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蒙脱土在酯类合成基础油中的摩擦学性能研究 　　摘要：以癸二酸二异辛酯（DOS）为基础油，在高频往复试验机上考察了蒙脱土K10、蒙脱土KSF与工业蒙脱土的润滑性能。结果表明：三种蒙脱土不能降低DOS的摩擦系数，KSF与工业蒙脱土对DOS的抗磨损性能改善也不够明显，但质量分数为0.2%的蒙脱土K10在DOS中具有较好的抗磨性能，与纯的DOS相比，可使钢球磨斑直径降低22%，磨损体积下降约63%；与KSF及工业蒙脱土相比，K10尺寸小，比表面积大，容易吸附在摩擦接触表面，形成具有抗磨作用的摩擦膜。 　　关键词：蒙脱土；酯类基础油；润滑性能；摩擦磨损 　　中图分类号：TE624.82文献标识码：A 　　0引言 　　一些固体纳米微粒在润滑油中能表现出优异的减摩与抗磨性能，包括MS2（M=W与Mo）、金属纳米微粒与碳纳米管等。但这些纳米微粒往往制备成本高，从而限制其作为润滑添加剂的应用[1]。硅酸盐矿物微粉具有类似于石墨的层状结构，在基础油中也能表现出较好的润滑性能[2-3]。蒙脱土是高黏土与膨润土等层状硅酸盐矿的主要成分，它由两层Si-O四面体和一层八面体组成，片层的厚度可达纳米级，其层状结构和较大的比表面积，在摩擦润滑的过程中能吸附金属离子，对摩擦副的承载能力有所提高[4]。近年来，蒙脱土微粒在润滑油中的润滑性能越来越受到重视[5-8]。与矿物油相比，合成酯不但有较好的润滑性能，还具有良好的生物降解性[9-11]，因此，合成酯在许多领域被用来替代矿物基础油。本论文主要探讨了三种不同结构的蒙脱土微粒在合成酯癸二酸二异辛酯（DOS）中的摩擦学性能，并对相关摩擦机理进行了表征与分析。 　　1实验 　　1.1实验材料和仪器设备 　　材料和试剂：蒙脱土K10（Al2O9Si3；比表面积240 m2/g，阿拉丁试剂）、蒙脱土KSF（Al2O9Si3；比表面积20～40 m2/g，阿拉丁试剂）、癸二酸二异辛酯（C26H50O4；DOS；阿拉丁试剂）、市售工业蒙脱土、丙酮。 　　仪器设备：济南益华摩擦学测试技术有限公司生产的MGW-001型高频往复试验机（HFRR；控温精度为±1 ℃；球-盘摩擦副，材料为GCr15钢，钢球直径6.0 mm，洛氏硬度HRC58～66，Ra0.05 μm，圆盘直径10 mm，厚度6 mm，维氏硬度为190～210 HV30，表面粗糙度Ra0.02μm），详见图1；基恩士VK-X100形状测量激光显微镜（LM）；日立SU8010扫描电镜（SEM）；UV-6300PC紫外可见分光光度计。 　　1.2摩擦磨损试验 　　按质量比为0.2%的比例称取不同类型的蒙脱土粉末，添加到DOS中后在超声波清洗器中超声分散30 min，然后在HFRR上评价其摩擦性能，测试条件：滑动速度为0.1 m/s（根据50 Hz的频率和1000 μm的冲程计算）、测试温度60 ℃、载荷7.84 N、摩擦时间75 min。对摩擦学性能的影响；然后选取K10为对象，研究了蒙脱土添加量（0%、0.1%、02%、0.4%与0.6%）、测试温度（20 ℃、40 ℃、60 ℃与80 ℃）与载荷（3.92 N、5.88 N、7.84 N与98N）等对DOS摩擦学性能的影响。测试完毕后，利用LM、SEM与EDS对磨斑进行表征。 　　2结果与讨论 　　2.1原料表征与分散性测试 　　图2（a）为蒙脱土K10的SEM图像，可以看出蒙脱土K10为尺寸几百纳米到几微米大小的层状微粒堆积而成，这种结构具有较大的比表面积（240 m2/g），片层的厚度在纳米级。图2（b）所示的蒙脱土KSF也为层状结构，但片层尺寸大，结构较为致密，比表面积较小（20～40 m2/g）。图2（c）所示的工业蒙脱土与K10类似，具有典型的层片状结构，但片层尺寸要远大于K10。 　　以DOS为基础油，分别配制质量分数为0.2%的三种蒙脱土样品，超声分散30 min，利用高速离心机，在3000 r/min转速下离心2 min取上清液置于紫外-可见分光光度计中测定吸光度。观察发现，超声30 min之后K10可以完全分散，KSF和工业蒙脱土均有少量沉淀没有分散。离心之后三种样品还分散着少量添加剂。K10的分散稳定性相对较好。分别配制质量分数为0.175%、0.15%的KSF和工业蒙脱土样品，超声分散30 min之后，质量分数为0175%的两个样品仍有微量沉淀，质量分数为015%的KSF和工业蒙脱土样品可以完全分散。见表1。 　　2.2摩擦学测试结果与分析 　　图3为添加不同种类蒙脱土的DOS的摩擦学测试结果。该图显示：添加0.2%不同蒙脱土的DOS样品和纯DOS样品的摩擦系数非常接近，表明蒙脱土在DOS中几乎没有减摩作用。添加0.2%蒙脱土KSF的DOS的平均磨斑直径为