| 过渡金属硫化物/碳纳米复合物作为高温润滑添加剂的设计、制备与摩擦学行为研究 | |
| 宫奎亮 | |
| Thesis Advisor | 王晓波 |
| 2020-06-01 | |
| Degree Grantor | 中国科学院大学 |
| Place of Conferral | 北京 |
| Degree Name | 工学博士 |
| Degree Discipline | 材料学 |
| Keyword | 高温润滑剂 纳米添加剂 过渡金属硫化物 碳材料 减摩抗磨剂 High-temperature lubricant Nano-additives Transition metal sulfide Carbon materials Friction-reducing and anti-wear additives |
| Abstract | 高温工况下的高效可靠润滑是当前许多工业领域亟待解决的润滑难题，发展新型高性能耐高温润滑材料具有重要的研究与应用价值。传统的有机分子润滑剂在高温下不稳定性的固有缺陷限制了其高温润滑性能的进一步突破，将具有优异的热稳定性和润滑特性的无机纳米材料或其复合物引入液体介质润滑体系来进一步提升其高温润滑性成为新的探索途径。本论文研究了碳基纳米材料与金属硫化物的复合物及其表面功能化的复合物的合成工艺原理与路线，研究其作为高温润滑剂在不同高温工况下的分散稳定性、摩擦性能、润滑机理等基础性技术问题。通过上述工作的开展，获得主要研究成果如下： 1、首次考察了二硫化钼（MoS2）和二硫化钨（WS2）量子点（QDs）作为1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐离子液体（[BMIm] PF6）减摩抗磨添加剂的分散稳定性及其摩擦行为，结果表明：MoS2和WS2 QDs可以在[BMIm] PF6中形成透明、均匀、稳定存在的纳米流体，并且在高温情况下能够显著降低离子液体的摩擦系数和磨损量；通过对磨损表面进行分析，推测其润滑机理可归因于物理吸附润滑膜和摩擦反应膜的形成。同时考察了不同浓度石墨烯（Gr）、碳纳米管（CNT）、富勒烯（C60）、MoS2和WS2纳米颗粒作为高温润滑油减摩抗磨添加剂的摩擦学特性，获得在较高测试温度下能够显著降低摩擦系数的碳纳米材料和过渡金属硫化物的协同规律及最优配比。 2、通过高温烧结法制备了Gr负载MoS2（MoS2/Gr）纳米复合物并考察其在聚醚（PAG）中的分散稳定性及在不同温度和载荷时的摩擦学性能，结果表明:与纯Gr，微米MoS2和Gr与微米MoS2混合物相比，MoS2/Gr纳米复合材料在PAG中具有更好的分散稳定性以及更优异的摩擦学性能；润滑机理研究表明MoS2/Gr优良的减摩抗磨性能可归因于在摩擦副表面形成了一层由MoS2,FeO/Fe3O4,FeOOH,FeSO4/Fe2(SO4)3和包含C-O的化合物组成的摩擦膜。 3、通过水热法制备了CNT负载MoS2（MoS2@CNT）、Gr负载MoS2（MoS2@Gr）和C60负载MoS2（MoS2@C60）纳米复合物并将其作为润滑油添加剂，结果表明这几种纳米复合添加剂在润滑油中的分散稳定性优于单独添加MoS2纳米颗粒，并且与CNT、Gr和C60相比，它们在高温条件下可显著增强PAG的减摩和抗磨性能；通过对磨损表面进行分析得出在摩擦副表面形成了一种包含FeO,Fe3O4,FeOOH,FeSO4和MoS2等组分构成的有利于降低摩擦和增强抗磨损性能的边界润滑膜。 4、通过原位开环聚合反应制备出聚合物芳基磷酸酯（PAPs）修饰的碳纳米管（MWCNT-PAPs）并将其作为润滑添加剂考察其在PAG中的分散稳定性及在较高温度下的摩擦学性能；多种光谱和能谱分析结果表明PAPs通过共价键成功接枝到MWCNT表面；静置实验与摩擦测试结果分别表明MWCNT-PAPs纳米复合物可以稳定分散在PAG中以及在较高温度条件下能够表现出优异的摩擦学性能；通过对磨损表面进行分析，得出其润滑机理可归因于在磨损界面发生了摩擦化学反应而形成了一种边界保护膜。 5、通过仿贻贝粘附法结合迈克尔加成反应以及水热合成法制备了氧化石墨烯粘附聚多巴胺修饰的聚乙二醇负载MoS2（GO-PDA-PEG@MoS2）纳米复合物并将其作为润滑添加剂；采用多种光谱和能谱法对其结构进行表征，摩擦学测试结果表明，归因于MoS2与氧化石墨烯的协同作用，GO-PDA-PEG@MoS2纳米复合物作为PAG的添加剂在较高温度条件下能够表现出非常优异的摩擦学特性；XPS和EDS分析结果表明GO-PDA-PEG@MoS2纳米复合物优良的摩擦学特性归因于在磨损界面发生了摩擦化学反应，生成了一种由MoS2，FeS2，FeO，Fe2O3，Fe3O4，FeS，FeSO4和含有C-N键的有机组分构成的边界保护膜。 |
| Language | 中文 |
| Document Type | 学位论文 |
| Identifier | http://ir.licp.cn/handle/362003/27327 |
| Collection | 固体润滑国家重点实验室（LSL） |
| Affiliation | 1.中国科学院兰州化学物理研究所; 2.中国科学院大学 |
| Recommended Citation GB/T 7714 | 宫奎亮. 过渡金属硫化物/碳纳米复合物作为高温润滑添加剂的设计、制备与摩擦学行为研究[D]. 北京. 中国科学院大学,2020. |
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| 202015宫奎亮.pdf（7831KB） | 学位论文 | 开放获取 | CC BY-NC-SA | View Application Full Text | ||
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