（机械工程专业论文）纳米ws2环保节能发动机润滑油的研制及其性能研究.pdf

摘要随着石油资源的日益紧缺和石油价格的持续高涨以及世界各地日趋严格的排放与节能法规的出台，节能减排已经成为汽车工业关注的热点。本研究结合纳米摩擦学开发纳米w s 2 环保节能发动机润滑油，适应目前社会发展的需要，对全国资源节约型和环境友好型社会建设具有重要意义。本文首先在通过钨硫直接反应法制备出微米w s 2 颗粒的基础上，采用强超声螺旋搅拌球磨多能场复合细化法成功制备出平均激光衍射粒度为9 5 m n 的片状纳米w s 2 颗粒，通过与微米w s 2 颗粒的性能对比分析发现，纳米w s 2 颗粒具有更加优良的金属表面吸附特性、分散稳定性、润滑性能和较佳的热稳定性( 空气气氛下) 。而机理分析初步表明，强超声螺旋搅拌球磨复合细化法主要通过冲击粉碎作用，辅以摩擦剪切粉碎作用和强超声产生的大量o h 对颗粒细化的促进作用来达到超细化w s 2 粉末的目的。针对润滑油中纳米w s 2 颗粒易自发团聚的特点，在强超声球磨搅拌复合作用下采用修饰剂s a 对纳米w s 2 颗粒进行表面修饰处理，发现该方法修饰后的纳米w s 2 颗粒在p a 0 6 、菜籽油和p r i e c 0 3 0 0 4三种环保型基础油中的分散稳定性均最佳，并且当润滑油中纳米w s 2颗粒的质量添加量为2 时，s a 的最佳用量为0 5 。机理分析表明，强超声球磨搅拌的复合作用起到对纳米w s 2 团聚体的解团聚作用，并使解聚后的纳米w s 2 颗粒表面活性增强，造成颗粒表面的羟基( o h ) 与油液中表面修饰剂s a 的羧基( c o o h ) 发生类似于醇与酸的酯化反应，从而使得纳米颗粒表面特性由亲水疏油转变为亲油疏水，经表面修饰后的纳米w s 2 颗粒表面的长碳链形成的空间位阻层和润滑油分子形成的溶剂化层共同防止了纳米颗粒的碰撞团聚，最终使得解聚后的纳米w s 2 颗粒长期稳定分散于润滑油介质中。通过系列四球摩擦对比实验发现，在基础油p a 0 6 、菜籽油中添加2 的纳米w s 2 颗粒对基础油在常温、高温、低载、高载、低速、高速等工况下润滑性能的改善最显著，且纳米w s 2 颗粒的改善效果优于纳米m o s 2 和纳米石墨。此外，纳米w s 2 颗粒与t 4 6 2 a 、t 2 0 2 、t 3 2 3 和t 4 5 l a 等几种常用于发动机润滑油的极压抗磨添加剂在p a 0 6 和菜籽油中的配伍性良好，尤其分别与t 4 6 2 a 、t 2 0 2 复配时具有增效作用。在自制发动机模拟实验台架和真实汽车上进行了纳米w s 2 颗粒的发动机应用实验，结果经发动机模拟台架实验发现，纳米w s 2 能减少发动机活塞环磨损量2 7 6 ，能降低发动机油耗1 3 糊8 ，能使发动机排放尾气中h c 、c o 、n o x 等有害气体的含量分别降低1 8 6 _ 3 7 6 、7 7 一1 4 3 、8 8 一1 9 7 ；而通过行车实验发现，纳米w s 2 能提高传统发动机润滑油的使用寿命1 5 倍，并能有效降低发动机的燃油消耗，最大节油率可达到3 8 5 0 ，最小节油率也有1 6 3 9 ，平均节油率为2 0 2 6 ，表现出优良的节能减排特性。本文在四球摩擦实验机、a 、_ 3 型抗磨试验机和发动机模拟实验台架上进一步考察了纳米w s 2 颗粒的自修复特性，结果表明，p a 0 6和菜籽油中纳米w s 2 颗粒在常温、l o o 和2 0 0 下均能对摩擦副表面的微损伤、微裂纹实现在线原位动态自修复，但在低载下修复效果不明显；此外，纳米w s 2 颗粒能减少磨粒磨损表面和粘着磨损表面的表面粗糙度，使表面平整，避免磨损加剧，能改善活塞环磨损表面的形貌，使其平整，能减小发动机内部的磨损烈度指数，使发动机内部的磨损严重程度降低，这表明纳米w s 2 颗粒还能对已存在的磨损表面实现良好的自修复作用。为研究环保型润滑油中纳米w s 2 颗粒的作用机理，对摩擦表面进行了x p s 分析、e d s 分析和氩离子溅射深度剖析，结果表明，环保型润滑油中纳米w s 2 颗粒的润滑过程可分为流体润滑阶段和混合润滑阶段，前一阶段主要通过纳米w s 2 颗粒增加流体润滑油膜厚度来改善润滑，且摩擦过程中，纳米w s 2 颗粒会逐渐沉积于摩擦表面；后一阶段初期摩擦主要发生在纳米w s 2 沉积膜内部，在摩擦剪切力的作用下沉积膜中的纳米w s 2 颗粒发生择优取向分布，从而使得沉积膜的减摩性能得到提高，后期由于摩擦表面温度的升高，沉积的纳米w s 2 颗粒重新被活化，并随摩擦在表面由富集区( 如磨粒磨损表面的犁沟区和粘着磨损表面的凹坑区) 向四周转移，在摩擦表面微区高温高压的作用下与金属微凸体作用生成具有低摩擦系数的纳米f e s 和纳米f e s 0 4 ，纳米f e s 和纳米f e s 0 4 继而受摩擦剪切作用在摩擦表面滑移铺展，最终将磨损表面修复平整，并在表层形成由纳米w 0 3 、纳米f e s 、纳米f e s 0 4 及纳米w s 2 组成的致密极压抗磨修复层，该修复层不仅阻止了摩擦表面之间的直接接触，而且拥有很高的承载能力，使得由剪切应力引起的弹性变形和塑性变形局限于修复层，因而有效地抑制了摩擦表面的粘着磨损和接触疲劳，起到保护摩擦表面的作用。