納米WS2環(huán)保節(jié)能發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油的研制及其性能研究.pdf

1、隨著石油資源的日益緊缺和石油價(jià)格的持續(xù)高漲以及世界各地日趨嚴(yán)格的排放與節(jié)能法規(guī)的出臺(tái)，節(jié)能減排已經(jīng)成為汽車(chē)工業(yè)關(guān)注的熱點(diǎn)。本研究結(jié)合納米摩擦學(xué)開(kāi)發(fā)納米WS2環(huán)保節(jié)能發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油，適應(yīng)目前社會(huì)發(fā)展的需要，對(duì)全國(guó)資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會(huì)建設(shè)具有重要意義。
　　 本文首先在通過(guò)鎢硫直接反應(yīng)法制備出微米WS2顆粒的基礎(chǔ)上，采用強(qiáng)超聲/螺旋攪拌球磨多能場(chǎng)復(fù)合細(xì)化法成功制備出平均激光衍射粒度為95nm的片狀納米WS2顆粒，通過(guò)與微米WS2

2、顆粒的性能對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，納米WS2顆粒具有更加優(yōu)良的金屬表面吸附特性、分散穩(wěn)定性、潤(rùn)滑性能和較佳的熱穩(wěn)定性(空氣氣氛下)。而機(jī)理分析初步表明，強(qiáng)超聲/螺旋攪拌球磨復(fù)合細(xì)化法主要通過(guò)沖擊粉碎作用，輔以摩擦剪切粉碎作用和強(qiáng)超聲產(chǎn)生的大量·OH對(duì)顆粒細(xì)化的促進(jìn)作用來(lái)達(dá)到超細(xì)化WS2粉末的目的。
　　 針對(duì)潤(rùn)滑油中納米WS2顆粒易自發(fā)團(tuán)聚的特點(diǎn)，在強(qiáng)超聲/球磨攪拌復(fù)合作用下采用修飾劑SA對(duì)納米WS2顆粒進(jìn)行表面修飾處理，發(fā)現(xiàn)該方法修飾后

3、的納米WS2顆粒在PAO6、菜籽油和PriEco3004三種環(huán)保型基礎(chǔ)油中的分散穩(wěn)定性均最佳，并且當(dāng)潤(rùn)滑油中納米WS2顆粒的質(zhì)量添加量為2％時(shí)，SA的最佳用量為0.5％。機(jī)理分析表明，強(qiáng)超聲/球磨攪拌的復(fù)合作用起到對(duì)納米WS2團(tuán)聚體的解團(tuán)聚作用，并使解聚后的納米WS2顆粒表面活性增強(qiáng)，造成顆粒表面的羥基(-OH)與油液中表面修飾劑SA的羧基(-COOH)發(fā)生類(lèi)似于醇與酸的酯化反應(yīng)，從而使得納米顆粒表面特性由親水疏油轉(zhuǎn)變?yōu)橛H油疏水，經(jīng)表面

4、修飾后的納米WS2顆粒表面的長(zhǎng)碳鏈形成的空間位阻層和潤(rùn)滑油分子形成的溶劑化層共同防止了納米顆粒的碰撞團(tuán)聚，最終使得解聚后的納米WS2顆粒長(zhǎng)期穩(wěn)定分散于潤(rùn)滑油介質(zhì)中。
　　 通過(guò)系列四球摩擦對(duì)比實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在基礎(chǔ)油PAO6、菜籽油中添加2％的納米WS2顆粒對(duì)基礎(chǔ)油在常溫、高溫、低載、高載、低速、高速等工況下潤(rùn)滑性能的改善最顯著，且納米WS2顆粒的改善效果優(yōu)于納米MoS2和納米石墨。此外，納米WS2顆粒與T462A、T202、T323

5、和T451A等幾種常用于發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油的極壓抗磨添加劑在PAO6和菜籽油中的配伍性良好，尤其分別與T462A、T202復(fù)配時(shí)具有增效作用。
　　 在自制發(fā)動(dòng)機(jī)模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)架和真實(shí)汽車(chē)上進(jìn)行了納米WS2顆粒的發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)，結(jié)果經(jīng)發(fā)動(dòng)機(jī)模擬臺(tái)架實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，納米WS2能減少發(fā)動(dòng)機(jī)活塞環(huán)磨損量27.6％，能降低發(fā)動(dòng)機(jī)油耗13％-28％，能使發(fā)動(dòng)機(jī)排放尾氣中HC、CO、NOx等有害氣體的含量分別降低18.6％-37.6％、7.7％-14.3％

