高铼酸盐宽温度范围润滑行为研究

IMR OpenIR

	高铼酸盐宽温度范围润滑行为研究
	刘林林
学位类型	博士
导师	李曙
	2011
学位授予单位	中国科学院金属研究所
学位授予地点	北京
学位专业	材料学
关键词	高铼酸盐固体润滑油品添加剂减摩行为 Perrhenate Solid Lubrication Oil Additive Antifriction Behavior
摘要	"目前单一品种的润滑材料和技术难以具备从低温到高温（800℃）下的全面减摩功能。为了拓宽润滑温度范围，将固体润滑剂分散到润滑油中，由以往单一的润滑模式（油润滑或固体润滑）变为油润滑（低温）/固体润滑（高温）的混杂润滑模式，是一种可行方案。高铼酸盐[M(ReO4)2]作为一种双金属氧化物（MeO.Re2O7）大都质软各向异性，通常具有比单一氧化物更低的硬度和剪切强度；即使在高温下分解，其产物亦是很好的固体润滑剂，如Co(ReO4)2分解为Re2O7和CoO；此外，Re的氧化物是最高价态，若作油品添加剂使用，高的含氧量在油品挥发分解过程中，极有可能减少残炭，使其转变成CO2而逸出。因此，本文研究了——高铼酸盐（双金属氧化物）在宽温度范围内作为固体润滑剂和油品添加剂的摩擦学行为。首先在水溶液中化学合成了Fe，Co，Ni，Cu，Pb，Ca，Ba和La等8种高铼酸盐。对它们的结构、成分和形貌进行了X射线衍射（XRD）和扫描电镜及能谱仪（SEM-EDS）分析。结果表明：除高铼酸铁为非晶态外，其它高铼酸盐均为晶态，它们的XRD数据与标准卡片中的数据吻合，成分与计算值也基本相符。在UMT-2M摩擦试验机上，测试升／降温（室温至750 ℃）条件下在Si3N4陶瓷球/GH126镍基高温合金盘间添加高铼酸盐前后的摩擦系数。利用XRD和SEM-EDS对磨屑成分结构和磨痕形貌进行了分析，测量了摩擦表面间的接触电阻，并用白光干涉仪观测了磨痕表面粗糙状况。结果表明：高铼酸盐在对摩副的摩擦作用下形成了润滑膜，并与其摩擦行为密切相关。随温度上升，加高铼酸盐的摩擦系数均有不同程度降低，高温段摩擦系数一般在0.2—0.3之间。因温度升高，高铼酸盐润滑薄膜更加稳定，750℃／600℃时多为平整光滑的膜层，经历与低温相同的摩擦时间后在磨痕内依然存在。摩擦系数随温度变化的规律各不相同，这与各种高铼酸盐的成膜能力和性质不同有关：高铼酸铜室温即形成较致密的薄膜；600℃时高铼酸铅形成结合牢固的似釉质减摩膜（摩擦系数低至0.12）；750℃时高铼酸钴和高铼酸钙不分解，能均匀粘附于磨痕表面形成致密薄层，具有良好减摩作用。降温时钴、钙和铅的高铼酸盐摩擦系数均低于相同温度下的空白试验值，它们在高温摩擦过程中形成的减摩膜更加稳定。用乙醇溶解转移法制备了可用于宽温度范围的含高铼酸钴油品（季戊四醇脂，PETE）。研究了表面活性剂种类，用量，高铼酸钴含量，乙醇用量等的影响。结果表明：无水乙醇+复合表面活性剂可以制得分散性良好的含高铼酸钴油品。其中聚乙二醇辛基苯基醚（OP-10）+ 十二烷基硫酸钠（SDS）[OP-10∶SDS（W）=96%∶4%]；OP-10 + 石油磺酸钠（T701）[OP-10∶T701（W）=80%∶20%]；失水山梨醇单硬脂酸酯（Span-60）+ 聚氧乙烯失水山梨醇单硬脂酸酯（Tween-60）[Span-60∶Tween-60（W）=90%∶10%]对高铼酸钴分散效果最佳，可以使含高铼酸钴油品稳定时间超过90天。用乳化脱水法制备了含高铼酸钙油品（PETE）。研究了表面活性剂种类用量，高铼酸钙水溶液浓度、体积，乳化脱水时间，温度，搅拌速度等的影响。结果表明：复合表面活性剂OP-10+SDS[OP-10∶SDS（W）=96%∶4%]最佳。脱水条件为：1500 rad/min，150℃，脱水时间以刚好没有明显气泡逸出即可。制备同浓度含高铼酸钙油品，应用高浓度低体积的高铼酸钙水溶液。在UMT-2M摩擦试验机上，用升温—滴油—摩擦和升温—空盘摩擦—滴油—摩擦两种方式，测室温至600 ℃滴加含高铼酸盐油品前后的摩擦系数。用XRD和SEM-EDS对磨屑成分结构和磨痕形貌进行了分析。结果表明：含高铼酸盐油品低温（300℃前）润滑性能与基础油（PETE）类似，高温（300℃后）润滑性能优于基础油，实现了300～450℃油品氧化分解区间从油膜润滑向固体润滑的平稳过渡，达到宽温度范围全程润滑。其中含高铼酸钴油品450℃左右润滑能力最佳，仅0.2%（W）就可以使摩擦系数（0.06）比PETE（0.45）降低近9倍，比PETE+表面活性剂（0.15）降低近3倍。含高铼酸钙油品600℃左右润滑作用十分明显，0.5%（W）即可使摩擦系数（0.25）比PETE和PETE+表面活性剂（0.45）降低近一半。高温连续补给含高铼酸盐润滑油品，可能使摩擦系数长时间维持在低值，实现有效润滑。"
其他摘要	For exploring the possibility of a hybrid lubricating mode with smooth transition from fluid to boundary even to solid lubrication at elevated temperatures, i.e., searching a substance which should be the solid lubricant and oil additive with environmentally friendly characters, a series of perrhenates (the soft double oxide) were prepared as the candidates because of their crystalline and decomposed products with a good antifriction behavior, such as Re2O7 which might provide the lubrication during oil decomposition for its good sublimation at about 300 ℃. This investigation might be advantage of lubrication for rubbing parts of internal combustion or turbo engine such as piston ring and cylinder liner or exchanger, which were always operated in a cyclical variation of temperature (even to 800 ℃).
文献类型	学位论文
条目标识符	http://ir.imr.ac.cn/handle/321006/64289
专题	中国科学院金属研究所
推荐引用方式 GB/T 7714	刘林林. 高铼酸盐宽温度范围润滑行为研究[D]. 北京. 中国科学院金属研究所,2011.