環(huán)境友好型水基潤(rùn)滑劑的摩擦學(xué)性能研究.pdf

1、隨著石油枯竭、能源危機(jī)、環(huán)境污染的日益加劇，在某些領(lǐng)域中，水基潤(rùn)滑已漸漸取代油基潤(rùn)滑。由于水基潤(rùn)滑劑具有價(jià)格低廉、儲(chǔ)運(yùn)方便、資源廣闊等優(yōu)點(diǎn)，是機(jī)械潤(rùn)滑領(lǐng)域當(dāng)前及今后的重要研究方向。針對(duì)目前水基潤(rùn)滑潤(rùn)滑性差、抗腐蝕性差的缺點(diǎn)，需要在水中加入各種水溶性功能添加劑來(lái)改善水的摩擦學(xué)特性。近來(lái)，越來(lái)越多的研究發(fā)現(xiàn)，水溶性高聚物加入到水中不僅可以有效提高水的粘度，從而在接觸區(qū)獲得較厚的潤(rùn)滑膜，而且又由于吸附在金屬表面的聚合物阻止了兩摩擦副之間的直接

2、接觸，所以可以很大程度上改善水溶性添加劑本身缺乏的摩擦學(xué)性能。
　　另一方面，隨著近年來(lái)海洋開(kāi)發(fā)的藍(lán)色革命在全球范圍內(nèi)的興起，有關(guān)海水環(huán)境下材料摩擦學(xué)性能的研究越來(lái)越受到人們的關(guān)注。海水主要是一種復(fù)雜的多種鹽類(lèi)的平衡溶液，因此，當(dāng)水基潤(rùn)滑劑在海水中使用時(shí)，無(wú)機(jī)鹽離子的混入是無(wú)法避免的。已有的研究發(fā)現(xiàn)，無(wú)機(jī)鹽離子特別是陰離子可以大幅度影響水溶性聚合物在水中的溶解度，改變聚合物在表面的吸附，從而影響其摩擦學(xué)性能，然而目前有關(guān)無(wú)機(jī)鹽離子

3、對(duì)水溶性潤(rùn)滑添加劑摩擦學(xué)性能的研究報(bào)道并不多。
　　基于以上幾點(diǎn)，我們嘗試采用自然界中普遍存在的多糖類(lèi)化合物（普魯蘭多糖、果膠）及甘油等作為水溶性減摩、抗磨添加劑。針對(duì)不同潤(rùn)滑條件，系統(tǒng)的分析了水基潤(rùn)滑添加劑的摩擦學(xué)性能，同時(shí)考察了無(wú)機(jī)鹽離子對(duì)水基潤(rùn)滑添加劑摩擦學(xué)性能的影響，并分析了其潤(rùn)滑機(jī)理，以期為獲得環(huán)境友好型水基潤(rùn)滑液提供一些借鑒。實(shí)驗(yàn)取得了一些階段性成果，研究發(fā)現(xiàn):
　　(1)含普魯蘭多糖的水基潤(rùn)滑液在軸承鋼-45＃

4、鋼及軸承鋼-不銹鋼摩擦副中具有良好的減摩抗磨作用。普魯蘭多糖的添加明顯改善了水的摩擦學(xué)性能，并隨著水中普魯蘭多糖濃度的增大，減摩效果更佳。這主要是因?yàn)槟Σ吝^(guò)程中普魯蘭多糖在接觸區(qū)吸附形成有效的邊界潤(rùn)滑膜，從而極大地降低了摩擦。在普魯蘭多糖和無(wú)機(jī)鹽混合系統(tǒng)中，在相同的陽(yáng)離子情況下，陰離子的種類(lèi)直接影響普魯蘭多糖水溶液的潤(rùn)滑作用，其中氟離子增強(qiáng)了普魯蘭多糖水溶液的潤(rùn)滑作用，硝酸根離子則減弱了普魯蘭多糖水基潤(rùn)滑液的潤(rùn)滑作用，而氯離子對(duì)普魯蘭多

5、糖水基潤(rùn)滑液的潤(rùn)滑作用影響不大。陰離子的種類(lèi)對(duì)普魯蘭多糖水溶液的潤(rùn)滑作用的影響可用Hofmeister效應(yīng)來(lái)解釋。
　　(2)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，果膠水溶性潤(rùn)滑添加液在軸承鋼-45＃鋼摩擦副之間能夠起到良好的減摩效應(yīng)。果膠水溶液潤(rùn)滑時(shí)，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中果膠可以通過(guò)羧基吸附在鋼塊表面上，形成潤(rùn)滑層，進(jìn)一步降低了摩擦系數(shù)。伴隨著載荷的增大，摩擦系數(shù)呈現(xiàn)輕微下降趨勢(shì)。鹽離子對(duì)果膠水溶液的摩擦學(xué)性能具有不同的影響。這主要是因?yàn)闊o(wú)機(jī)鹽離子影響了果膠在表面的

6、吸附，特別是NaNO3阻止了果膠分子在表面之間的吸附，從而導(dǎo)致摩擦系數(shù)增大。
　　(3)研究了甘油及其水溶液在鋼-鋼、鋼-鋁及鋼-銅摩擦副的摩擦學(xué)性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，甘油水溶液在鋼-鋼摩擦副、鋼-銅摩擦副、鋼-鋁摩擦副中都可作為有效的潤(rùn)滑劑使用，但潤(rùn)滑機(jī)理不同。在鋼-鋼摩擦副中，甘油在表面形成的吸附膜起主要潤(rùn)滑作用，而在鋼-銅摩擦副中，甘油的存在促進(jìn)了銅向?qū)ε间摫砻娴霓D(zhuǎn)移，在鋼-鋁摩擦副中，由于鋁具有較高的化學(xué)活性，鋁的磨損機(jī)理以