二烷基二硫代磷酸锌(ZDDP)是一种应用广泛的汽车润滑油添加剂,常用于发动机活塞环。ZDDP会在摩擦过程中界面处发生分解,形成的摩擦反应膜通过减小钢铁或其它对磨材料表面的金属与金属之间的接触起到保护表面的作用。因为ZDDP在使用时,不仅会使摩擦损耗增加,而且会产生含Zn、P、S的化合物,磷酸锌和其他的含磷的沉淀物会使三元催化器中毒,而且会影响氧气传感器,降低催化转换器的使用效率和寿命。但现在还并未很好的理解摩擦反应膜的生长机制,限制了研究人员进一步开发具有替代性的并且性能更加优异的添加剂。本文为研究ZDDP摩擦反应膜的生长机制,利用超声冷锻技术(UCFT)、真空退火技术,分别在钢材表面制备了纳米化层及不同晶粒尺寸样品。利用CSM摩擦磨损试验机考察了不同晶粒尺寸的钢材表面分别在聚α烯烃合成油(PAO4)和含1.0 wt%二烷基二硫代磷酸锌(ZDDP)润滑条件下的摩擦磨损行为。利用扫描电子显微镜、金相显微镜、三维白光表面形貌仪、X射线衍射仪、显微硬度计等微观检测设备分析了纳米化层的微观形貌、组织结构和显微硬度等。利用原子力显微镜(AFM)对单微凸体滑动界面上ZDDP分解的摩擦反应膜的生长与性质进行原位分析。研究结果表明:(1)在316L不锈钢表面制备的纳米晶层,最表层平均晶粒尺寸约为12.7nm,表面硬度由190 HV提高到341 HV。真空退火处理后,晶粒尺寸变大。UCFT样品硬度最高,摩擦系数和磨损率最小。晶粒的细化有助于使摩擦磨损降低。(2)在单微凸体滑动实验中,随着滑移次数增加,ZDDP摩擦反应膜生长,成核位置随机分布,探针持续滑动促进了反应膜的生长。摩擦反应膜具有粗糙、斑块状、板状等形状特征。UCFT样品成膜比Untreated样品成膜速度更快。相同滑移次数时,UCFT样品成膜区域高度更高。这可能是因为纳米化处理后表面存在大量的晶界,样品表面晶粒尺寸变小,晶粒细化并且晶界处的原子密度较低,容易产生更多的断键,从而提高表面活性,促进磨损表面吸附膜或反应膜的形成。(3)单微凸体滑动实验样品表面成膜区域有Zn、P、S等特征元素出现,未成膜区域则没有,说明ZDDP在摩擦磨损过程中发生了分解,生成了磷酸盐摩擦反应膜,起到了抗磨作用。