此外，发动机缸压分析实验表明，在发动机中纳米w s 2 颗粒于汽缸活塞环处密封面形成的自修复层，改善了密封性，提高了缸压，进而保证了更加有效的燃料燃烧，使得燃油消耗和h c 、c o 、n o x 等有害气体的排放降低。最后，本文选用精炼菜籽油、多元醇酯p r i e c 0 3 0 0 4 、聚仅烯烃p a 0 6 和高压加氢1 5 0 b s 光亮油按比例调配后加入粘度指数改进剂t 6 1 8 、降凝剂l z l 8 0 3 b 和抗氧剂l 0 1 、l 1 1 5 后获得综合性能优良的环保型基础油，然后加入纳米w s 2 颗粒和表面修饰剂s a ，经分散处理后配以其它功能添加剂制备出达到1 5 w ，4 0 级别油品粘度要求且使用性能与s l 级发动机润滑油相当的纳米w s 2 发动机润滑油，其可生物降解性良好，并且与国内外知名节能型发动机油的对比发现，纳米w s 2 环保节能发动机润滑油无论是润滑性能还是节能减排性能均更加优良。关键词纳米w s 2 ，发动机润滑油，节能减排，摩擦润滑机理a b s t r a c ta l o n gw i t ht h ei n c r e a s i n gs h o r t a g eo fp e 仃o l e u mr e s o u l c e s ，t h es u s t a i n i n gu p s u r g eo fp e t r o l e u mp r i c e s ，a n dt h ep o l i c ym a k i n go fg r a d u a l l ys t r i c te n e 哟，一s a v i n ga n de m i s s i o nr e g u l a t i o n sa r o u n dt h ew o r l d ，e n e r 斟一s a v i n ga 1 1 de m i s s i o nr e d u c t i o nh a v eb e c o m et h er e s e a r c hh o t s p o to fa u t oi n d u s 略c o m b i n i n gw i t hn a n o t r i b o l o g y t h i sr e s e a r c hd e v e l o p e dn a l l o m e t e rw s 2g r e e ne n e r g ) ，一s a v i n ge n g i n el u b r i c a t i n go i l ，w h i c hi sa c c o 删【i l o d a t e dm en e e d so fs o c i a ld e v e l o p m e n t ，a n dw i l lp l a ya i li m p o r t a i i tr o l ei i ln a t i o n a lr e s o u r c e s a v i n ga 1 1 de n v i r 0 舳e n t 一衔e n d l ys o c i e t ) rc o n s t r u c t i o n h lt 1 1 i st t l e s i s ，b a s e do nt 1 1 ep r e p a r a t i o no fm i c r o m e t e rw s 2p a r t i c u l a t e sb yt 1 1 em e t h o do fw l sd i r e c tr e a c t i o n ，s h e e tn a n o m e t e rw s 2p a r t i c u l a t e sw e r ep r e p a r e db yt h ec o m p o u l l dt 1 1 i n i n gm e t h o do fh i 曲p o w e ru l t r a s o n i c s p i r a lm i x i n g b a l l - m i l l i n g ，w h o s ea v e r a g ep a r t i c l es i z ei s9 5 i u l l t h ep r o l p e r 哆c o n t r a s ta n a l y s i s e sb e t w e e nn a n o m e t e ra i l dm i c r o m e t e rp 眦i c u l a t e ss h o wm a t ，n a n o m e t e rw s 2p 吼i c u l a t e sh a v eb e t t e rm e t a ls u m c ea d s o 哦i o np r o p e l l 弘d i s p e r s i o ns | 协i l i 饥l u 嘶c a t i n gp e r f o n n a l l c e sa 1 1 d9 0 0 d i s ht l l e 姗o s t a b i l i 妙t h em e c h a m s ma n a l y s i s e s1 p r e l l m m a n l yl n d l c a t et h a t ，i t 7 sm a l n l yt h r o u g hi m p a c tc o m m i n u t i o na n da c c e s s o r i a l l yt 1 1 i 。