纳米银有机流体的摩擦学性能研究论文.docVIP

纳米银有机流体的摩擦学性能研究摘要:采用溶剂萃取将银离子转移到有机相并直接还原,成功制备了稳定的纳米银有机流体。用傅立叶红外、 透射电镜等对有机流体中的纳米银粒子进行了表征，同时用摩擦磨损试验机对纳米银液体石蜡流体的摩擦 学性能进行了研究，此流体具有良好的减摩性能，在减摩性能最佳时的添加量为 0.1%。这种方法制备工艺 简单，为工业上大规模制备纳米流体和添加金属纳米粒子的润滑油提供了新的思路。 关键词：纳米流体；银；抗磨性；润滑油添加剂 中图分类号：O613.51 纳米摩擦学是在原子、分子尺度上研究相对运动界面上的摩擦磨损与润滑行为，从而提 示微观摩擦磨损，设计与制备纳米尺度上的润滑剂及减摩耐磨材料的学科 [1] 。夏延秋 [2,3] 等 将 10-50nm 铜粉、镍粉和铋粉添加到矿物油中进行抗磨减摩性能试验，发现同等条件下其磨 擦系数降低，磨痕宽度大大减小。S. Tarasov 等也做了类似的研究。为了改善无机纳米微 粒在基础润滑油中的分散性，需要对无机纳米微粒进行表面改性。制备思路一般是先用物理 或化学方法制备出纳米微粒，然后进行表面修饰，再以适当的方式分散添加到基础润滑油里。 如陈爽 [8] [5，6，7] [4] 等在乙醇和水的混合溶液中沉淀出用油酸或二烷基二硫代磷酸修饰的 PbS,周静 并作为液体石蜡的添加剂做了摩擦性能研芳等 也用类似的方法制备了油溶性铜纳米粒子， 究。目前尚极少见直接制备纳米有机流体并对其进行抗磨减摩性能的研究报道。 本文通过萃取剂将金属离子萃取到基础油中，然后还原，直接得到负载金属纳米颗粒的 润滑油，避免了纳米颗粒在制备、改性及添加过程中可能会出现的粒子团聚或分散不均的问 题，并用透射电子显微镜，红外光谱仪等对粒子进行了表征，用立式摩擦磨损试验机考察了 负载金属纳米颗粒后液体石蜡的摩擦学性能，并在扫描显微镜上观察了磨损形貌。 1 试验部分 1.1 试剂 Cyanex302，工业品，加拿大 CYTEC 公司友情提供，主要成分是二（2，4，4-三甲基戊 基）单硫代膦酸，纯度为 84.47%。液体石蜡，硝酸银等均为分析纯，水为蒸馏水。 1 1.2 试验 将等体积的硝酸银水溶液和 Cyanex302-液体石蜡溶液混合，剧烈震荡。控制硝酸银和二 （2，4，4-三甲基戊基）单硫代膦酸的摩尔比是 1.2：1。平衡 24h 后分去水相，将有机相 在常温、磁力搅拌下用固体硼氢化钾还原，硼氢化钾和银的摩尔比控制在 1：2，最后得到 随浓度变化颜色由浅棕色至深黑色的负载纳米银的液体石蜡流体。银粒子的大小和形貌在 JEOL 公司 JEM-100CX 型透射电子显微镜上观察，银粒子表面修饰情况用 Nicolet 公司 510P 型红外光谱仪进行表征。耐磨性试验在济南试验机厂 MMW-1 型立式摩擦磨损试验机上用四球 法进行摩擦磨损试验，所用的钢球为 GCr15 轴承钢，其直径为 12.7mm,硬度为 61~ 64HRC，磨 斑形貌在 JEOL 公司 JSM-6700F 型场发射扫描电子显微镜上观察。 2 结果与讨论 2.1 Cyanex 302 修饰的银纳米粒子的制备与表征 基于在有机相中直接制备有机流体的思路，就要选择一种合适的萃取剂，它既能将银离 子萃取到有机相中，又能对银粒子表面进行修饰。本文选用二（2，4，4-三甲基戊基）单硫 代膦酸作为萃取剂，商品名为 Cyanex302。 Handly 等认为 Cyanex302 存在如下互变异构： [9] R R R P OH R P thiol SH （1） thiono Cyanex302 在有机溶剂中约 90%以 thiono 形式存在，而在和银离子形成配合物后以 thiol 形式为主 [10] 。其萃取方程如下： R P+ Ag + SHR R Ag + H +P RS (2) 为了提高 Cyanex302 的利用率，固定二（2，4，4-三甲基戊基）单硫代膦酸和硝酸银的 摩尔比是 1：1.2，实验证明，此时有机相中萃取剂已达到饱和萃取。这样可以避免有机相 中少量未参与反应的萃取剂在被硼氢化钾还原过程中产生大量氢气，同时水相中未被萃取的 硝酸银可再次利用。 2 图１ 负载量为 1.0%的 Cyanex302 修饰的银粒子透射电镜照片 Fig.1 The photo of TEM with the silver nanoparticle concentration of 1.0% 制备负载量为 1.0%的 Cyanex 302 修饰的银粒子液体石蜡。由于负载量较高，粒子部分 沉淀，取部分沉淀出的粒子分散到丙醇中，进行透射电镜观察。从中看出 Cyanex302 修饰的 银粒子粒径均匀，粒径大约 10nm，无团聚现象。 图２为 Cyanex302（a）和 Cyanex3