北京石油化工学院

题目名称： 纳米铜粉在润滑剂中的应用及研究

学生姓名： 孟佳星

专 业： 化学工程与工艺 年 级： 化092 指导教师： 郝保红 20xx年 4 月 20 日

纳米铜粉在润滑油中的应用与研究

孟佳星1

(1.北京石油化工学院化学工程系 北京 1026174)

摘要：

纳米粒子一般指尺寸在1~100nm之间的粒子,因其具有奇特的表面效应、量子尺寸效应、体积效应、宏观量子隧道效应等性质而一直备受关注[1]。纳米材料的这些奇特性质,使其在润滑油中具有优良的抗磨减摩性能、热氧化安定性和较好的润滑性能及抗腐蚀性能等。铜具

有优良的传导性、延展性、抗腐蚀性,在润滑油中得到了广泛的应用研究。将纳米铜粉作为润滑剂添加剂,可阻止磨损和避免润滑表面的划伤,用于汽车引擎上,能提高运行速度,延长发动机的使用寿命。俄罗斯科学家将纳米铜粉或纳米铜合金粉末加入润滑油中,可使润滑性能提高10倍以上,并能显著降低机械部件的磨损,提高燃料效率,改善动力性能等;夏延秋、丁津原[2]、THisakado[3]等将10~50nm的铜粉、镍粉等加入到石蜡基础油中进行试验,表明纳米金属粉具有显著改善润滑油抗磨减摩性能的效果。

关键词：纳米铜粉;润滑油;抗磨减摩

1 前言

纳米铜粉(以n-Cu表示)作为润滑添加剂具有良好的抗磨减摩效果[4-11]。但是由于纳米材料极细的晶粒导致颗粒具有巨大的表面能、颗粒间的吸引力、颗粒间自动集聚力,使颗粒形成块状体,在润滑油中易沉淀下来,失去添加剂的功能

[12]。因此纳米粒子在润滑油中的分散稳定性一直是一个较难解决的问题,致使纳米润滑油添加剂的工业化应用发展十分缓慢。将n-Cu均匀、稳定地分散于润滑油中是其作为润滑添加剂的关键所在。

1.1润滑油添加剂方面

纳米铜润滑油添加剂是以纳米摩擦学为理论指导、以纳米技术为支撑的一种新型的润滑油添加剂产品。将其均匀分散于各种润滑油中，会形成稳定的悬浮液。这种油每升中含有数百万个超细铜粉颗粒，与固体表面结合时能形成光滑的保护层，起到添塞微划痕，降低摩擦和磨损的特殊功效。将其添加到汽车发动机润滑油中，可减小发动机的启动电流并增大汽缸压力。发动机使用该添加剂一段时间后，缸套和活塞环上便形成一层保护膜。此时，润滑系统一旦发生故障，汽车还能安全行驶很长一段时间，这在军事上是具有意义的。另外，向非导电的润滑油脂中添加纳米铜粉，可使其具有导电性能，将它用在大电流接触点或刀闸开关上，能有效防止起弧现象的发生。许多文献报道了将纳米粒子加入到润滑油中作添加剂，以改善润滑油地摩擦学性能。S.Taras[13]等将纳米铜粉加人到发动机润滑油中，发现在高载荷及高速下，纳米铜能有效地提高润滑油地抗磨性能且能降低摩擦。周静芳[14]等将含S与的有机化合物表面修饰的铜纳米粒子添加到液体石蜡中，发现其有着良好的减磨抗磨性能，并且可以应用于高负载下，是一类性能优越的润滑油减磨抗磨添加剂。夏延秋[15]等将10-50林m铜粉、镍粉和钒粉添加到矿物油中进行抗磨减摩性能测试，发现矿物油中加入纳米铜粉或镍粉后，在同等条件下其摩擦系数降低，摩痕宽度大大减小。

1.2 纳米铜粉在润滑油中的分散稳定性

从目前的研究来看,提高纳米材料在润滑油中分散稳定性的方法主要有以下几个方面: (1)纳米粒子的表面修饰; (2)聚合物包覆纳米粒子; (3)高能量表面改性

[16-18]。利用紫外线电晕放电、红外线、等离子体照射等进行表面处理,由于技

术复杂、成本较高,故应用不多。多数研究人员在制备n-Cu时均采用加入修饰剂的方法,使制备出的纳米粒子具有油溶性,即采用聚合物包覆纳米粒子的方法使纳米粒子具有较好的分散稳定性。周静芳等采用液相化学还原法在溶液中原位合成了有机化合物表面修饰n-Cu微粒,所合成样品的粒径约8 nm。在四球摩擦磨损试验机上考察了其作为液体石蜡添加剂的摩擦学性能,并与二烷基二硫代磷酸锌(ZDDP)进行了对比。结果表明, n-Cu微粒添加剂能够显著提高基础油的极压性能,同时具有良好的抗磨性能,尤其是在高负荷下,其性能优于ZDDP。于鹤龙等采用液相还原法合成有机物修饰的n-Cu颗粒,合成的颗粒近似于椭球形,粒径约为60 nm。在球盘式摩擦磨损试验机上考察了其作为50CC润滑油添加剂的摩擦学性能。结果表明,有机物修饰的n-Cu颗粒作为添加剂,能显著改善50CC润滑油的抗磨减摩性能;含0.05% n-Cu油样润滑下的摩擦因数与磨损量与基础油润滑下相比分别降低了27.6%和60%。

