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复合钛基润滑脂的制备及其摩擦学和生物降解性能研究

陈继国

   润滑脂是机械设备降低能耗和延长机器寿命不可缺少的润滑剂。生物降解的润滑脂的制备是各国备受关注的前沿课题,而复合钛基润滑脂又是一种可生物降解的润滑脂。为了加速复合钛基润滑脂在国内工业上的应用,本文采用试验室制脂釜制备了以650SN、质量比为1:1.8的650SN和新戊基多元醇酯的混合油、新戊基多元醇酯和混合油(质量比为4.5:2.5:1的新戊基多元醇酯、650SN和环氧大豆油的混合油)为基础油,苯甲酸/硬脂酸和癸二酸/硬脂酸为组分,聚四氟乙烯颗粒、纳米二氧化钛和纳米二氧化硅为添加剂的复合钛基润滑脂。 采用锥入度测定仪、滴点测定仪和四球试验机研究了复合钛基润滑脂的锥入度、滴点、摩擦磨损性能及承载能力。利用SEM和XPS研究手段研究了钢球的磨斑表面形貌。采用红外光谱定性分析了复合钛基润滑脂的皂分子结构及经微生物降解前后的物质变化情况。研究不同基础油、不同组分和不同添加剂对复合钛基润滑脂的物理特性、摩擦学特性、钢球的磨斑表面形貌、钢球表面元素化学状态和生物降解性能的影响,揭示了复合钛基润滑脂的润滑机理。同时,对比了复合钛基润滑脂与锂基脂和脲基脂物理特性和摩擦学特性的差异。 采用先溶解有机酸后加入钛酸酯的工艺制备了复合钛基润滑脂,其的皂化温度、皂化时间、稠化速率、高温炼制温度及高温保温时间直接影响着复合钛基润滑脂的物理特性和摩擦学特性。同时,经红外光谱分析说明复合钛皂分子形成了碱式双酸钛皂骨架。当稠化剂含量为17%时,复合钛皂对新戊基多元醇酯的稠化能力最强,生成速率最快。与其他组分相比,苯甲酸/硬脂酸和癸二酸/硬脂酸组分的成率高于0.8,易于成脂。添加剂在0.5~3.0wt%含量内对滴点是没有明显影响的,而对锥入度有一定的影响。合成复合钛基润滑脂的颜色从浅黄色至褐色变化。同时,2号以混合油或650SN为基础油的复合钛基润滑脂滴点可达280°C,而4号以新戊基多元醇酯为基础油的复合钛基润滑脂滴点低于200°C,癸二酸/硬脂酸组分的滴点要高于苯甲酸/硬脂酸组分。 对于减摩和抗磨特性,矿物油基苯甲酸/硬脂酸复合钛基润滑脂的减摩效果最佳,而含环氧大豆油的混合油基复合钛基润滑脂的抗磨效果最佳,对于相同的基础油,组分对减摩和抗磨特性是几乎没有影响的。聚四氟乙烯、纳米二氧化钛和纳米二氧化硅三种添加剂分别在质量分数为2.0、0.5和1.5wt%下对所有脂均能在不同程度上降低基础脂的摩擦系数和钢球的磨斑直径。对于含12.5wt%环氧大豆油的混合油基复合钛基润滑脂,三种添加剂在所有试验负荷内在不同程度上有效的起到一定的减摩和抗磨效果。同时,对应的复合钛基润滑脂极压性可达1100N,与其他脂相比,PB值提高了37.5%。对于相同的基础油,组分对极压性能是没有影响的。与复合锂基润滑脂和脲基脂相比,复合钛基润滑脂的摩擦学性能优于对比脂。 钢球的磨斑形貌表明钢球的磨损特征为轻微的粘着磨损,在磨损表面发现有氧化沉积膜的出现。复合钛基润滑脂的润滑作用机理是以复合钛基润滑脂润滑下在金属表面发生了摩擦化学反应并生成了二氧化钛化学沉积膜和由润滑脂本身或含聚四氟乙烯颗粒或含纳米二氧化钛或含纳米二氧化硅颗粒组成的物理吸附膜协同作用起到了较好的减摩抗磨的作用。 生物降解评价表明癸二酸/硬脂酸组分的复合钛基润滑脂的生物降解率高于苯甲酸/硬脂酸组分的复合钛基润滑脂。同时,在所有的基础油中,以新戊基多元醇酯为基础油的复合钛基润滑脂生物降解率均大于65%,最大可达83%。2.0wt%的添加剂对癸二酸/硬脂酸组分的生物降解是没有影响的,而对苯甲酸/硬脂酸组分是有影响的。两种组分的复合钛基润滑脂的皂分子可以通过酯的水解、长链烃的?氧化或苯环的氧化开环三种方式发生初级的生物降解。……   
[关键词]:结构表征;摩擦磨损性能;润滑机理;生物降解性能;复合钛基润滑脂
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:哈尔滨工业大学2010年