本發(fā)明屬于納米材料制備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種表面修飾片狀納米銅粉及含有該表面修飾片狀納米銅粉的復(fù)合潤(rùn)滑油的制備方法。

背景技術(shù)：

由于納米銅熔點(diǎn)低、自擴(kuò)散系數(shù)高，并且具有優(yōu)良的延展性和傳導(dǎo)性，因此以納米銅作為基礎(chǔ)制備的潤(rùn)滑油添加劑展現(xiàn)出優(yōu)異的摩擦學(xué)性能。利用納米銅代替某些貴金屬粉制作高級(jí)潤(rùn)滑油添加劑可以極大地降低工業(yè)成本，應(yīng)用前景非常廣闊。目前，制備表面修飾納米顆粒粉末常用的工藝方法有多種，如機(jī)械球磨法、物理氣相沉積法、溶膠-凝膠法、沉淀法、水熱合成法、微乳液法等。在上述幾種制備方法中，除了機(jī)械球磨法外，其它幾種都屬于化學(xué)制備法的范疇?；瘜W(xué)法制備納米粉末材料，一般都具有設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜、工藝操作要求嚴(yán)格、制粉量小、生產(chǎn)成本高、能耗大的缺點(diǎn)。而普通機(jī)械球磨法制備表面修飾的微納米粉末具有球磨時(shí)間長(zhǎng)、粒徑分布寬、粉末污染嚴(yán)重的問(wèn)題。另一方面，由于普通機(jī)械球磨產(chǎn)生的機(jī)械力化學(xué)效應(yīng)有限，只能實(shí)現(xiàn)對(duì)粉體表面簡(jiǎn)單地物理包覆，因此粉體表面修飾的效果不佳，粉體表面修飾層容易發(fā)生脫吸脫附，導(dǎo)致添加劑粉體在潤(rùn)滑油中團(tuán)聚沉淀。研究表明，納米石墨、納米二硫化鉬等層片狀納米添加劑在增加潤(rùn)滑油的承載能力、擴(kuò)大使用溫度范圍以及提高運(yùn)轉(zhuǎn)速率等方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，甚至優(yōu)于球形粒狀納米粉體。目前，作為潤(rùn)滑油添加劑的納米銅粉廣泛采用粒狀形態(tài)而沒(méi)有片狀形態(tài)，這主要是因?yàn)槠瑺罴{米銅粉的常規(guī)制備非常困難。例如用傳統(tǒng)的機(jī)械球磨法制得的金屬粉體形狀難以控制，通常很難制出片狀的金屬粉末。更為重要的是，作為潤(rùn)滑油的添加劑，納米銅粉還必須經(jīng)過(guò)良好的表面改性，這樣才能在潤(rùn)滑油中獲得良好的分散均勻性，因此制備表面修飾效果良好的片狀納米銅粉的工藝也是非常值得關(guān)注的研究?jī)?nèi)容。

等離子體輔助高能球磨是一種制備納米潤(rùn)滑油添加劑的新技術(shù)，在等離子體輔助球磨金屬銅粉體時(shí)，等離子體產(chǎn)生的熱爆效應(yīng)和脈沖電子轟擊效應(yīng)協(xié)同磨球的機(jī)械撞擊作用，能夠促使金屬銅粉體發(fā)生劇烈形變，極易獲得薄片狀納米銅粉。這些片狀納米銅粉粒子具有嚴(yán)重的晶格畸變，表現(xiàn)出極大的表面活性，作為潤(rùn)滑油添加劑將極為有利。同時(shí)等離子體輔助高能球磨可以在快速制備片狀納米銅粉體的同時(shí)，為銅粉體表面引入活性基團(tuán)或包覆聚合物，同步實(shí)現(xiàn)對(duì)片狀納米銅粉體的原位表面修飾，使之在基礎(chǔ)油中具有良好的分散性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種表面修飾片狀納米銅的制備方法。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種包含表面修飾片狀納米銅添加劑的復(fù)合潤(rùn)滑油的制備方法。

