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纳米二氧化硅让润滑油脂更“润滑”
2020年04月01日 发布 分类:粉体应用技术 点击量:416
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随着工业技术的发展,设备不断向高速、重载、集成化、高精度的方向发。不过机械运行条件的苛刻以及内部温度的过高,往往会导致设备内部的摩擦磨损,为了这类型的负面影响,就需要大量使用润滑剂——一方面润滑油脂可以利用流体压力分隔表面,避免设备两端接触;另一方面可以牺牲性的表面化学膜保护表面,避免粘着和磨粒磨损的损伤。

润滑原理 

润滑原理

注:

摩擦力的来源,目前被主要接受的观点可分为两方面:一是滑动时接触点粘着点被剪断;二是硬金属表面的微凸体嵌入软金属表面,运动过程中产生推碾和犁沟效应。

但为了取得更好的润滑效果,人们现在还会使用纳米颗粒来改善润滑油脂的技术指标,比如说二氧化硅(SiO2,就是一种相当不错的润滑油添加剂。

二氧化硅主要起什么作用?

SiO2在润滑油脂中所起的作用,与它的表面结构息息相关——通过红外光谱研究可发现,纳米SiO2表面含有硅氧烷基、自由羟基和形成氢键的羟基。其中,Si-O活性与其所处的位置有关,处于结构中心的Si-O键具有极性,结合能力大;处于微粒表面的Si-O键活性大,能与其他分子发生力的结合作用。而Si-OH基团具有很强的活性,易于与其周围离子发生键合作用。

1、稠化剂

稠化剂是润滑油脂中的重要组分它能使基础油被吸附和固定在骨架结构中形成具有稳定结构的润滑。纳米SiO2作为一种无机稠化剂本身不熔化所制得的润滑油脂滴点高具有良好的高温润滑性能和氧化稳定性是制造高温润滑脂理想的稠化剂。另外,SiO2的稠化能力与它的粒径大小有关。粒径越小,比表面积越大,稠化能力越强,用量也越少。

 

大比表面积、高吸油值的二氧化硅颗粒

2、直接作为润滑添加剂使用

由于纳米材料具有比表面积大、高扩散性、易烧结性、熔点降低等特性,将纳米材料作为添加剂时,可以在摩擦表面形成一层易剪切的薄膜,降低摩擦系数,还可对摩擦表面进行一定程度的填补和修复。另外由于纳米粒子尺寸较小,可以认为近似球形,像鹅卵石一样自由滚动,因此可起到微轴承作用,使承载能力提高。

例:霍玉秋等以正硅酸乙酯和氨水为原料,制备出具有无定形晶体结构、粒径约为60nm的单分散球形SiO2纳米微粒。由于单分散纳米SiO2微粒表面含有大量的羟基和不饱和残键,在金属表面可发生强烈的化学吸附,形成牢固的吸附膜,从而保护金属摩擦表面,显著提高基础油的承载能力和减摩抗磨性能。

3、表面改性后作为润滑添加剂使用

就化学组成而言纳米SiO2表面的特点是有一层均匀的硅氧烷和单独的羟基,羟基的存在会让添加了SiO2的润滑剂抗水性能较差,易硬化,高温条件下容易失去流动性。不过羟基活性高,易于进行化学反应,因此纳米SiO2表面容易被改性表面改性的原理不是重点,但是改性后就能减少甚至避免这些弱点,最后制得高温性能性能良好的润滑剂。

 

例:李小红等以硅酸钠为前驱体在纳米微粒生成的过程中加入有机修饰剂M-2合成了型号为DNS—Am的SiO2微粒以正硅酸四乙酯为前驱体以含不饱和双键的长碳链化合物M-7为修饰剂采用原位表面修饰法合成出RNS-D型可反应性纳米SiO2

这两种微粒的表面键合了亲油性的有机碳链化合物在油性介质特别是润滑基础油中有很好的分散性粒径都在10~20nm之间。研究人员在汽油机中分别添加质量分数为0.3%的DNS-Am型RNS-D型SiO2纳米微粒后,发现前者在大往复试验机上摩擦因数减少了40.7%磨损量降低了69.0%,后者则减少了35.8%54.0%,均有明显效果。

结语

可看出,纳米SiO2颗粒在润滑剂领域确实具有很不错的应用前景。而且由于润滑剂在使用和后处理过程中难免对环境造成一定的污染,因此像SiO2一样添加量少且无污染的材料,对于降低成本和环境保护来说确实存在重要意义。

资料来源:

纳米二氧化硅在润滑剂中的应用,陈文君,文庆珍,谢治民。

纳米颗粒添加剂在润滑油中的应用,黄昆。

粉体圈 小榆

 


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