在边界润滑条件下,添加剂会通过物理/化学吸附或摩擦化学反应与摩擦副表面相互作用而达到减摩抗磨的目的。但无论生成吸附膜还是摩擦反应膜,添加剂在摩擦副表面的吸附是润滑的前提和基础。随着新型润滑材料的快速发展,纳米添加剂表现出了超滑、极压、自修复等突出的润滑性能。然而,纳米添加剂在油体系中的吸附行为既不同于小分子、也不同于在水溶液环境中的行为,会受表面性质、粒径尺寸等多种因素的影响。同时全新的摩擦副材料的种类也在不断涌现,如何针对不同摩擦副材料,合理设计、优化纳米添加剂的形态、尺寸、表面性质来实现纳米添加剂的高效应用,目前尚缺乏针对纳米添加剂的吸附特性研究。基于此,本文以Cu纳米添加剂为研究对象,在油润滑体系中系统研究不同表面性质、团聚粒径的Cu纳米添加剂在金属、碳膜摩擦副表面的吸附行为及摩擦学性能,揭示纳米添加剂的吸附速率、平衡吸附质量等吸附特性对其摩擦学性能影响的规律,建立切合实际的摩擦机制模型,量化探讨纳米添加剂的吸附特性对其在油润滑体系中的边界摩擦学性能的影响,建立其构效关系。主要研究内容和结果如下:(1)Cu纳米添加剂在金属表面的吸附行为对其摩擦学性能的影响通过溶剂化处理粒径约4 nm的Cu纳米微粒,以改变其表面性质和团聚粒径分布。在保证Cu纳米添加剂能稳定分散于基础油十二烷的前提下,随着溶剂极性的增大,Cu纳米添加剂的表面电势从-103 m V增大到-246 m V,Zeta电位从-1.7 m V变化为-9.6 m V。具有相同表面电势的Cu纳米添加剂,在油中的团聚粒径随着浓度的升高而增大,最大团聚粒径从6 nm增大到60 nm。利用石英晶体微天平(QCM-D)研究Cu纳米添加剂的表面电势、团聚尺寸对其在金属摩擦副表面吸附行为的影响,以及吸附行为与其摩擦学性能之间的关系。结果表明,当Cu纳米添加剂团聚粒径相同时,其在金属摩擦副表面的吸附质量仅与表面电势有关,表面电势越高,相应的平衡吸附质量越大;当Cu纳米添加剂表面电势相同时,随着团聚粒径的增大,所受到的流体推动力增加,从而导致吸附质量减小。最终得到团聚粒径为20 nm、表面电势为-246 m V的Cu纳米添加剂在金属表面拥有最大平衡吸附质量。利用摩擦磨损试验机(UMT)研究了添加有不同表面性质和浓度的Cu纳米添加剂的十二烷润滑剂在钢/钢(GCr15钢)摩擦副体系中的摩擦学性能。钠米添加剂的加入使系统摩擦系数降低35%,磨损率降低36%,其减擦抗磨机制在于Cu纳米添加剂在钢表面形成富集润滑膜,以减少摩擦副间的粘着磨损。Cu纳米添加剂的摩擦学性能与其吸附行为具有较好的一致性,其平衡吸附质量越大,钢表面磨损率越低;另外,Cu纳米添加剂的吸附速率越大,磨合期越短,摩擦越易达到稳定状态。(2)Cu纳米添加剂在碳膜表面的吸附行为及其对摩擦学性能的影响利用QCM-D研究Cu纳米微粒的表面电势、团聚尺寸对其在类金刚石薄膜(DLC)表面的吸附行为与摩擦学性能的影响。研究表明DLC表面含氧基团的增多有利于Cu纳米添加剂在DLC表面的吸附,DLC表面的羟基、环氧极性基团对Cu纳米添加剂产生的诱导偶极作用弱于与金属表面之间的静电引力,导致其在DLC表面的平衡吸附质量低于金属表面。对同一DLC表面,Cu纳米添加剂在DLC表面的吸附规律与在金属表面的吸附行为一致,Cu纳米添加剂表面电势越高,相应的平衡吸附质量越大。利用UMT-5研究了添加有不同表面性质和浓度的Cu纳米添加剂的十二烷润滑剂,在DLC/钢(GCr15钢)摩擦副体系中的摩擦学性能。同样发现,Cu纳米添加剂在DLC表面的吸附行为与其摩擦学性能一致。随着Cu纳米添加剂在DLC表面的平衡吸附质量增大,DLC的磨损率先降低,然后趋于一恒定值。摩擦机制分析表明,当Cu纳米添加剂平衡质量达到3000 ng/cm2时,可以完全隔离DLC与GCr15之间的黏着磨损,促使DLC表面发生石墨化,从而减小磨损。尽管Cu纳米添加剂平衡吸附质量进一步增大,DLC固体润滑机制并未改变,磨损率保持恒定。因此,Cu纳米添加剂与DLC的协同润滑机制,促使Cu纳米添加剂对DLC/十二烷固液复合润滑体系的抗磨性能存在饱和值。在DLC固液复合润滑系统中,研究了Cu纳米添加剂与多种减摩剂、抗磨剂、抗氧剂、分散剂、清净剂、粘脂剂等多种商用添加剂的复配摩擦学性能。通过改变Cu纳米添加剂的表面性质,发现高表面电势的Cu纳米添加剂可以较好地克服分散剂、减摩剂、抗氧剂、粘指剂、抗磨剂的竞争吸附问题,并且与商用碳膜发动机专用润滑油相比,其抗磨性能提高了近30%。