本發(fā)明目的通過(guò)下述技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

一種表面修飾片狀納米銅的制備方法，包括以下步驟：

(1)將銅粉與表面修飾劑混合均勻，獲得混合物，其中，所述銅粉的粒徑為0.5～2μm，所述表面修飾劑占所述混合物總質(zhì)量的3％；

(2)在等離子體輔助球磨裝置的球磨罐中裝入磨球和混合物，封閉球磨罐，所述磨球與所述混合物的質(zhì)量比為45～55:1；

(3)往所述球磨罐內(nèi)通入惰性氣體，關(guān)閉所述球磨罐的氣閥；

(4)接通所述等離子體輔助球磨裝置電源，調(diào)節(jié)放電參數(shù)，并啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)激振器，進(jìn)行等離子體輔助球磨，獲得所述表面修飾片狀納米銅，其中，所述的激振器的振動(dòng)頻率15～20Hz，所述的放電參數(shù)為：放電電壓20～25kV，放電頻率10～20kHz。

優(yōu)選的，在步驟(1)中，所述表面修飾劑包括硬脂酸、硬脂酸鹽、油酸、DDP。

優(yōu)選的，在步驟(2)中，所述磨球與所述混合物的質(zhì)量比為50:1。

優(yōu)選的，在步驟(4)中，所述等離子體輔助球磨的進(jìn)行時(shí)間為4～6小時(shí)。

更優(yōu)選的，在步驟(4)中，所述等離子體輔助球磨的進(jìn)行時(shí)間為5小時(shí)。

優(yōu)選的，在步驟(4)中，所述激振器的振動(dòng)頻率為16Hz，所述放電電壓為22kV，所述放電頻率為13kHz。

優(yōu)選的，在步驟(1)中，所述銅粉的粒徑為1μm。

一種含有表面修飾片狀納米銅添加劑的復(fù)合潤(rùn)滑油的制備方法，包括以下步驟：

(1)將銅粉與表面修飾劑混合均勻，獲得混合物，其中，所述銅粉的粒徑為0.5～2μm，所述表面修飾劑占所述混合物總質(zhì)量的3％；

(2)在等離子體輔助球磨裝置的球磨罐中裝入磨球及所述混合物，封閉球磨罐，所述磨球與所述混合物的質(zhì)量比為45～55:1；

(3)往所述球磨罐內(nèi)通入惰性氣體，關(guān)閉所述球磨罐的氣閥；

(4)接通所述等離子體輔助球磨裝置電源，調(diào)節(jié)放電參數(shù)，并啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)激振器，進(jìn)行等離子體輔助球磨，獲得所述表面修飾片狀納米銅，其中，所述的激振器的振動(dòng)頻率15～20Hz，所述的放電參數(shù)為：放電電壓20～25kV，放電頻率為10～20kHz；

(5)以船用潤(rùn)滑油為基礎(chǔ)油，將所述表面修飾片狀納米銅添加至所述船用潤(rùn)滑油中，經(jīng)超聲振蕩10～120min后制備復(fù)合潤(rùn)滑油，其中，所述表面修飾片狀納米銅占所述復(fù)合潤(rùn)滑油總質(zhì)量的2％～5％。

優(yōu)選的，在步驟(5)中，所述的船用潤(rùn)滑油型號(hào)包括40CA、40CB、40CC、40CD。

優(yōu)選的，在步驟(5)中，所述表面修飾片狀納米銅占所述復(fù)合潤(rùn)滑油總質(zhì)量的3％。

與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1.本發(fā)明提供的表面修飾片狀納米銅的制備方法中，在等離子體輔助球磨金屬銅粉體時(shí)，等離子體產(chǎn)生的熱爆效應(yīng)和脈沖電子轟擊效應(yīng)協(xié)同磨球的機(jī)械撞擊作用，能夠促使金屬銅粉體發(fā)生劇烈形變，快速獲得薄片狀納米金屬銅粒子。

2.本發(fā)明提供的表面修飾片狀納米銅的制備方法所用的等離子體輔助球磨，可以在快速細(xì)化粉體的同時(shí)，為無(wú)機(jī)粉體表面引入活性基團(tuán)或包覆聚合物，同步實(shí)現(xiàn)對(duì)粉體的原位表面修飾，使之在基礎(chǔ)油中具有良好的分散性，也直觀地驗(yàn)證了輔助球磨工藝對(duì)極性較大的納米粉體的修飾確實(shí)具有良好促進(jìn)效果。