o u 曲衔c t i o ns h e a r i n gc o m m i n u t i o na n dt h ep r o m o t e ra c t i o no f o h 丘e er a d i c a l sp r o d u c e db yh i 曲p o w e ru l t m s o n i cf 0 rc o n l p o 姗dt 1 1 i n i n gm e m o do fh i 曲p o w e ru 1 舰s o n i c s p i r a lm i x i n gb a l l - m i l l i n gt oa c h i e v et h eg o a lo fu l t r a f m e 鲥n dm i c r o m e t e rw s 2 f o rm es p o n t a n e o u sg l o m e r a t i o nc h a r a c t e r i s t i co fn 髓o m e t e rw s 2p a r t i c u l a t e si l ll u b r i c a t i i 培o i l ，t 1 1 i st l l e s i su s e ds u r f a c em o d i f i e rs at 0m o d i 矽t 1 1 en a l l o m e t e rw s 2p 叭i c u l a t e ss u m c e su 1 1 d e rc o m p o u l l da c t i o no fh i 曲p o w e ru l t r a s o n i c b a l l m i l l i n gs t i r ，a n dm er e s u l t ss h o wt t l a tt i l em o d i f i e dn a l l o m e t e rw s 2p a r t i c u l a t e sb ys u c hm e m o dp o s s e s se x c e l l e n td i s p e r s i o ns t 乏出i l i 够i ng r e e nb a s eo i l ( p a 0 6 ，r 印e s e e do i l ，o rp r i e c 0 3 0 0 4 ) ，a 芏1 dw h e n 廿1 ea d d i t i v e 锄o u n to fn a i l o m e t e rw s 2p 积i c u l a t e si s2 砒m eb e s ta d d i t i v e 锄o u n to fs ai so 5 吼m e c h a n i s ma i l a l v s i s e si n d i ca ：t em a t ，c o m p o u l l da c t i o no f h i 曲p o w e ru l 舰s o n i c b a l l - m i l l i n gs t i rc a i lb r e a l (u pt h en a n o m e t e rw s 2a g g l o m e r a t i o n sa 1 1 dm e ns 订e n g t h e nt 1 1 ei vs u r f a c t i v 埘o fn a l l o m e t e rw s 2p a r t i c u l a t e s ，b r i n g i n ga b o u tt l l ee s t e r i f i c a t i o nr e a c t i o nb e 铆e e nh y d r o x i d er a d i c a l so np 矾i c u l a t e s s u 血c e sa n dc a r b o 巧l 印u po ft i l em o d i f i e rs a ，觚dl e a d i n gt om ec h a n g eo fp a r t i c u l a t e s s u r f a c ec h a r a c t e r i s t i c s 五r o mh y d r o p h i l i c i t ) ，t 0l i p o p h i l i c i 妙a r e rs u r 犯em o d i 矽i n g ，t l l el o n gc a r b o nc h a i n so ns u r f 犯ec a nf o n ns t e r e o - h i n d r a n c el a y e r ，c o m b i n e dw i ms o l v a t i o n1 a y e rf o m e db yl u b r i c a n tm o l e c u l e ，t op r