激光刻蚀法制备纳米烟颗粒在um-2摩擦磨损中的作用

激光刻蚀法制备纳米烟颗粒在um-2摩擦磨损中的作用

据统计，世界上约1.2.1.3的能源消耗是由摩擦引起的，磨损引起的机械部件故障率超过70%。1实验1.1纳米烟颗粒的表征实验在UMT-2多功能摩擦磨损试验机上进行,通过球-面接触方式做往复运动;上试样是直径为9.525mm的GCr15钢球(硬度766Hv),下试样为25mm×12mm×6mm的65Mn弹簧钢(硬度270Hv),经打磨抛光处理至表面粗糙度为R摩擦磨损实验后,分别清洗上下试样并充分干燥,通过高分辨透射电镜(JEM-2100F)以及拉曼光谱仪(LabRamHR)对纳米烟炱颗粒进行分析;利用形貌仪(Retc-MFT3000)测试织构的3维形貌,2维轮廓仪(NanoMap-D)测试磨痕截面轮廓,计算出磨损量;利用扫描电子显微镜(SEM,JSM-7001F,Japan)观察磨痕的表面微观形貌。1.2织构表面设计采用脉冲Nd:YAG激光器加工系统(波长1064nm,平均功率10W,脉宽5~25ns;加工脉冲10kHz,扫描速度5mm/s)制备3种不同类型的织构,表面织构的具体参数见表1。图1(a)为单个织构的3维形貌;图1(b)为单个织构的2维轮廓图,其直径约为150!m,深度为30!m,孔径比为0.2。由于在加工过程中,激光的溅射会导致材料的溢出堆积,因此在微织构轮廓的两侧造成了明显的凸出。1.3纳米烟颗粒的结构表征纳米烟炱颗粒收集自重型柴油汽车尾气排放管,为了保证实验的统一性,所采用的纳米烟炱颗粒均取自同一工作条件下的同一发动机。通过高分辨的透射电镜(JEM-2100F),对纳米烟炱颗粒的结构进行表征。图2示出了烟炱形貌,由图2(a)可知,纳米烟炱颗粒由于分散不均匀团聚在了一起,形成较长的链状结构;图2(b)则表明,单个的烟炱近似椭球型或者球型结构,粒径大小在30~50nm之间。烟炱的不完全燃烧形成了以碳为主要成分的物质,实验利用拉曼光谱分析测试了纳米烟炱颗粒的具体峰位。如图3所示,采用纳米石墨粉与纳米烟炱颗粒的拉曼光谱比较可知,在1350cm2结果与讨论2.1织构化的影响用平均摩擦系数来说明织构对摩擦学性能的影响。如图4所示,无论何种面积率织构,25℃时,其平均摩擦系数数值相当,约为0.18;100℃时,由于温度的升高,黏度的下降,引起油膜厚度的减少,从而导致摩擦系数在此温度升高,最高的2图5为不同织构在不同温度下的磨痕轮廓。由图5可知:1)不同织构条件下,随着温度的升高,磨损深度和宽度均相应的增加;2)虽然织构增加了摩擦系数(图4),但大部分织构的磨痕仍都小于光滑表面,试样的磨损严重程度依次为3图6为磨痕的磨损率,可见在本研究实验温度条件下,表面织构能起到较好的抗磨作用。其中,面积率为44.2%,正方分布的32.2温度和黏度对摩擦学性能的影响如图7所示,纳米烟炱颗粒的加入在不同织构表面均减小了摩擦系数;并且,在含添加剂润滑的条件下,温度变化对摩擦系数的影响不大。由此可知,黏度的变化对于固体颗粒物的润滑影响不大,烟炱颗粒在摩擦过程中的减摩效果明显。通过对磨痕轮廓分析(T=100℃),如图8所示,含有添加剂的磨损截面轮廓明显减小,效果最佳的是32.3纳米烟颗粒加入对织构加工的影响实验结束后通过超声清洗磨损后的试样,选择100℃的实验结果对磨痕表面进行微观形貌分析。如图9所示,加入添加剂后,0通过分析织构的作用(图9(a)、(c)、(e)、(g))可知:与光滑表面相比,织构减小了磨痕的宽度,磨痕宽度依次为3通过分析纳米烟炱颗粒加入后的磨痕(图9(b)、(d)、(f)、(h))发现:纳米烟炱颗粒的加入明显增强了织构的减摩抗磨效果,其中效果最为明显的是3通过对磨痕进行化学分析(图10中(1)、(2)、(3)),可以看出,3处位置均在500~700cm3纳米烟颗粒与织构的作用根据激光刻蚀法制备了不同的织构,通过摩擦磨损实验,考察了纳米烟炱颗粒作为润滑油添加剂的摩擦磨损性能,得到了以下结论:1)柴油在不完全燃烧产生的烟炱颗粒属于混合有石墨或者石墨烯之类的无定形碳,其形状呈现球状或者椭球形,粒径在30~50nm之间。2)经过激光织构表面化处理后的65Mn钢,在摩擦学性能上,摩擦系数虽然增加了,但磨损量却明显减少。其中,面积率为44