纳米粒子的表面修饰是将分散剂加入纳米粒子中,通过化学反应或化学吸附使纳米粒子在介质中具有较好的分散稳定性。这类分散剂包括表面活性剂、无机电解质、偶联剂、超分散剂等,并多用于水性体系中超微粉或纳米粒子的改性

[19-21]。使用表面活性剂改变纳米粒子的油溶性,可以开拓常用表面活性剂的进一步利用。但由于表面活性剂在纳米粒子上只有一个吸附点,它较容易被溶剂分子顶替下来。采用不同工艺及不同表面活性剂的复配体系,如何使纳米粒子在润滑油中具有较好的分散稳定性是应用此方法的关键。

目前,采用聚合物包覆纳米粒子提高纳米粒子在润滑油中稳定性的方法较多,而采用纳米粒子的表面修饰改变其油溶性及探讨相关最佳分散工艺的研究较少。采用机械分散与表面活性剂改性相结合的方法,利用高剪切混合乳化机与常用表面活性剂Spen-80和Tween-40的复配体系,旨在使n-Cu在润滑油中具有较好的分散稳定性。考察了高剪切混合乳化机的剪切速率、剪切时间及分散剂的用量、表面活性剂之间的配比对n-Cu在机械油中分散稳定性的影响。

1.3润滑剂

纳米铜粉颗粒极细而且软，是一种很好的润滑剂。在汽车引擎的润滑油中加人分散均匀的纳米铜粉，可以提高引擎汽缸和活塞的耐磨性能。纳米引擎镀铜液在引擎运转过程中可以修复汽缸中的缺陷，如局部的不平整或刮伤小槽沟等，它对于减少汽缸的摩擦磨损和延长发动机的使用寿命是十分有益的。

把纳米铜粉加入不导电的润滑油脂中，原来不导电的油脂变成了导电的油脂。而微米级铜粉放人绝缘油脂中不可能使绝缘油脂导电。当纳米铜粉的添加量达到12%后就开始变为有导电性能的油脂，加到巧%时就有比较好的导电性能。这种导电油脂将用在大电流的电接触点和大电流的刀闸开关上，用来防止大电流启动

时发生的起弧现象。

在猫结剂中适量加人纳米铜粉可以提高戮接强度，避免在戮结区发生脆断。在生物工程中可以用来作细菌的过滤器。此外由于比表面大、活性强，它有很好的吸附性能。在工程结构材料中，纳米晶粒的铜材的抗张强度和导热性能比粗晶粒的铜材高数倍，在防止强激光烧伤武器上将有重要应用。

结果分析及讨论

1当纳米铜粉做润滑油添加剂时，会发生“动态自修复沉积机制”，即：在

摩擦表面，既存在着摩擦副表面物质磨损的过程，同时也存在纳米铜向摩擦副表面沉积的过程，即自修复过程。当磨损速度大于沉积速度时，表现为磨损；当磨损速度小于沉积速度时，表现为负磨损。由于纳米铜的粒径和质量很小，所以沉积过程很缓慢，如果试验时施加高载荷和高速度就会使磨损速度很快，纳米铜的自修复沉积增重效应就会被掩盖，因而在通常情况下普遍表现为磨损，但在特殊情况下也会出现负磨损。

2通常情况下磨损是摩擦的必然结果，但在一定的条件下摩擦也可能导致负

磨损。

3负磨损现象的存在，证明当纳米铜粉作润滑油添加剂时摩擦表面确实存在

着动态沉积自修复机制。

4负磨损现象的发现补充扩展了对摩擦磨损的认识，对丰富摩擦磨损理论和

自修复问题的深入研究具有很大意义。

5用微乳液法制取的纳米铜粉分散均匀、粒度可控;将纳米铜粉和其它润滑油

添加剂进行复配,经研磨制成纳米铜粉润滑油添加剂,能够均匀、稳定的分散在润滑油中。

参考文献

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第二篇：综合实验报告书写格式要求

综合实验报告书写格式要求

报告内容包含以下几点：

1. 总体设计方案介绍：

根据设计课题要求，设计出总体框图，对框图中的每一功能模块作出说明，包括功能实现、器件选择等。

2. 硬件电路设计：

包括单片机资源划分，端口分配，详细介绍各功能单元电路的设计，画出单元电路与单片机接口的电路图，并作出设计说明。各单元电路设计分为：

2.1

2.2

2.3

等格式

3. 程序设计：

包括总体程序及各子程序设计，要求画出各程序设计框图并作设计说明。

4. 调试

对调试过程进行详细介绍，记录测试的数据，并分析结果，与课题的要求进行对比分析。

5. 设计总结

对本次设计完成的情况进行总结，有何收获，存在什么不足。

6. 附件

包括

1. 完整的硬件电路图及器件清单

2. 完整的源程序清单

报告字数不少于4000字

注：上交打印设计报告及报告的电子文档，报告封面采用下面的标准格式

文件打印要注意格式，字体大小统一采用小标题小二 正文小四！！字体统一宋体 仿宋！！电子档请在周五上午交报告前发到下面邮箱（sunfei9420@163.com）或优盘拷给我！！

电子与信息工程学院

综合实验课程报告

课题名称 专 业 班 级 学生姓名 学 号 指导教师

年 月 日