e v e n tn a n o m e t e rp a r t i c u l a t e s 丘o ma g 伊e g a t e ，肌du l t i m a t e l ym a k en a n o m e t e rw s 2p 砒i c u l a t e sd i s p e r e di nl u b r i c a t i n go i ls t a b l yf o rl o n gt i m e s e r i e so ff o w - b a l lt r i b o l o g yt e s t ss h o wt 1 1 a t ，a d d i n g2 、玑n a n o m 酏e rw s 2p a r t i c u l a t e si n t og r e e nb a s eo i lp a 0 60 rr 印e s e e do i lc a i li i n p r o v et h el u b r i c a t i n gp e r f o m l a n c e so fb a s eo i lm l d e re a c hw o f i ( i n gc o n d i t i o ns u c h 雏n o m a lt e m p e r a _ t u r e ，h i 曲t e m p e r a n h e ，l o wl o a d ，h i 曲l o a d ，l o ws p e e d ，h i 曲s p e e do b s e r v a b l y ，a n dt l l ei m p r o v i n ge c to fn a n o m e t e rw s 2p a r t i c u l a t e si sb 甜e rt 1 1 a 1 1t i l a to fn a n o m e t e rm o s 2p a r t i c u l a t e so rn a n o m e t e rg r 印h i t ep a i r t i c u l a t e s a n dm o r e o v e r i nf a 0 6o rr a p e s e e do i ln a n o m e t e rw s 2p 矾c u l a t e sh a v eg o o dc o m p a t i b i l i 够w i t l lo t l l e ra i ：i 垃w e a ra d d i t i v e ss u c h 鹤t 4 6 2 a ，t 2 0 2 ，t 3 2 3a i l dt 4 51a ，e s p e c i a l l yw h e nc o n f e c t e dw i 1t 4 6 2 a0 rt 2 0 2 ，n a i l o m e t e rw s 2p a r t i c u l a t e sh a v es y l l e r g i s t i ce 虢c t a p p l i c a t i o ne x p e r i m e n t so fn a n o m e t e rw s 2p 抓i c u l a t e si 1 1e n g i n eh a v eb e e nd o n eo nt 1 1 es e l d e s i g n e de n g i n es i m u l a n tb e n c ha 1 1 dt r i j ea m o m o b i l e t h er e s u l t so fe n g i n es i m u l a n tb e n c ht e s t ss h o w 恤a t ，n 觚o m e t e rw s 2p a n i c u l a t e sc a nr e d u c et l l ea b r a s i o no fp i s t o n 血g 访e n 百n eb y2 7 6 ，a n dr e d u c e 如e lc o n s u n l 砸o nb y1 3 2 8 ，a n dd e c r e a s et l l ec o n t e m so fh a r m 如lg a s e ss u c h 嬲h c ，c o ，n o xi nt a i lg 嬲r e s p e c t i v e l yb y1 8 6 一3 7 6 ，7 7 一1 4 3 ，8 8 一1 9 7 t h er e s u l t so fr o a dt e s ti n d i c a t em a t ，n a n o m e t e rw s 2p a n i c u l a t e sc a ni m p r o v e l es e r v i c el i f eo fn a d i t i o n a le n g m el u b r i c 妇go i lb y1 5t i m e s ，c 锄r e d u c et l l e 如e lc o n s u m p t i o no b s e r v a b l y ( b y3 8 5 0 t 0n l eg r e a t e s te 