《武汉工程大学学报》 2008年02期
105-107
出版日期：2008-02-28
ISSN:1674-2869
CN:42-1779/TQ
纳米铜作润滑油添加剂的性能研究
0引言将各种纳米颗粒作为润滑油添加剂，在最近几年取得了许多研究成果，纳米材料添加剂表现出了良好的减摩抗磨和提高润滑油的承载能力的性能，某些纳米颗粒还对磨损表面具有一定的修复能力［14］.但纳米粒子作为润滑油添加剂还处于起步阶段，含纳米粒子添加剂的商业润滑剂则很少.目前的研究只是在一味强调润滑油添加剂优异的摩擦学特性，对于它们的物理化学性能则研究很少，而润滑油的理化性能的好坏直接反映了润滑油的品质.润滑油的基本理化性能指标有：粘度、粘温特性、闪点、倾点、酸值、含水量、乳化性、泡沫特性、锈蚀性、腐蚀性等［5］，这些都是润滑油的重要的理化性能指标，其理化性能的优劣直接影响到纳米润滑油的使用性能和工业推广应用，是纳米润滑油有走向市场实现产业化的必备的技术前提.纳米铜具有优良的热传导性、延展性、抗腐蚀性，在润滑油中得到了广泛的应用研究，为此研究了纳米铜作润滑油添加剂的摩擦学性能和主要理化性能研究，以便尽早实现产业化.1试验部分1.1基础油和添加剂在试验中作为添加剂的纳米铜微粒由武汉工程大学摩擦学实验室提供，采用化学方法微乳液法制备，所制备的纳米铜粒径为10～20 nm.基础油采用兰州炼油厂生产的工业用液压油HL68.将适量纳米铜添加剂加入到HL68中，配置成质量分数5%的试样油.1.2摩擦学试验在XP6销盘摩擦磨损试验机上进行摩擦试验，所用摩擦副材料为45钢/45钢，接触形式为销/盘接触，下试样固定，上试样旋转，其相对转数为100 r/min，分别在不同载荷下作对比试验测摩擦系数，试验时间为1 h，润滑方式为浸油润滑，试验在室温下进行.在四球机上进行润滑油的承载能力和磨损试验，使用钢球为所用钢球为GCr15二级标准钢球（上海钢球厂生产，直径为Φ12.7 mm），主轴转速为1 450 r/min，试验时间为10 s，承载能力以最大无卡咬负荷PB值表示，磨损量以钢球的平均磨斑直径表示.本试验中摩擦磨损试验的数据均为三次重复试验的平均值.1.3理化性能测试根据润滑油技术要求，主要测试了粘度、粘温特性、倾点和闪点、机械杂质、酸值、抗乳化性、锈蚀性.其中，粘度、粘温特性、倾点和闪点、机械杂质、酸值在中国石化武汉分公司油品化验车间测试.抗乳化性、锈蚀性在武汉工程大学摩擦学实验室进行测试.2试验结果与分析2.1纳米铜的减摩性分析图1是含纳米铜添加剂的试样油和基础油HL68的摩擦系数随外载荷的变化关系对比，从图1中可以看出，含纳米铜添加剂的试样油的摩擦系数都低于相同条件下基础油HL68的摩擦系数，在实验载荷为240 N时，摩擦系数减小得最明显，比基础油的摩擦系数减小了39.1%，这说明纳米铜颗粒能在不同程度上改善润滑油的减摩特性.图1摩擦系数随外载荷的变化关系
Fig.1Variation of friction coefficient as load2.2纳米铜的抗磨性和承载能力分析图2是含纳米铜添加剂的试样油和基础油HL68在四球机上的平均磨斑直径的对比，试验载荷分别为510 N、530 N、559 N、588 N、618 N、637 N.从图2中可以看出，含纳米铜添加剂的试样油与基础油相比，平均磨斑直径在低载荷变化不明显，但在载荷为618 N后，平均磨斑直径明显减小，尤其载荷为637 N时，平均磨斑直径减少了56.8%，具有优异的抗磨性；且测得试验油和基础油的PB值（最大无卡咬负荷值）分别为834 N和618 N，提高了34.95%，具有良好的承载能力.图2平均磨斑直径对比
Fig.2Contrasting of average wear scar diameter2.3基础油与试样油的技术指标和测试结果GB1118.11994中规定了HL液压油的技术指标，将纳米铜添加剂加入到HL68中，配置成质量分数5%的试样油，测试了其理化性能指标.技术要求与测试结果如表1所示.从表1中可以看出，加入纳米铜添加剂后对基础油的理化性能影响不大，都在指标范围类，具有良好的理化性能.第2期徐建生，等：纳米铜作润滑油添加剂的性能研究
武汉工程大学学报第30卷
表1含纳米铜添加剂的试验油理化性能测试结果
Table 1Physical and chemical properties of the oil sample with nanaCu additives
项目基础油质量技术指标试验油测试结果试验方法运动粘度ν
/mm2·s-10 ℃
40 ℃≦1 400
61.2～74.81 080
67GB/T 265粘度指数≧9599GB/T 2541倾点/℃≦-6-24GB/T 3535闪点（开口）/℃≧180280GB/T 3536机械杂质无无GB/T 511酸值/mgKOH·g-1报告1.07 SH/T 4945含水量/%痕迹0.09%GB/T 260液相锈蚀试验（蒸馏水）无锈无绣GB/T 11143腐蚀试验（铜片，100 ℃，3 h）（级）10.5GB/T 5096抗乳化性（54 ℃ 40373 mL/min）≦3027GB/T 125793结语a. 将纳米铜添加剂以0.5%的添加量加入到HL68基础油中，配制成试样油，在四球机和XP6摩擦磨损试验机上考察其摩擦学性能，发现它的摩擦学性能良好，在相同条件下，纳米铜润滑油和基础油HL68相比，其PB值提高了23.47%，平均磨斑直径减少了56.8%，摩擦系数减小了33.1%.b. 纳米铜添加剂对基础油的理性化性能影响不大，具有良好的理化性能.