3.本發(fā)明提供的表面修飾片狀納米銅變形量極大，具有嚴(yán)重的晶格畸變，表現(xiàn)出極大的表面活性，作為潤(rùn)滑油添加劑將極為有利。

4.本發(fā)明提供的片狀銅粉的制備方法，工藝簡(jiǎn)單、條件溫和、操作簡(jiǎn)便，易于實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)。

5.本發(fā)明提供的含有表面修飾片狀納米銅添加劑的復(fù)合潤(rùn)滑油的制備方法制出的復(fù)合潤(rùn)滑油能在高載荷、高轉(zhuǎn)速下能表現(xiàn)出優(yōu)良的摩擦學(xué)性能。

附圖說(shuō)明

附圖1為本發(fā)明中等離子體輔助球磨裝置的外部結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖2為等離子體輔助球磨裝置中球磨罐的結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖3為制備表面修飾片狀納米銅的流程圖。

附圖4(a)為未經(jīng)過(guò)等離子體輔助球磨的金屬銅粉的掃描電鏡照片。

附圖4(b)為通過(guò)等離子體輔助球磨后金屬銅粉的掃描電鏡照片。

附圖5為輔助球磨前后金屬銅粉的X射線衍射圖譜。

附圖6為輔助球磨5h制備片狀銅粉的透射電鏡微觀結(jié)構(gòu)圖。

附圖7為輔助球磨5h制備片狀銅粉的表面紅外吸收光譜。

附圖8為在基礎(chǔ)油和納米銅復(fù)合潤(rùn)滑油中測(cè)試的磨損失重量變化曲線。

附圖9為在基礎(chǔ)油和納米銅復(fù)合潤(rùn)滑油中測(cè)試的摩擦系數(shù)變化曲線。

附圖10為添加表面修飾片狀納米銅的復(fù)合潤(rùn)滑油分別在100N-100r/min、200N-200r/min工況下摩擦副磨損失重量曲線。

附圖11為添加表面修飾片狀納米銅的復(fù)合潤(rùn)滑油分別在100N-100r/min、200N-200r/min工況下摩擦副摩擦系數(shù)曲線。

附圖12為添加表面修飾片狀納米銅的復(fù)合潤(rùn)滑油在200N-200r/min工況下摩擦試驗(yàn)90min后摩擦副表面的掃描電鏡照片。

附圖13為添加表面修飾片狀納米銅的復(fù)合潤(rùn)滑油在200N-200r/min工況下的磨損表面電子能譜圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。

實(shí)施例1

請(qǐng)參閱圖1所示，實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的等離子體輔助球磨裝置，包括驅(qū)動(dòng)裝置100、球磨罐200、機(jī)架300和底座400，球磨罐200安裝在機(jī)架300上，其內(nèi)部放置有磨球800。機(jī)架300通過(guò)彈簧700安裝在底座400上。驅(qū)動(dòng)裝置100通過(guò)彈性聯(lián)軸器500和激振器600與機(jī)架300連接。當(dāng)驅(qū)動(dòng)裝置100帶動(dòng)彈性聯(lián)軸器500旋轉(zhuǎn)時(shí)，激振器600發(fā)生回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并帶動(dòng)機(jī)架300和球磨罐200在彈簧700上產(chǎn)生振動(dòng)，磨球800在球磨罐200內(nèi)跟隨產(chǎn)生振蕩，從而對(duì)罐內(nèi)銅粉和硬脂酸的混合物進(jìn)行機(jī)械沖擊、剪切等作用。

本發(fā)明的等離子體輔助機(jī)械球磨裝置中球磨罐200的結(jié)構(gòu)如圖2所示。球磨罐本體210、頂板220和底板230的材料為不銹鋼，磨球800材料是不銹鋼、GCr15鋼球或硬質(zhì)合金，電極棒240的材料為不銹鋼，電極棒240的外表面設(shè)有包覆層，包覆層材料為聚四氟乙烯。球磨罐200內(nèi)的球磨氣氛可以為氬氣。等離子體電源的輸入電壓范圍為1～30kV，頻率范圍為1～25kHz。

利用圖1、圖2及圖3所示的等離子體輔助球磨裝置和制備表面修飾片狀納米銅的流程來(lái)制備表面修飾片狀納米銅的工藝如下：

(1)將電極棒240在磨球罐200中安裝好，電極棒240延伸出球磨罐200的一端與等離子體電源900的一極連接，頂板220中的其中一個(gè)螺栓250與等離子體電源900的另一極相連接，球磨罐200選用不銹鋼材料制作；

