纳米钼酸镧钠的制备及其摩擦学性能研究

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润滑油能减少设备运转过程中的能源损耗,降低由于磨损而导致的机械零件失效,对国民经济的发展具有重要意义。润滑油添加剂则是润滑油的精髓,而极压抗磨剂是其中最重要的一种。它能影响金属表面的物理、化学性质,降低摩擦磨损,增加极压性能,抑制腐蚀等。稀土元素以其独特的物理化学性质,在润滑油添加剂研究领域受到越来越多的关注。有研究表明含有镧系元素润滑油添加剂具有良好的抗磨性能,具有很大的应用前景。   本文致力于作为润滑油添加剂的钼酸镧钠的合成及其摩擦学性能的研究工作,运用简单的制备方法,合成了环境友好、具有一定的减磨性能的钼酸镧钠,详细讨论了合成路线,研究了其做润滑油添加剂的摩擦学性能,讨论了抗磨减摩性能作用机理。以钼酸钠(Na2MoO4·2H2O),氯化镧(LaCl3·7H2O)为原料,并添加聚乙烯醇分散,采用沉淀法辅以超声分散,制备了钼酸镧钠,并用FT-IR、XRD、SEM对其结构和形貌进行了表征和分析。结果表明,产物的纯度高,平均粒径为50~60nm左右。研究了制备过程中各种实验因素对产品的影响,优化了制备工艺。结果表明,分散剂的加入,使微粒的的粒径更为均匀、细小,易于分散于基础油中。以油酸为表面改性剂,探讨了油酸、乙醇、水的比例对改性体系稳定性的影响,最终按油酸:乙醇:水=5:8:12配制改性液,获得修饰的样品在液体石蜡中分散性良好,放置7天仍无沉淀。探讨了油酸对钼酸镧钠的修饰机理,分析认为,修饰机理不是简单的物理吸附作用,而是钼酸镧钠表面的羟基与油酸发生化学键合作用,并伴有电子转移。用FT-IR、XRD、SEM对其结构和形貌进行了表征和分析,结果表明,与修饰前相比,粒径及形貌没有显著的变化,但微粒表面有机层的存在,使粒径分布均匀,更易分散于基础油中。在MRS-10A型四球摩擦实验机上测试了添加表面修饰的钼酸镧钠的油样的摩擦学性能,结果表明,添加剂的加入可以提高基础油的减磨性能,使磨斑直径降低18%左右。以SEM分析摩擦面的形貌及元素,与基础油相比,表面修饰钼酸镧钠的加入使磨痕更为平整,并在摩面上检测到了抗磨元素La、Mo的存在,分析正是由于钼酸镧钠的独特性质,使油样提高了减摩性能。   本文以钼酸钠和氯化镧为原料,配制了表面活性剂(司班80+吐温80)-环己烷-正丁醇-钼酸钠溶液、表面活性剂(司班80+吐温80)-环己烷-正丁醇-氯化镧溶液的微乳反应体系,成功制备了钼酸镧钠微粒。考察了Span80、Tween80复配表面活性剂的比例值不同(Span80/Tween80=3/7,Span80/Tween80=3/5)、助表面活性剂的种类(正丁醇,正己醇)、油相的种类(环己烷、正庚烷)对微乳区域的影响。并研究了分别以氯化镧溶液、钼酸钠溶液为分散相的微乳体系的相行为。采用最佳组合(Span80/Tween80=3/5,S/AS=2/1,环己烷,正丁醇)配制了反应物氯化镧、钼酸钠的微乳液,制备得钼酸镧钠并用油酸进行了表面修饰。将其添加到液体石蜡中测试减摩效果,结果表明,添加0.5wt.%表面修饰的NaLa(MoO4)2,就可以使磨斑直径(WSD)降低19%,分析认为原因在于其微粒能够填充在损伤部位,而且在摩擦表面形成一层化学吸附膜,摩擦面金属和纳米稀土微粒发生摩擦化学反应在摩擦表面生成稀土摩擦扩散层,纳米微粒对摩擦表面的微凸体有限切削,共同作用使液体石蜡的摩擦学性能提高。
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