润滑剂中微纳米润滑材料的研究现状张博

润滑剂中微纳米润滑材料的研究现状张博 DOI:10.16078/j.tribology.xx.02.015第31卷第2期xx?3月摩擦学学报TribologyVol31No2Mar，xx润滑剂中微纳米润滑材?的研究现状张博1，2*1，徐滨士，许11，3一，张保森（1装甲兵工程学院装备再制造技术国防科技重点实验室，?京100072；2中国人民解放军91278部队，辽宁大连116041；摘3上海交通大学材?科学与工程学院，上海xx40）要随着纳米技术的发展，微纳米润滑材?在润滑剂中已得到广泛的应用本文对润滑剂中微纳米润滑材?进?分类，通过分析润滑剂承载能?变化，对偶件磨损表面的修复情况，评价了?同类型微纳米润滑材?的摩擦学性能，总结了微纳米润滑材?在润滑剂中的特点，并根据微纳米润滑材?自身的?化性能，提出主要的减摩、抗磨和自即光滑或超光滑表面滚动摩擦作用机?、沉积膜机?、嵌入渗透层/摩擦化学反应膜机?最后，提出了微修复机?，纳米润滑材?应用于润滑剂中存在的问题和今后关于该研究发展的一些建议关键词微纳米润滑材?；润滑剂；减摩抗磨；摩擦学性能TH1173文献标志码A10040595 （xx）02019411Research Statusof Microand NanoMaterialsin LubricatingAdditives2*2ZHANG Bo1，XU Binshi1，XU Yi1，ZHANG Baosen1，（1National KeyLaboratory forRemanufacturing，Academy ofArmored ForcesEngineering，Beijing100072，China2Troops No91278，Liaoning Dalian，116041，China3School ofMaterials Scienceand Engineering，Shanghai JiaotongUniversity，Shanghaixx40，China）AbstractWith thedevelopment of nanotechnology，microand nanolubricating materialshave beenwidely usedaslubricating additivein lubricantMicroand nanolubricating materialsin thelubricant wereclassified inthis paperandtheir tribological properties as lubricating additivewere evaluatedby analyzingthe variationof loadbearing capacityof thelubricant and pensationof wornsurface，and characteristicsof microand nanolubricating materialsin lubricantweresummarizedBased on the physicaland chemicalproperties ofmicroand nanolubricating materials，thetribological andselfrepairing mechanismswere extracted，iesmooth orsupersmooth surfacerolling frictionmechanism，film depositionmechanism andembedded perationlayer/friction chemicalreaction filmmechanismFinally，the currentproblems of the microand nanolubricating materialsused inlubricantandsome importantdirectionswere extractedKey wordsmicroand nanolubricating materials，lubricant，friction reductionand antiwear，tribological performance磨损是2个相互接触的固体表面在滑动、滚动或冲击运动中的表面损伤或脱?在大多数情况下，表面微凸体相互作用是产生磨损的根本原因1xx?我国因摩擦磨损而导致的损失高达约95002亿元，占GDP的45%为减少机械零部件在运?中因摩擦而产生的能?