(2)在球磨罐200中裝入磨球800、金屬銅粉和硬脂酸的混合物，磨球800與金屬銅粉和硬脂酸的混合物的質(zhì)量比為50:1，且電極棒240與磨球800與金屬銅粉和硬脂酸的混合物接觸，鎖緊蓋板螺栓250封閉好球磨罐200，磨球800、蓋板及蓋板螺栓250選用不銹鋼材料制作；

混合物由銅粉及硬脂酸組成，其中銅粉與硬脂酸的質(zhì)量比為97:3；

(3)使球磨罐200內(nèi)為0.1MPa的氬氣；

(4)接通等離子體電源900，調(diào)節(jié)放電參數(shù)：電壓為22kV，頻率為13kHz，實(shí)現(xiàn)放電；

(5)啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置100帶動(dòng)激振器600，激振器600的振動(dòng)頻率為16Hz，采用振幅為10mm的雙振幅，使機(jī)架及固定在機(jī)架上的球磨罐200同時(shí)振動(dòng)，從而改變電極棒240與球磨罐200內(nèi)磨球800的相對(duì)位置，進(jìn)行等離子體輔助機(jī)械球磨，球磨5小時(shí)后，獲得表面修飾的片狀納米銅。

本發(fā)明實(shí)施例獲得的所述表面修飾片狀納米銅呈無(wú)規(guī)則薄片狀，所述表面修飾片狀納米銅的晶粒的一次顆粒厚度在10～20nm左右，所述表面修飾片狀納米銅包括銅粉基體以及均勻包覆在所述銅銅粉基體外表面的硬脂酸，所述銅粉基體和所述硬脂酸的質(zhì)量比為97:3，所述銅粉基體與所述硬脂酸之間通過(guò)化學(xué)鍵結(jié)合。

實(shí)施例2

采用實(shí)施例1的裝置，反應(yīng)原料及工藝條件基本與實(shí)施例1相同。以40CD船用潤(rùn)滑油為基礎(chǔ)油，將所述表面修飾片狀納米銅添加至所述40CD船用潤(rùn)滑油中，經(jīng)超聲振蕩10～120min后制備含有表面修飾片狀納米銅添加劑的復(fù)合潤(rùn)滑油，其中，所述表面修飾片狀納米銅占所述復(fù)合潤(rùn)滑油總質(zhì)量的3％。該復(fù)合油放置25天后未發(fā)現(xiàn)銅粉顆粒顯著沉淀，復(fù)合油液仍能保持良好的分散性。

本發(fā)明實(shí)施例獲得的所述的一種含有表面修飾片狀納米銅添加劑的復(fù)合潤(rùn)滑油，包括基礎(chǔ)潤(rùn)滑油以及分散于所述基礎(chǔ)潤(rùn)滑油中的表面修飾片狀納米銅，其中，所述表面修飾片狀納米銅呈無(wú)規(guī)則薄片狀，所述表面修飾片狀納米銅粉的一次顆粒片層厚度在10～20nm左右，所述表面修飾片狀納米銅包括銅粉基體以及均勻包覆在所述銅粉基體外表面的硬脂酸，所述銅粉基體和所述硬脂酸的質(zhì)量比97:3，所述銅粉基體與所述硬脂酸之間通過(guò)化學(xué)鍵結(jié)合。

本發(fā)明采用LEO1530VP(德國(guó))的掃描電鏡(SEM)對(duì)金屬銅粉體進(jìn)行形貌觀察；采用Rigaku D/max-C(日本)X射線衍射儀(XRD，銅Kα)對(duì)金屬銅粉的相結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析；采用FEI公司Tecnai G220S-Twin型透射電子顯微鏡(TEM)對(duì)金屬銅粉的微觀結(jié)構(gòu)觀察；采用Thermo scientific Nicolet iS10紅外光譜儀對(duì)金屬銅粉的表面性質(zhì)進(jìn)行分析；采用VEO 18掃描電鏡對(duì)摩擦副表面進(jìn)行形貌觀察及能譜分析。