6、、8.8％-19.7％；而通過(guò)行車(chē)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，納米WS2能提高傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油的使用壽命1.5倍，并能有效降低發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油消耗，最大節(jié)油率可達(dá)到38.50％，最小節(jié)油率也有16.39％，平均節(jié)油率為20.26％，表現(xiàn)出優(yōu)良的節(jié)能減排特性。
　　 本文在四球摩擦實(shí)驗(yàn)機(jī)、AW-3型抗磨試驗(yàn)機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)架上進(jìn)一步考察了納米WS2顆粒的自修復(fù)特性，結(jié)果表明，PAO6和菜籽油中納米WS2顆粒在常溫、100℃和200℃下均能對(duì)摩擦副表

7、面的微損傷、微裂紋實(shí)現(xiàn)在線原位動(dòng)態(tài)自修復(fù)，但在低載下修復(fù)效果不明顯；此外，納米WS2顆粒能減少磨粒磨損表面和粘著磨損表面的表面粗糙度，使表面平整，避免磨損加劇，能改善活塞環(huán)磨損表面的形貌，使其平整，能減小發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部的磨損烈度指數(shù)，使發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部的磨損嚴(yán)重程度降低，這表明納米WS2顆粒還能對(duì)已存在的磨損表面實(shí)現(xiàn)良好的自修復(fù)作用。
　　 為研究環(huán)保型潤(rùn)滑油中納米WS2顆粒的作用機(jī)理，對(duì)摩擦表面進(jìn)行了XPS分析、EDS分析和氬離子濺射深

8、度剖析，結(jié)果表明，環(huán)保型潤(rùn)滑油中納米WS2顆粒的潤(rùn)滑過(guò)程可分為流體潤(rùn)滑階段和混合潤(rùn)滑階段，前一階段主要通過(guò)納米WS2顆粒增加流體潤(rùn)滑油膜厚度來(lái)改善潤(rùn)滑，且摩擦過(guò)程中，納米WS2顆粒會(huì)逐漸沉積于摩擦表面；后一階段初期摩擦主要發(fā)生在納米WS2沉積膜內(nèi)部，在摩擦剪切力的作用下沉積膜中的納米WS2顆粒發(fā)生擇優(yōu)取向分布，從而使得沉積膜的減摩性能得到提高，后期由于摩擦表面溫度的升高，沉積的納米WS2顆粒重新被活化，并隨摩擦在表面由富集區(qū)(如磨粒磨損

9、表面的犁溝區(qū)和粘著磨損表面的凹坑區(qū))向四周轉(zhuǎn)移，在摩擦表面微區(qū)高溫高壓的作用下與金屬微凸體作用生成具有低摩擦系數(shù)的納米FeS和納米FeSO4，納米FeS和納米FeSO4繼而受摩擦剪切作用在摩擦表面滑移鋪展，最終將磨損表面修復(fù)平整，并在表層形成由納米WO3、納米FeS、納米FeSO4及納米WS2組成的致密極壓抗磨修復(fù)層，該修復(fù)層不僅阻止了摩擦表面之間的直接接觸，而且擁有很高的承載能力，使得由剪切應(yīng)力引起的彈性變形和塑性變形局限于修復(fù)層，因

10、而有效地抑制了摩擦表面的粘著磨損和接觸疲勞，起到保護(hù)摩擦表面的作用。此外，發(fā)動(dòng)機(jī)缸壓分析實(shí)驗(yàn)表明，在發(fā)動(dòng)機(jī)中納米WS2顆粒于汽缸-活塞環(huán)處密封面形成的自修復(fù)層，改善了密封性，提高了缸壓，進(jìn)而保證了更加有效的燃料燃燒，使得燃油消耗和HC、CO、NOx等有害氣體的排放降低。
　　 最后，本文選用精煉菜籽油、多元醇酯PriEco3004、聚α烯烴PAO6和高壓加氫150BS光亮油按比例調(diào)配后加入粘度指數(shù)改進(jìn)劑T618、降凝劑LZL80