妣e n ta i l db y16 3 9 t ot ：屺s m a l l e s te x t e n t ，a i l dt 1 1 ea v e r a g er a t eo fs a v m g 如e l i s2 0 2 6 ) a uo ft e s t si l l u s t r a t et 1 1 a tn a n o m e t e rw s 2p a r t i c u l a t e sh a v ee x c e l l e n te n e 理黟c o n s e n r a t i o n & e m i s s i o nr e d u c t i o np r o p e n i e s t h i s l e s i si i l v e s t i g a t e dt l l ea u t o - 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o r c e ，w h i c hi i n p r o v e st t l e 趾t i 衔c t i o np r o p e r 哆o f 也ed 印o s i t i o nf i l m h lm el a t e rp e r i o do fm el a ：t t e rs t a g e ，b e c a u s eo fn l ei n c r e a s e m e n to f 衔c t i o ns u r f a c et e m p e r a t u r e ，t h ed e p o s i t e dn a n o m e t e rw s 2p a r t i c u l a t e sa r ea c t i v a t e da n d 心m s f e r 丘o ma b u i l d a l l tr e g i o n s ( e g ，姗r e g i o n s0 ng r a i nw e a rs 耐- a c e0 rc o n c a v er e 百o n so na d h e s i v ew e a rs u d a c e ) t op e r i m e t e rz o n e ，a 1 1 dr e a c tw i t l lm e t a lc o n v e xb o d ya 伍暑c t e db yt i n ya r e ah i 曲t e m p e r a t u r ea r l dh i 曲p r e s s u r ed u r i r 冯衔c t i o n ，a n dg e n e r a t en a n o m e t e rf e sa r l dn a n o m e t e rf e s 0 4 ，w h i c ha r ea 位c t e db y 衔c t i o ns h e a rf o r c ea i l d9 1 i d eo nt l e 衔“0 ns u r f a c e ，u l t i m a t e l yt 1 1 ew e a rs u r f i a c e sac o m p a c ta n t i p r e s s u r e ：i a l l t i w e a ra r er e p a i r e dt 0s m o o 廿ls u r f a c e s ，a n dr e p a i r1 a y e rw h i c hc o n s i s t so fv in 孤o m e t e rw 0 3 ，n 锄o m e t e rf e s ，n a l l o m e t e rf e s 0 4a l l dn a i l o m e t e rw s 2i sf - 0 n n e d ，l i sr 印a i rl a y e rn o to n l yp r e v e n tm e t a ls u r f a c e s 行o md i r e c tt o u c h ，b u ta l s oh 嬲h i 曲c a n 了i n gc a p a c i 劬w h i c hc a l ll i m i tt l l ee l a s t i cd e f o n n a t i o na n dp l a s t i cd e f o m a t i o nc a u s e db ys h e a rs t r e s si n t ot h er e p a i rl a y e r ，觚dm e r e f o r er e s t r a i l la d h e s i v ew e a ra 1 1 dc o n t a c tf a t i g u ee 矗e c t i v e l v h 1a d d i t i o n ，m ee n g i n ec y l i n d e rp r e s s u r ea n a l y s i si l l u s t 】r a t e st h a t ，t h er e p a i rl a y e rf o m e db yn a l l o m e t e rw s 