等離子體輔助球磨前后金屬銅粉的掃描電鏡形貌

圖4是輔助球磨前后金屬銅粉的掃描電鏡照片。從圖4(a)可見(jiàn)，金屬銅粉原始粉末粒徑在0.5～2μm之間，呈無(wú)規(guī)則形態(tài)，粒度不均，粉體間有團(tuán)聚現(xiàn)象。從圖4(b)可見(jiàn)，球磨5小時(shí)后金屬銅粉被表面修飾劑均勻包覆，表面修飾的銅粉末呈無(wú)規(guī)則的片狀形態(tài)。這是由于等離子體產(chǎn)生的局部高溫效應(yīng)使得金屬銅的塑性得以提高，同時(shí)由銅粉的導(dǎo)電性能，促使在電致塑性效應(yīng)作用下塑性增強(qiáng)。在磨球的機(jī)械沖擊作用下，包覆表面修飾劑的銅微粒被撞擊形成無(wú)規(guī)則的納米片狀形貌。從圖4(b)還可見(jiàn)，輔助球磨5小時(shí)制備的片狀銅粉的一次顆粒厚度在10～20nm左右。

等離子體輔助球磨前后金屬銅粉的相結(jié)構(gòu)分析

圖5為輔助球磨前后金屬銅粉的X射線衍射圖譜。由圖可見(jiàn)經(jīng)等離子體輔助球磨5小時(shí)后，銅各個(gè)晶面的衍射峰都出現(xiàn)了不同程度的寬化，這說(shuō)明球磨導(dǎo)致了銅的晶粒尺寸減小和晶格畸變?cè)龃?。利用謝樂(lè)公式計(jì)算片狀納米銅的晶粒尺寸和晶格畸變，其結(jié)果列于表1?？梢?jiàn)球磨到5小時(shí)后，銅的晶粒尺寸為12.8nm，其對(duì)應(yīng)的晶格畸變?yōu)?.6180×10^-2％。并且，輔助球磨前后銅粉的X射線衍射圖譜中沒(méi)有氧化銅及其他相的衍射峰，說(shuō)明輔助球磨過(guò)程中沒(méi)有造成銅粉的污染。

表1為片狀納米銅粉體晶粒尺寸和晶格畸變

片狀銅粉的透射電鏡分析

圖6為透射電鏡對(duì)輔助球磨5h后銅粉的微觀結(jié)構(gòu)觀察結(jié)果，可見(jiàn)銅粉呈無(wú)規(guī)則薄片狀，粉體被有機(jī)物均勻包覆，這說(shuō)明球磨過(guò)程中修飾劑硬脂酸對(duì)片狀納米銅進(jìn)行了良好的修飾。從圖還可見(jiàn)，銅粉的晶粒尺寸在15nm左右，這和表1中的計(jì)算結(jié)果12.8nm相接近，并且銅晶粒中產(chǎn)生明顯的晶格畸變，使銅粉具有極大的反應(yīng)活性。

片狀銅粉的紅外光譜分析

圖7是輔助球磨5h制備片狀銅粉的表面紅外吸收光譜，可見(jiàn)銅粉表面存在兩個(gè)屬于硬脂酸的亞甲基-CH2-的吸收峰2920cm^-1和2850cm^-1，銅粉表面與硬脂酸產(chǎn)生了良好的化學(xué)結(jié)合。圖中2360cm^-1和2340cm^-1是銅粉吸附空氣中CO₂的吸收峰。

將實(shí)施例產(chǎn)物進(jìn)行親油性分析

親油度的測(cè)試方法為：

取1g表面修飾的片狀納米銅添加到50ml蒸餾水中，然后滴定甲醇到水溶液中，當(dāng)漂浮在水面上的粉體全部濕潤(rùn)后，記錄加入甲醇量V(ml)，采用公式計(jì)算金屬銅粉的親油化度。公式中：LD——為親油化度(％)，V(ml)——為加入的甲醇量。

表2是輔助球磨后銅粉的親油化度值。從表格中可見(jiàn)球磨制備的表面修飾納米金屬銅粉親油化度測(cè)定結(jié)果為37.50％。結(jié)果表明采用等離子體輔助球磨法能促進(jìn)金屬銅粉由親水性向親油性的轉(zhuǎn)變且親油化值高達(dá)37.5％，說(shuō)明本發(fā)明制備的表面修飾納米材料可更好的分散于潤(rùn)滑油體系中。

