工科大学化学 第七章 化学与工程材料.ppt

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 7.3.2 纳米润滑剂 纳米润滑剂 将纳米粒子作为添加剂加入润滑油中形成纳米润滑剂；具有润滑作用，可减少相对摩擦副表面的摩擦和磨损。 种 类 分 类 举 例 ? 纳 米 添 加 剂 纳米金属单质粉体 纳米铜、纳米铅、纳米锡、纳米锌、纳米镍、纳米铋 层状无机物类 石墨、MoS2、WS2 纳米氧化物 二氧化硅、ZnO、Fe3O4、PbO、TiO2 纳米硫化物 MoS2、ZnS、硫化铜、硫化铅、硫化锰 纳米硼系化合物 硼酸、硼酸钙、硼酸钾、硼酸镁、硼酸钛、硼酸铜 纳米稀土化合物 LaF3、CeF3、稀土氟化物、稀土氢氧化物、稀土硼酸盐 高分子纳米微球 聚苯乙烯纳米微球、聚苯乙烯/聚甲基丙烯酸酯纳米微球 表7-1 纳米添加剂的分类 7.3.2 纳米润滑剂 1. 纳米润滑剂的润滑作用机理 在摩擦过程中形成了纳米颗粒自身沉积膜及由润滑剂活性元素同金属摩擦副表面相互作用生成的摩擦化学膜，二者组合成复合边界润滑膜，而该膜的生成避免了摩擦界面间的直接接触，减少了粘着磨损，使纳米润滑油添加剂具有良好的减摩抗磨性能、较高的承载能力，并对磨损表面具有一定的自修复功能。 2. 纳米润滑剂的制备方法 1）液相法：以均相溶液为出发点，通过各种途径使溶质与溶剂分离，得到所需的前驱体，再经热解得到纳米离子；又分为溶胶-凝胶法、沉淀法、微乳化液法和水解法。 7.3.2 纳米润滑剂 3. 纳米润滑剂的研究方向 2）固相法：通过固相到固相的变化而制备粉体，所得的粉体与最初的固相原料可以是同一物质，也可以不是同一物质；分为物理粉碎法和机械合金法。 3）气相法：直接利用气体或通过将物质变为气体，使其在气体状态下发生物理或化学变化，最后冷凝聚成纳米颗粒；分为蒸发冷凝法和溅射法。 1）研究制备纳米添加剂的新工艺； 2）深入探究纳米润滑油的减磨机理； 3）研究纳米添加剂的复合作用； 4）开发环保型纳米添加剂。 7.3.3 高分子摩擦材料 高分子摩擦材料 是由高分子基体、增强材料和填料所组成的三元复合材料。基体与高分子摩擦材料的性能密不可分，目前基体主要为改性酚醛树脂、树脂/橡胶共混物、热固性或热塑性树脂；增强材料现已用钢纤维、玻璃纤维、碳纤维、矿渣纤维和钛酸钾纤维，代替过去通常使用的石棉纤维；填料可对摩擦材料的摩擦性能起着多方面的调节作用，利用减摩或摩阻填料，可提高材料的稳定性和耐磨性。 1.高分子摩擦材料的分类 根据其结构可分为有机基、半金属基、少或非石棉基等类型。 7.3.3 高分子摩擦材料 2.高分子摩擦材料的制造工艺 干法工艺、半干法工艺、湿法工艺、层压工艺、编织工艺、缠绕工艺、抄取工艺、带衬背工艺、不同时加热加压工艺和热处理操作工艺等。 3.高分子摩擦材料的摩擦机理 1）粘着摩擦机理：高分子材料质软，易变形以及高分子材料的分子链在滑动过程中会发生相互扩散是高分子材料产生粘着的原因。在高分子树脂材料滑动过程中，微凸体发生相互接触，使接触点及其附近材料表面的粘着部位产生剪切作用和切向阻力，造成了材料表面的刮擦和撕脱现象。随着滑动摩擦的继续，会再次生成新的微凸体然后再被磨损掉。因为粘着力与分子作用力相似，也就是说微凸体接触面的强度接近于基体材料自身抗剪强度。所以，基体材料的抗剪强度决定了摩擦力大小和对材料的撕扯情况。 7.3.3 高分子摩擦材料 2）形变摩擦机理：高分子材料的滑动接触界面存在着两种不同作用形式的形变，第一种是高分子材料与摩擦副的微凸体之间机械锁合所造成的塑性变形和微观变形；而第二种是由于质软的高分子材料表面被摩擦副上质硬的微凸体梨削、堆积、撕裂或切削等作用造成宏观形变。在滑动过程中，微凸体被梨削磨损消失与堆积再生成过程一直交替地进行，这也决定了高分子材料表面的粗糙度、相对硬度以及磨屑碎片的状态。当硬质摩擦副的微凸体受压嵌入高分子软材料表面时，如果高分子材料的抗剪切强度低于微凸体的硬度，高分子材料的表面就会有梨沟出现；若与之相反，高分子材料与硬质摩擦副的接触面将产生机械锁合作用造成的微观形变。 7.3.3 高分子摩擦材料 4.高分子摩擦材料摩擦磨损的影响因素 1）内在因素包括高分子的化学结构、凝聚态的结构和结晶度以及共聚共混的成分； 2）外在因素包括载荷、速度和温度等滑动条件，以及环境气氛与介质等。 材料的表面处理 7.4 7.4.1 材料的表面处理技术 1.材料的表面处理技术 是利用各种物理的、化学的或机械的工艺方法使基体材料表面形成一层与基体的机械、物理和化学性能不同的表层，以提高基体的耐蚀性、耐磨性或增加其装饰性或其它特种