刘谦 曹瑞林

1.装甲兵工程学院装备再制造工程系，北京 100072

2.中国人民解放军66166部队装备部，天津 301915

车用润滑油添加剂T151与纳米铜的复配性能研究

刘谦1曹瑞林2

1.装甲兵工程学院装备再制造工程系，北京 100072

2.中国人民解放军66166部队装备部，天津 301915

本文研究了纳米铜颗粒与分散剂T151在液状石蜡中的复配性能，分析了T151分散剂含量变化对摩擦学性能的影响。试验结果表明，在液状石蜡中加入纳米铜添加剂能够显著降低摩擦系数，减少磨损量。分散剂T151与纳米铜共同作用时没有负面影响，在试验范围内添加量为0.7%时具有最佳效果，磨斑直径比基础油减小29%。

纳米铜；功能添加剂；摩擦磨损

摩擦磨损是普遍存在的自然现象，纳米材料的发展为实现摩擦磨损表面自适应、自修复提供了新的途径[1]。润滑油添加剂通常包括极压抗磨添加剂、清净剂、分散剂、抗氧剂和摩擦改进剂等[2]。分散剂具有较好的分散性和优异的高温稳定性，与金属清净剂复合，不但能较好地解决发动机的低温油泥，还能减少发动机部件上漆膜和积碳的沉积，因此是内燃机油中需要添加的油品添加剂。纳米铜金属颗粒添加剂是研究的热点之一，纳米铜的添加能明显改善矿物润滑油的抗磨减磨性能[3-8]。本文选取具有代表性的分散剂T151（聚异丁烯丁二酰亚胺）与纳米铜复配，研究其复配后的摩擦学性能。

1 试验方法与材料

采用液相还原法制备平均粒径10～20nm的纳米铜颗粒，表面改性处理后添加到基础油液状石蜡中，添加量为0.3%(Wt%)。功能添加剂为分散剂T151（聚异丁烯丁二酰亚胺），分别按0. 2%、0.5%和0.7%重量百分比添加在基础油中。

试验设备采用国产MM—10W型机械四球摩擦试验机。试验载荷400N，试验时间30min，转速1450r/min。试验采用重庆产直径为Ф12. 7 mm的国家Ⅱ级标准GCr15钢球，硬度58～62 HRC。试验自室温开始，在大气中进行。试验前后试样用石油醚超声清洗10 min，用光电显微镜观察磨斑表面形貌并测量平均磨斑直径。

2 试验结果及讨论

2.1 摩擦学性能研究

图1为基础油、添加纳米铜以及同时添加纳米铜和T151时摩擦系数的随试验时间的变化。可以看出，液状石蜡中加入纳米铜之后摩擦系数明显降低，纳米铜起到了良好的减摩作用。液状石蜡和0.3%纳米铜润滑下的磨斑直径分别为0.62mm和0.59mm，纳米铜润滑下钢球的磨损量要比基础油润滑时的磨损量减小约5%。同时添加分散剂T151和纳米铜时，T151添加量的变化对摩擦系数的影响不大，说明T151的加入没有起到很好的协同作用，但也没有发生对抗作用。

图1 T151添加量对摩擦系数的影响

图2 为不同润滑条件下钢球磨斑表面形貌

表1为T151添加量对磨斑直径的影响。可以看出，当加入不同浓度的T151后，钢球试样的磨斑直径有一定程度的减小。在试验范围内，磨损量随T151的添加量增加而减小，当T151的添加量为0.7%时，钢球的摩斑直径最小，比单独添加纳米铜时减小25%，比基础油润滑时减小29%。可见，在试验范围内，添加T151对纳米铜的减摩性能影响不大，能够明显提高其抗磨损性能。

表1 T151添加量对磨斑直径的影响

2.2 摩擦表面分析与讨论

在光学显微镜下观察发现，加入了纳米铜颗粒润滑的摩擦表面呈浅黄色，能谱分析发现浅黄色物质富含铜元素。添加纳米铜前后的磨斑表面对比可以看到，基础油润滑下的试样表面存在较多的犁沟，与添加纳米铜润滑时相比犁沟明显较深、较宽。加入纳米铜颗粒后，试样表面的磨损较轻，磨损状况明显改善。

图2为不同润滑条件下钢球磨斑表面形貌。其中图2a、b和c分别为添加纳米铜颗粒的同时添加不同重量百分比的分散剂T151作为润滑剂时的磨斑表面形貌，图2d为基础油中添加0. 3%纳米铜润滑下的磨斑表面形貌。对比可以发现，与基础油中添加纳米铜润滑下的试样表面比较，T151与纳米铜共同作用下试样表面的磨损较轻，磨痕表面比较平整，磨斑表面的划痕和犁沟明显减少，因此而耐磨性能得到提高。

3.结论

功能添加剂T151分散剂与纳米铜共同作用对润滑性能没有明显影响，T151添加量变化时摩擦系数基本相同；在试验范围内T151添加量为0.7%时具有最佳耐磨性能，磨斑直径比添加纳米铜润滑时减小25%，比基础油润滑时减小29%。总之，纳米铜与分散剂T151复配后没有明显对抗作用，对耐磨性能有协同作用。

[1]徐滨士, 张伟, 刘世参, 等. 现代装备智能自修复技术 [J]. 中国表面工程.2004,17 (1): 1-4

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[6]刘谦，徐滨士，许一,等.添加工艺对纳米铜添加剂减摩性能影响的研究[J].润滑与密封.2005，（2）：12-13

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The Tribological Properties of Lubricants Containing Nano-Cu Additives and functional additive T151

Liu Qian1Cao Ruilin2
1.Department of Remanufacturing engineering, Academy of Armored Forces Engineering, Beijing 100072 2. 66166 General Armament Department of PLA，Tianjin 301915

The tribological properties of nano-cu additive cooperated with different contents of functional additive T151 have been investigated by MM-10W four-ball test machine. The results showed that lubricants containing nanoparticles has a good anti-wear and antifriction properties. Compared with the base oil, the anti-wear ability had been advanced by 29% with nano-Cu and 0.7% functional additive T151. The obtained results showed that the cooperation of nano-cu additive and functional additive was benificial to the anti-wear properties of the base oil.

nano-Cu; functional additives; friction and wear

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.17.013

国防科技重点实验室基金项目

刘谦(1973-)，男（汉），河北辛集人，助理研究员，博士。目前主要从事表面工程技术应用研究。