表2為粉體試樣親油化度測(cè)量所用甲醇量V(ml)和親油化度值

將實(shí)施例產(chǎn)物進(jìn)行分散性比較

將添加表面修飾片狀納米銅粉的復(fù)合潤(rùn)滑油裝入玻璃試管靜置25天進(jìn)行重力沉降試驗(yàn)，復(fù)合油樣靜置25天后幾乎未發(fā)生粉體的沉淀，油樣保持初始的均勻混合狀態(tài)。這表明所制備的表面修飾納米金屬銅粉在40CD船用潤(rùn)滑油中具有良好的分散性，這與其較高的親油化度值相吻合，也直觀地驗(yàn)證了輔助球磨工藝對(duì)極性較大的納米粉體的修飾確實(shí)具有良好促進(jìn)效果。

片狀銅粉復(fù)合油的理化性能

采用大連智能儀器儀表有限公司DZY-005G運(yùn)動(dòng)粘度測(cè)定器，根據(jù)GB 265-88測(cè)定復(fù)合油液粘度；采用大連智能儀器儀表有限公司DZY-038A四槽八孔多功能低溫測(cè)定器，根據(jù)GB/T3535-2006測(cè)定復(fù)合油液的傾點(diǎn)，根據(jù)GB 510-83測(cè)定復(fù)合油液的凝點(diǎn)?？梢?jiàn)復(fù)合油的理化性能滿足船用潤(rùn)滑油的標(biāo)準(zhǔn)。

表3為復(fù)合油與船用潤(rùn)滑油標(biāo)準(zhǔn)的理化性能對(duì)比

表面修飾片狀納米銅的摩擦學(xué)性能分析

以制備的復(fù)合潤(rùn)滑油為潤(rùn)滑介質(zhì)，采用MM-WlA型摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)(濟(jì)南時(shí)代試金有限公司)進(jìn)行摩擦學(xué)測(cè)試，摩擦副為直徑30mm的止推環(huán)，材質(zhì)為45鋼(淬火、44～46HRC)。摩擦試驗(yàn)載荷分別為100N，200N；轉(zhuǎn)速分別為100r/min，200r/min。時(shí)間為90min，同時(shí)利用摩擦磨損機(jī)所帶軟件記錄摩擦系數(shù)，間隔0.2s記錄一次。摩擦試驗(yàn)中，每隔15min停機(jī)取下摩擦副，用石油醚經(jīng)超聲波清洗后烘干稱重。為了對(duì)比，以40CD船用潤(rùn)滑油為潤(rùn)滑介質(zhì)進(jìn)行同等試驗(yàn)。采用AL204(METTLER TOLEDO)電子分析天平對(duì)摩擦副的磨損失重進(jìn)行測(cè)定。

圖8是150N-100r/min工況下分別在基礎(chǔ)油和納米銅復(fù)合潤(rùn)滑油中測(cè)試的磨損失重量變化曲線。其中，曲線1為在基礎(chǔ)油中測(cè)試曲線，曲線2為在納米銅復(fù)合潤(rùn)滑油中測(cè)試曲線。從曲線1可見(jiàn)，在基礎(chǔ)油潤(rùn)滑條件下，摩擦副表面磨損量呈逐漸增大趨勢(shì)，90min后磨損總失重量為13.3mg；從曲線2可見(jiàn)，在納米銅復(fù)合潤(rùn)滑油中，摩擦副的磨損量呈明顯且穩(wěn)定的下降趨勢(shì)，90min后磨損總失重量為5.7mg，比純基礎(chǔ)油潤(rùn)滑時(shí)的失重量降低將近60％，摩擦過(guò)程中摩擦副出現(xiàn)“負(fù)磨損”現(xiàn)象。結(jié)果表明采用復(fù)合潤(rùn)滑油時(shí)，高活性的納米金屬銅粉會(huì)吸附沉積在摩擦副表面，起到修復(fù)磨損表面的作用。