2p a r t i c u l a t e so ns e a l i n gf a c ei m p r o v e sm et i g h t n e s sa n di n c r e 嬲e st 1 1 ec y l i n d e rp r e s s u r e ，a n d 廿1 e ne n s u r c sm o r ee f 诧c t i v e 如e lb u m i n g ，w 1 1 i c hr e d u c e s 如e lc o n s u m p t i o n 锄de m i s s i o no ft l l eh 黜l m lg a s e ss u c h 弱h c ，c oa i l dn o x f i n a l l y ，t h i sm e s i sc h o s e 甜l dm i x e dr e f m e dr a p e s e e do i l ，p r i e c 0 3 0 0 4 ，王! a 0 6a n d15 0 b sb r i g h ts t o c kp r o p o n i o n a l l ) 7 ；a n da d d e dv i s c o s i 妙i n d e xi m p r o v e rt 6l8 ，p o u rp o i n td e p r e s s 锄tl z l 8 0 3 b ，a 1 1 t i o x y g e nl ol ，l1 15 ，m e nt l l eg r e e nb a s eo i lw 池e x c e l l e n tc o m b i n a t i o np r o p e n i e sw 舔p r 印a r e d a r e r 廿1 a t ，n 锄o m e t e rw s 2p 砸i c u l a t e sa 1 1 dm o d i f i e rs a 、r ea d d e di n t og r e e nb a s eo i l 锄d 仃e a t e du 1 1 d e rt l l ec o i n p o 吼da c t i o no f h i 曲p o w e ru l t r a s o n i c 厂b a l l m i l l i n gs t i r ，m e n1 1 1 i x e dw i 廿lo m e r 如n c t i o n a la d d i t i v e s ，n a n o m e t e rw s 2e n g i i l el u b r i c a t i n go i lw a sp r e p a r e d ，w h o s ev i s c o s i 够m e e t st h er e q u i r e m e n to fl5 w - 4 01 e v e le n g i n el u b r i c a t i n go i l ，s e r v i c ep r 0 1 ) e r t i e sa r ee q u i v a l e n tt os ll e v e le n g i n el u 嘶c a t i n go i l ，觚db i o d e 础i l 时i sg o o d ，n l ep 舶a l l c e sc o n t r a s t sw i t l lt l l e 缸n o u sd o m e s t i ca i l do v e r s e a se n e r g y - s a v i i l ge n g i n el u b r i c a t i n go i ls h o wt t l a t ，n a l l o m e t e rw s 2e n v i i 0 1 1 1 1 1 e m a l 锄de n e r g 产s a v i n ge n g i n el u b r i c a t i n go i lh a sb 甜e rl u b r i c a t i n gp e r f b n n a l l c e s 锄de n e 唱yc o n s e r v a t i o n & e m i s s i o nr e d u c t i o np r o p e r t i e s 1 ( e yw o r d s 卜o m e t e rw s 2 ，e n 西n el u b r i c a t i n go i l ，e n e r j g ) ，一s a v i n g &e m i s s i o nr e d u c t i o n ，l u b r i c a t i n gm e c h 撕s mv 中南大学博士学位论文第一章绪论第一章绪论1 1 发动机润滑油发展概述自1 8 8 6 年第一辆汽车发明以来，汽车已经过了1 2 3 年的发展。社会经济发展和人们出行的持续、旺盛需要，使汽车工业的发展速度不断加快，汽车的保有量迅猛增加，目前，全世界汽车保有量超过7 0 5 亿辆，2 0 1 0 年将达9 1 3 亿辆，按全世界人口计算，平均9 人就拥有1 辆汽车【旧。我国的汽车工业从2 0 世纪5 0年代起步，发展到今天已经使中国成为汽车生产和消费大国。