纳米铜在润滑油方面的应用

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在润滑方面的应用

制备方法3纳米铜的特点12发展趋势4纳米铜主要特点：相较于普通金属铜，反应活性和催化活性大大提高。纳米晶体铜强度比普通铜高5倍，在室温轧制过程中出现超塑性延展性，延伸率超过5100％，且不出现加工硬化。其微粒强烈地趋向电中性。在空中极易吸附氧并被氧化。具有极强的光吸收能力。低熔点。纳米铜的主要用途：一、催化剂：纳米铜可以在石油化工中用作催化剂，研究表明，粒径大小对铜粒子的催化活性影响较大，粒径越小，产物收率越高。二、导电胶材料：其强度高且价格相较于其他贵金属低廉很多，在电子行业中可代替其他金属采用铜银双金属粉末来制造导电胶、导电浆料、和电极材料等。三、高级润滑脂添加剂：这是目前最成功的应用之一。铜纳米微粒在摩擦过程形成的电场作用下，通过电泳运动在摩擦表面沉积，形成致密的保护膜，而表现出良好的抗磨减摩性能。同时在高载荷及高速下，纳米铜的添加有效地提高发动机润滑油的抗磨性能，使发动机内易损件的适用寿命延长。固体润滑剂pv因子（压力速度因子）/kN.(m.s)-1最大负荷/kN.m-2最大速率/m.s-1摩擦系数石墨70014000.500.10~0.20MoS23500175000.200.10~0.20PTFE50025000.020.10~0.60纳米金属粉末4000>350000.150.10~0.18添加不同纳米粉末添加剂润滑剂的性能对比纳米铜在润滑油中的应用磨损、腐蚀、疲劳是机械材料失效的三种形式。磨损造成的经济损失十分巨大。全球一次能源大约有1/3消耗于摩擦，近80％的零件因磨损而报废。使用润滑油则是降低摩擦、减小或避免磨损的最有效手段。而作为提高润滑油品质的润滑油添加剂则是各国研究的重点对象。在润滑油中添加材料制成的润滑剂可显著提高其润滑性能和承载能力、降低摩擦系数、减少摩擦阻力、延长机器寿命。纳米铜添加剂的摩擦学作用机理“球轴承”机制成膜机制修复与填充机制“球轴承”机制该机制认为，均匀分散在润滑油中的纳米铜颗粒可以变摩擦副之间的滑动摩擦为滚动摩擦，同时起到支撑的作用，表现出优异的抗磨减摩的抗挤压性能。但实际上，对普通摩擦副而言，纳米铜颗粒产生“球轴承”作用十分困难。目前只是人们的一种设想，缺少实验数据的证明。修复与填充机制该机制认为，分散在润滑油中的纳米颗粒通过吸附、沉积或镶嵌作用填补摩擦表面上的微损伤和微划痕，使摩擦表面光滑、平整，有利于应力的释放和改善摩擦，并具有一定的修复作用。成膜机制

纳米铜颗粒在摩擦表面通过物理、化学作用形成一层低剪切强度的保护膜，变摩擦副之间的摩擦为保护膜的膜内磨损。

电泳运动--沉积--铺展成膜载体及物理化学作用成膜

机械--化学反应成膜“冶金效应”成膜纳米铜影响摩擦学特性的因素A粒径和添加量的影响由图可得，润滑油中纳米铜颗粒的粒径存在一个较佳范围，粒径尺寸为4~15nm时纳米铜颗粒的润滑效果最佳，在此范围外，则不甚明显。但由于制备和改性工艺的不同，纳米铜颗粒的粒径及其在润滑油中的分散稳定性的差异和颗粒有效含量不同，使得这一最佳添加范围尚未取得一致的实验结果。B滑动转速和负荷的影响研究表明：同低负荷相比，纳米铜在高负荷下具有更好的摩擦学性能。对滑动速度的研究表明：在低负荷时，纳米铜的减摩性随滑动速度的减小而提高；在高负荷时，滑动速度对纳米铜摩擦学性能的影响较小。润滑介质的影响：纳米铜颗粒在各种润滑油中都具有优异的抗磨减摩性能，只是在不同的油品中表现出的作用效果因油品本身的性能差异而有所不同。C摩擦副材料的影响：纳米铜颗粒对钢-钢、钢-铁、铁-铜、钢-铝摩擦副都有一定的抗磨减摩作用，对于硬度较低的铜、铝等材料，因在高负荷条件下易发生塑形变形，因此作用效果同低负荷条件相比稍差。D纳米铜添加工艺的影响：学者研究了纳米铜不同分散工艺对润滑油（SF15W/40机油）摩擦学性能的影响。结果表明：采用超声分散比采用球墨分散的减摩性能好。E为什么会存在这一问题？纳米铜颗粒添加到润滑油中，因其粒度小、表面能高，颗粒之间存在吸引力，自动聚集的倾向很大，易发生团聚，这种团聚即使在润滑油中被强行分散，颗粒之间也会在相互碰撞时再次团聚，从而发生聚沉。而一旦发生团聚、沉淀或变性，就不再具有原有的特性，同时还可能对基于油润滑设计的机械系统造成负面影响。因此，纳米铜颗粒作为润滑油添加剂研究中需要解决的主要问题是纳米颗粒在油性介质中的分散稳定性问题。纳米铜颗粒在润滑油中分散稳定性研究改善方法在水相或者醇水相中加入有机试剂。再通过沉淀反应或者水解反应生成纳米颗粒时，有机修饰剂通过键合或者吸附作用镶嵌在纳米颗粒表面，得到表面修饰的纳米颗粒，通过有机修饰剂的亲油性，提高纳米颗粒的油溶性，防止团聚和阻止纳米铜颗粒的氧化。目前采用的有机修饰剂主要有油酸、DDP、含氮的有机物等。纳米铜制备方法液相还原法丝爆炸法激光-感应复合加热法射频等离子体法

2CuSO4+NaH2PO2+2H2