成，結(jié)果如圖15所示。

圖15A為C1s譜圖，位于 的特征峰歸屬于C-C鍵，在 2 8 5 . 9 5 ～ 2 8 6 e V 處出現(xiàn)的特征峰歸屬于C-O-C鍵或者C-O鍵， 出現(xiàn)的特征峰歸屬于 C= 0 鍵或者 0 - C= 0 鍵。其C主要是來(lái)源于LP中所含有的有機(jī)物吸附與納米添加劑在摩擦過(guò)程中形成的潤(rùn)滑保護(hù)膜[21]

圖15B為01s譜圖，位于 的特征峰歸屬于鐵的氧化物，位于531.30＼～531.75eΔ V 處出現(xiàn)的特征峰歸屬于C-O-C鍵或者C-O鍵，位于 處出現(xiàn)的特征峰歸屬于C= 0 鍵。

圖15C為 F e2 p 譜圖， 7 1 0 . 9 0 ～ 7 1 1 e V 處出現(xiàn)的特征峰分別屬于FeO和 ，對(duì)應(yīng)于氧化鐵，7 2 4 . 4 0 ～ 7 2 4 . 8 0 e V 處出現(xiàn)的特征峰分別屬于 軌道，結(jié)合01s譜圖可知兩種添加劑在摩擦過(guò)程中都能形成含有C、O、Fe的摩擦保護(hù)膜，顯著提高了LP 的摩擦學(xué)性能[22-23]。添加 0 . 3 w t% La（OH） 的上試球磨痕未檢測(cè)到La元素的特征峰，可能是因?yàn)樘砑恿可伲ズ郾砻嬖睾繕O低，故而未檢測(cè)到。

復(fù)合材料 作為L(zhǎng)P潤(rùn)滑添加劑，具有良好的摩擦學(xué)性能。通過(guò)磨痕SEM圖和XPS結(jié)果分析，推測(cè) 在LP中的減摩抗磨機(jī)理，當(dāng)摩擦實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí) 隨著LP進(jìn)入到摩擦表面，在剪應(yīng)力作用下 納米復(fù)合材料表面的CS脫落，在載荷的作用下洋蔥狀碳逐層剝落，吸附在摩擦表面形成含有C、O、Fe的潤(rùn)滑保護(hù)膜，從而阻止摩擦副表面的直接接觸，La（OH） 納米棒對(duì)摩擦表面具有滾動(dòng)拋光作用，使其摩擦副表面更加光滑，在摩擦過(guò)程中充當(dāng)“微軸承”， 中的CS與 具有協(xié)同作用，形成連續(xù)穩(wěn)定的潤(rùn)滑油膜，有效減少摩擦表面的直接接觸，顯著提升了LP的減摩抗磨效果。

3 結(jié)論

（1）采用水熱法制備的 復(fù)合納米材料，具有良好的結(jié)晶性，石墨化程度降低，La 的摩擦學(xué)性能優(yōu)于CS，添加量在0.3w t % 、低轉(zhuǎn)速下， 比CS展現(xiàn)出更好的摩擦學(xué)性能，在轉(zhuǎn)速大于 時(shí)二者的減摩抗磨性能相差不大。

（2）CS包覆在 納米棒，有效防止La（ 納米棒的團(tuán)聚，制備過(guò)程油胺的加入在La 表面接枝長(zhǎng)碳鏈，提升其LP在分散穩(wěn)定性，減摩抗磨效果提升。

（ 作為L(zhǎng)P的潤(rùn)滑油添加劑，La 中CS脫落后在載荷的作用下CS的洋蔥狀結(jié)構(gòu)碳逐層剝落，摩擦過(guò)程中會(huì)吸附在摩擦表面發(fā)生摩擦化學(xué)反應(yīng)形成含有C、O、Fe的潤(rùn)滑保護(hù)膜， 納米棒對(duì)摩擦表面的拋光作用且可充當(dāng)“微軸承”， 中的 與CS協(xié)同作用有效促進(jìn)了LP抗磨減摩性能。

本研究開(kāi)發(fā)的新型潤(rùn)滑添加劑 具有環(huán)保、高性能等的特點(diǎn)。在低添加濃度下和低轉(zhuǎn)速下，具有優(yōu)異的摩擦學(xué)性能，在低轉(zhuǎn)速的摩擦場(chǎng)景中具有潛在的應(yīng)用前景。

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（責(zé)任編輯：唐慧）