在全球能源价格暴涨，发达国家汽车销量普遍出现负增长的情况下，我国汽车销量依然保持强劲的增长，截至2 0 0 8 年底，我国汽车保有量达到6 4 6 7 万辆，并且随着g d p 收入的不断增加和汽车销售价格的不断下跌，未来几年我国汽车工业依然会保持稳定的增长态势，根据预测，我国汽车保有量2 0 2 0 年将达到1 3 亿辆，并有望超过美国，成为全球第一大汽车市场【3 5 1 。汽车保有量的持续增长，必然导致车用石油大幅增加，预计到2 0 l o 、2 0 2 0 、2 0 3 0 年时，我国的机动车燃料消耗量需求将达到1 3 亿吨、2 5 6 亿吨和3 7 亿吨，将分别占当年中国石油总需求的4 3 、5 7 和8 7 【6 刀。然而，我国人均石油资源水平极低，虽然人口占世界总人口的2 l ，但石油资源只占世界总量的3 ，石油产量只占世界总产量的5 。根据国家发展和改革委员会的预测，到2 0 2 0 年，我国进口的石油将占石油需求的5 0 以上，持续增长的石油消费所带来的巨大的石油进口需求将严重威胁我国的能源安全，并阻碍经济的持续发展【6 7 】。并且，与发达国家相比，我国汽车能源利用率又很低，2 0 0 4 年统计结果显示：美国的汽车保有量为2 6 5 亿辆，日本为6 5 0 0 万辆，中国为3 3 0 0 万辆，但中国石油产品及润滑油的消耗比例却远高于美国和日本，3 个国家车用石油产品消耗率的对比见表1 1 【o 】。表1 1 车用石油产品消耗率对比因此，在汽车行业中开发并应用新技术以节约石油资源是摆在我们面前的迫切任务，势在必行。中南大学博士学位论文第一章绪论此外，汽车尾气排放物中的一氧化碳( c o ) 、烃类化合物( h c ) 、氮氧化物( n o x ) 和颗粒物( p m ) 对人类的健康产生严重的威胁。据我国国家环保局统计，2 0 0 4 年在所有3 4 2 个受监控城市中有2 l o 个城市超过了2 级国家环境空气质量标准，6 9 个城市超过了3 级，全国有2 3 的人口生活在空气质量超标的市区中，另据环保部门估计，由于汽车数量的迅速增长，我国空气污染物排放量还将显著增加，我国近期主要空气污染物排放量估计见表l - 2 【1 1 d 3 1 。因此，减少汽车有害气体的排放也是广大科研人员面临的重要课题。表1 2 中国近期主要空气污染物排放量估计( 百万吨)摩擦学行为是导致汽车机械失效和能量消耗的主要原因。根据美国环保局( e p a ) 测得的典型汽车能量分布情况可知，燃料能量中有6 2 因不可避免的热耗散而消耗，在剩下的3 8 的有效机械能中，消耗在汽车中各种零部件的摩擦损失占1 0 5 ，即燃料的热能有1 0 5 消耗于汽车中各种零部件的摩擦损失，参见表1 3 【1 4 1 5 1 。相关研究显示减少发动机部件摩擦造成的能量损失是达到降低汽车燃料消耗的关键因素【1 6 ，1 7 】。表1 3 燃料能量消耗于汽车中各种零部件的摩擦损失的比例因此，随着世界各地日趋严格的排放和节能法规的出台，对汽车摩擦部件减摩性能的要求越来越高。目前，汽车燃料消耗和排放的降低可通过以下几方面的改善来达到【1 8 1 9 】：( 1 ) 发动机设计的改变和材料更新。包括使用滚子从动件，表面涂层技术的应用，表面改性，加工材料的选择。( 2 ) 发动机润滑油技术的改进。( 3 ) 燃料质量的改善。其中，发动机设计的改善和润滑油配方技术的提高，将直接影响汽车的燃油经济性，但是相比之下，通过改善润滑油配方技术来提高燃油经济性的成本要远远低于开发新型发动机的成本，所以采用节能型发动机油作为装车油的o e m 厂商越来越多，燃油经济性已经成为目前发动机生产厂商和润滑油生产厂商关注的热点。然而，随着汽车发动机技术的不断改进，发动机愈来愈复杂：相当多的工作2中南大学博士学位论文第一章绪论部件要求更紧密的配合间隙和混合使用不同的材料；很多小客车设计上已经很少能看到散热器格栅，这样大大减少了围绕发动机的冷却空气的数量；汽车前轮驱动和动力方向盘、伺服刹车和空调等消耗动力的设备，所需的动力都来自发动机，也使得发动机盖下的自由空间减少到了最小。这些都使得发动机通常都在较以往更高的温度和负荷下运转。因此，现在的发动机润滑油要求能有效的满足比以往更长的换油周期和更苛刻的工作条件【2 她】。为了适应发动机性能的改进，车用发动机油的规格不断更新。下面列出了a p i( 美国石油学会) 汽油发动机油规格的发展【媚 2 4 】：1 9 8 0 年s f 级适用于有废气循环系统、增压比为为1 0 左右的发动机；1 9 8 8 年s g 级适用于操作条件比较苛刻、增压比为1 0 以上的发动机；1 9 9 4 年s h 级适用于带尾气催化转化器、增压比为1 0 以上的发动机；1 9 9 7 年s j 级分节能型与非节能型二种，大多数汽车制造商均采用s j 油作为出厂装车油，符合1 9 9 6 年排放标准和g f - 2 节能要求；2 0 0 1 年节能型s l 级相当于i l s a cg f 3 ，符合2 0 0 0 年排放标准；2 0 0 4 年节能型s m 级相当于i l s a cg f - 4 ，符合2 0 0 4 年排放标准。国际润滑油标准认证委员会( i l s a c