圖9是150N-100r/min工況下分別在基礎(chǔ)油和納米銅復(fù)合潤(rùn)滑油中測(cè)試的摩擦系數(shù)變化曲線，其中，曲線1為在基礎(chǔ)油中測(cè)試曲線，曲線2為在納米銅復(fù)合潤(rùn)滑油中測(cè)試曲線。由圖9可見(jiàn)，基礎(chǔ)油中的摩擦系數(shù)約為0.35，復(fù)合潤(rùn)滑油中的摩擦系數(shù)值介于0.40～0.42之間。

將片狀納米銅粉復(fù)合潤(rùn)滑油分別在低載荷低轉(zhuǎn)速(100N-100r/min)、高載荷高轉(zhuǎn)速(200N-200r/min)工況下進(jìn)行摩擦學(xué)試驗(yàn)，摩擦副磨損量結(jié)果如圖10所示，摩擦副摩擦系數(shù)如圖11所示。圖10與圖11中，曲線1均為復(fù)合潤(rùn)滑油在100N-100r/min工況下進(jìn)行試驗(yàn)曲線，曲線2均為復(fù)合潤(rùn)滑油在200N-200r/min工況下進(jìn)行試驗(yàn)曲線。從圖10曲線1可見(jiàn)，低載荷低轉(zhuǎn)速時(shí)磨損失重量從60min后開(kāi)始出現(xiàn)下降，總失重量為4.4mg，未出現(xiàn)“負(fù)磨損”情況。從圖10曲線2可見(jiàn)，高載荷高轉(zhuǎn)速時(shí)磨損失重量從30min后開(kāi)始出現(xiàn)下降，復(fù)合油各階段的磨損失重比較均勻，且各階段的失重量顯著低于100N-100r/min工況，后期出現(xiàn)“負(fù)磨損”，磨損總失重量減小至2.8mg。即在高速高載工況下，復(fù)合油的抗磨效果更佳。

從圖11中曲線1可見(jiàn)，100N-100r/min工況下摩擦副摩擦系數(shù)值在0.38～0.43之間。從圖11中曲線2可見(jiàn)，200N-200r/min工況下摩擦副摩擦系數(shù)在0.32左右，且變動(dòng)范圍不大。結(jié)果表明片狀納米銅粉在高載荷高轉(zhuǎn)速工況下，摩擦表面修復(fù)作用都增大，降低了摩擦系數(shù)。

結(jié)合圖10、圖11和表4可見(jiàn)，200N-200r/min工況下，片狀納米銅粉的減摩抗磨及修復(fù)效果最好，即片狀納米銅復(fù)合油在高載荷、高轉(zhuǎn)速工況下可以發(fā)揮更佳的潤(rùn)滑性能。所述復(fù)合潤(rùn)滑油比所述基礎(chǔ)油潤(rùn)滑時(shí)摩擦副的磨損失重量降低約60％。

表4為不同試驗(yàn)工況下摩擦副的總失重量(片狀)

磨損表面表征分析

圖12是摩擦試驗(yàn)90min后摩擦副表面的掃描電鏡照片。從圖12可見(jiàn)，在納米銅復(fù)合潤(rùn)滑油中，摩擦表面比較平滑光潔，沒(méi)有明顯很深的磨痕溝壑，摩擦表面被一層熔化狀的薄膜所覆蓋，可以看到摩擦表面有熔融態(tài)的片狀粒子覆蓋。對(duì)這層片狀粒子進(jìn)行電子能譜分析，確定為表面修飾納米金屬銅粉，如圖13所示。即以復(fù)合油潤(rùn)滑時(shí)，在摩擦力和摩擦熱的作用下，表面修飾納米金屬銅粉發(fā)生熔融并鋪展附著在摩擦副表面，填補(bǔ)磨痕修復(fù)磨損表面，出現(xiàn)圖8中的“負(fù)磨損”現(xiàn)象。

綜上可知，在摩擦過(guò)程中，等離子體輔助球磨制備的片狀納米銅粉體由于尺寸較小，表面能較高，容易吸附、沉積在磨損表面，對(duì)表面溝壑、凹坑等進(jìn)行了一定的填補(bǔ)和修復(fù)。又因?yàn)榈入x子體輔助球磨制備的納米金屬銅粉在基礎(chǔ)油中的分散性良好，故潤(rùn)滑油的承載能力就得到了提高，粘著磨損減弱，對(duì)摩擦表面的磨損也就相應(yīng)減弱。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明保護(hù)的范圍之內(nèi)。