各種納米金屬粉體在電鏡下的形貌 納米金屬粉通常指粒徑為1~ 100 nm 范圍內(nèi)的微小固體顆粒構(gòu)成的集合體。隨著粉末尺寸的逐漸細(xì)化，其結(jié)構(gòu)和性質(zhì)都會發(fā)生變化。由于其具有獨特的表面效應(yīng)和體積效應(yīng),，從而在磁性、催化性、光吸收、熱阻、熔點等方面與常規(guī)材料相比顯示出特異的性能，引起了人們極大的關(guān)注。
所謂納米金屬粉潤滑劑，是將粒徑為50~ 100nm 的球形納米金屬粉( 包括銅、鎳、鋁等有色金屬及其合金) 以適當(dāng)?shù)姆绞椒稚⒂诟鞣N潤滑油中從而形成的一種均勻、穩(wěn)定的懸浮液。這樣，每升油中含有數(shù)十億個金屬粉顆粒，它們與固體表面相結(jié)合，形成超光滑的保護(hù)層，同時填塞微劃痕，從而大幅度降低摩擦和磨損。
一、納米金屬粉的制備
納米金屬粉的制備方法主要有物理法和化學(xué)法兩種。
物理法
將粒徑較大的物質(zhì)用低溫、超聲波、水錘、高能球、沖擊粉碎等方法進(jìn)行破碎, 或者采用沉積和晶化法等制備納米顆粒。近幾年還開發(fā)了新的物理方法,如光刻和激光刻等。
化學(xué)法
化學(xué)法是通過適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)反應(yīng), 從分子、原子出發(fā)制備納米材料, 分為氣相、液相和固相反應(yīng)法。
( 1) 氣相反應(yīng)法是一種常用的方法, 利用兩種或者多種氣體或蒸氣相互反應(yīng), 控制濃度、溫度和混合速度, 可制備納米顆粒。
( 2) 液相反應(yīng)法是在溶液中進(jìn)行的, 控制反應(yīng)物的濃度、溫度和攪拌速度, 可制備
不同尺寸的納米級固體微粒。液相反應(yīng)法可分為水解法、水熱法和還原法, 可根據(jù)不同的需要, 采用相應(yīng)的方法制備納米顆粒。
(3) 固相反應(yīng)方法是利用金屬鹽和金屬有機(jī)化合物的熱分解來制備納米顆粒。近年來發(fā)現(xiàn): 金屬有機(jī)化合物在超聲波的作用下也可分解出納米金屬顆粒, 日本大阪大學(xué)產(chǎn)業(yè)科學(xué)研究所通過把金屬氧化粉末分散于酒精中, 進(jìn)行超聲波照射時成功地析出了粒徑為納米級的金屬顆粒。
二、 納米金屬粉在潤滑油中的穩(wěn)定懸浮
金屬納米粉與潤滑油混合時, 一般是將納米金屬粉以適當(dāng)?shù)谋壤捅砻婊钚詣┚鶆?、穩(wěn)定地分散到油中, 從而制成多功能的油品添加劑。大量研究表明,納米粉的加入量以2%~ 5% ( 質(zhì)量分?jǐn)?shù)) 較為合適。加入量過多, 增加了潤滑劑的成本; 加入量過少, 起不到應(yīng)有的潤滑作用?；旌戏椒ㄒ猿暡ɑ旌蠟橐?。
納米金屬粉用作潤滑添加劑, 關(guān)鍵是要使其穩(wěn)定懸浮在油中而不發(fā)生凝聚和沉淀。對于潤濕在液體并在外力( 如機(jī)械力、超聲波等) 作用下已被分開成為獨立顆粒的納米金屬粉, 使其發(fā)生凝聚的主要原因是粉顆粒間的Van dgr Waals 引力, 該引力隨著顆粒間距離的減小會急劇增大, 因此懸浮液中的納米顆粒一旦由于布朗運(yùn)動而相互接近時, 就會相互吸引而很快聚結(jié), 發(fā)生沉降現(xiàn)象。實驗研究和理論分析表明, 在包覆納米金屬粉表面吸附層的空間位阻作用下在納米金屬粉顆粒周圍產(chǎn)生空間屏障, 防止顆粒的凝聚, 從而形成穩(wěn)定的懸浮液。
三、納米金屬粉添加劑的摩擦學(xué)性能
近年來隨著納米科技的興起, 其分支學(xué)科之一納米摩擦學(xué)也得到了飛速發(fā)展,Hisakado, 夏延秋等將10~ 50 nm 的銅粉、鎳粉和鉍粉添加到石蠟基基礎(chǔ)油中進(jìn)行抗磨減摩性能試驗發(fā)現(xiàn): 石蠟基基礎(chǔ)油中加入納米金屬粉后在同等條件下其摩擦系數(shù)均得到了不同程度的降低。轉(zhuǎn)速在500 r/ min 時, 加入鎳粉的潤滑油摩擦系數(shù)最穩(wěn)定, 但磨痕寬度以加入鉍粉時為最好, 即加入鉍粉的潤滑油減摩性最好。另外加載20 N 時, 加鎳粉潤滑油的摩擦系數(shù)是0 |
