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复合基团改性二氧化硅纳米颗粒的制备及润滑行为研究

【摘要】:二氧化硅纳米颗粒作为一种经济性好且环保的纳米材料,具有表面活性强,比表面积大,性质稳定的特点,广泛应用于各个领域。作为纳米材料的一项重要应用,纳米颗粒在摩擦学领域的应用特别是其作为润滑油添加剂的应用逐渐受到科研人员的关注。研究发现二氧化硅纳米颗粒作为润滑油添加剂表现出了良好的摩擦学性能,有效的提高润滑油减摩抗磨性能。然而对二氧化硅纳米颗粒的研究仍存在着研究不够系统,粒径、表面有机基团等因素对二氧化硅纳米颗粒的摩擦学性能影响不明确,二氧化硅纳米颗粒在润滑油中的分散性能不够稳定等问题。这些问题制约了纳米颗粒的性能发挥及其在润滑领域的应用。本文针对不同粒径及表面功能基团的二氧化硅纳米颗粒摩擦学性能进行研究,根据实验结果对纳米颗粒各参数进行优化设计,并探索二氧化硅纳米颗粒作为润滑油添加剂的减摩抗磨机理,这些研究对二氧化硅纳米颗粒在润滑油添加剂领域的应用具有重要的理论及实际意义。本文首先对不同粒径的二氧化硅纳米颗粒摩擦学性能进行了研究。设计了纳米颗粒制备及分散方法,基于St?ber法对四种不同粒径的二氧化硅纳米颗粒进行了制备,并通过共沸蒸馏的方法将纳米颗粒在分散状态下由乙醇体系转移至甲苯体系最终转移至PAO润滑油中。对不同添加浓度不同粒径的二氧化硅纳米颗粒进行了流变学及摩擦学实验分析,找出了表现出最优减摩抗磨性能的最优粒径,并建立了纳米颗粒粒径与二氧化硅纳米颗粒减摩抗磨性能的关系。基于对纳米颗粒的粒径分析结果,本文对最优粒径下具有不同表面功能基团的纳米颗粒摩擦学性能进行了研究。对添加了不同功能基团二氧化硅纳米颗粒的润滑油流变性能及摩擦学性能进行了分析。研究了纳米颗粒对润滑油粘度及粘温特性的影响。建立了功能基团与二氧化硅纳米颗粒减摩抗磨性能的关系,并对功能基团在纳米颗粒减摩抗磨性能中的作用机理进行了分析。根据粒径及功能基团对二氧化硅纳米颗粒减摩抗磨性能的影响研究,本文制备了一种具有复合基团的二氧化硅纳米颗粒,并对表面具有不同功能基团比例的二氧化硅纳米颗粒摩擦学性能进行了研究。将吸附性能较好的氨基基团与分散性能较好的烷基基团同时链接于二氧化硅纳米颗粒表面,并对两种基团在纳米颗粒表面的比例进行控制。研究了不同基团比例纳米颗粒对润滑油粘度及粘温特性的影响,并对不同基团比例的纳米颗粒的减摩抗磨性能进行了研究,建立了纳米颗粒基团比例与摩擦性能的关系。通过分析实验后的金属磨斑表面,并借助高速摄影以及COMSOL软件分析等方法,揭示了二氧化硅纳米颗粒的减摩抗磨机理。运用SEM电子显微镜对不同种类二氧化硅纳米颗粒的金属磨斑表面进行研究,提出了纳米颗粒成膜性能机理,并揭示了纳米颗粒成膜过程。对纳米颗粒填埋及抛光性能进行了分析,并通过高速摄影及COMSOL软件分析研究了纳米颗粒的运动特性,揭示了纳米颗粒卷携性能机理。

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