损失及设备损坏，世界各Received10Mayxx，revised2Octoberxx，aepted10Novemberxx，available online28Marchxx*Corresponding authorEmailzb79216163，Tel+860166718541The projectwas supportedby theNational KeyBasic ResearchProgram of China （973）（xxCB607601）and NationalNaturalScience FoundationofChina（50735006and50904072）国家重点基础研究发展规划项目 （973）（xxCB607601）和国家自然科学基金（50735006和50904072）资助第2期张博，等润滑剂中微纳米润滑材?的研究现状195国都在加紧研究相应的润滑剂及润滑技术润滑剂的类型包括液体润滑剂、半固体润滑剂、固体润滑剂和气体润滑剂在工业、农业、军用机械设备中，以液体、半固体润滑剂的应用最为广泛改进和提高润滑剂的减摩、抗磨性能，研制出具有性能?优的润滑剂是提高润滑技术所面临的挑战性课题之一微纳米材?与润滑技术相结合，制备出同时具有减摩、抗磨和修复功能的润滑材?，是近?来摩擦与润滑领域研究的热点，也是微纳米材?与润滑剂相结合的切入点微纳米自修复技术是机械设备智能自修复技术的主要研究内容之一，它是指在?停机、?解体状况下，以液体或半固体润滑剂为载体将并通过摩擦副微纳米材?输送到装备摩擦副表面，之间产生的摩擦机械作用、摩擦化学作用、摩擦电化学作用等交互作用，使微纳米材?与摩擦副材?、润滑剂之间产生复杂的物质交换和能?交换，最终在零部件磨损表面原位生成1层具有耐磨、耐腐蚀、耐高温或超润滑等特点的保护层，实现装备磨损表面3的动态自修复以微纳米材?为基础开发的润滑抗磨、自修复技术已成为现代再制造技术的剂减摩、系数从016018降到008012装备再制造技术国防科技重点实验室对纳米金属Cu润滑材?进?了研究，采用液相还原法制备的纳米Cu润滑材?通过表面化学修饰后，能够良好地分散在润滑油中，具有优良的摩擦学特性，并可以在摩擦副表面610中国形成铜质修复层，起到修复磨损的作用科学院兰州化学物?研究所研究纳米Cu在聚乙二发现纳米Cu粉可以醇溶液中的摩擦磨损性能中，显著提高聚乙二醇的抗磨和减摩性能这是由于纳米铜在钢球磨斑表面形成了铜沉积膜和微?的一价1112氧化铜Zhou等研究表明，有机物修饰的纳米Cu添加剂在液体润滑剂中具有明显的减摩、抗磨和极压承载作用宾晓蓓等制备出石墨结构层包覆在摩擦学性能研究铜纳米粒子复合材?（GEP），中，发现GEP添加剂可以提高润滑油的承载能?，降低摩擦系数，提高耐磨性在载荷1667N下，当GEP质?分数为3%时，摩擦系数和磨斑直径达到最小值，并且在摩擦副表面检测出铜元素沉积，形成了磨损自修复层党鸿辛等考察液相分散法制备的平均粒径为60nm的油溶性铋纳米微粒的减发现当添加?处于004%100%摩抗磨性能时，范围内时，铋纳米微粒表现出良好的减摩抗磨性能，并能显著提高基础油的失效负荷，但并未在钢球磨15损表面沉积成膜于伟等采用MMW1型立式摩擦磨损试验机考察了含纳米银液体石蜡的摩擦学性能，结果表明纳米银质?分数为01%的液体石蜡的减摩性能最佳，并可以有效地改善液体石蜡的减摩抗磨性能Ma16将粒径小于200nm的石墨分散在基础油中作为摩擦改性剂，用往复和四球摩擦磨损试验机评价了摩擦学?为，发现添加?为3%5%时能显17著改善油品的摩擦学性能黄海栋等制备了平均直径1m、厚度1020nm的片状纳米石墨，研究片状纳米石墨作为液体石蜡添加剂的摩擦磨损性能结果表明片状纳米石墨能够显著提高润滑油的抗磨性能及承载能?，降低摩擦系数，其最佳添加?18约为0005%Gupta等考察了C60作为润滑油和润滑脂添加剂的抗磨性能，结果显示在基础油中添加5%的C60可使钢盘磨痕直径从300380m降到120130m，钢球的WSD值从200m减小19到60m，摩擦系数降幅约20%乔玉?等考察金刚石纳米颗粒对薄膜润滑性能影响时，发现金刚石纳米颗粒在摩擦过程中?断地分散和团聚，并在又在摩擦副表面产生“微滚呈现时间效应的同时，1413发展方向之一，也是再制造领域的创新性前沿研究内容，具有广阔的应用前景111微纳米润滑材?液体润滑剂中微纳米润滑材?液体润滑剂包括天然有机物（动物脂肪、蔬菜油、矿物或石油炼制油等）、合成有机物以及2种以上这些材?的混合物各种添加剂用于改善液体润滑剂的特殊性能现有的微纳米润滑材?多以添加剂的形式存在于液体润滑剂中，主要有微纳米单质粉体、硫属化合物、氢氧化物、氧化物、稀土化合物、硅酸盐等111微纳米单质粉体纳米单质粉体材?包括纳米金属粉体和微纳米4碳类同素异形体材?等1983?Hisakado等详细报道了一系列粒径在30500nm的粉体（如Pb、Ag、Cu）作润滑油添加剂的使用情况，指出在边界润滑条件下，当大?固体微粒进入摩擦表面时，这些固体微粒可以起到极好的抗磨减摩作用，使得润滑油表现出优良极压性能，并且粒径越小摩擦学性能越5好Teterin将粒径为40500nm的钼粉，按质?01%添加到基础油中，考察了铝合金铸铁配副的发现与基础油相比，加入钼粉可使摩擦摩擦学性能，196摩20擦学学报33第31卷动”效应，使摩擦?减小张家玺等在研究纳米金刚石颗粒对发动机润滑油摩擦学特性的影响中指出纳米金刚石颗粒可渗入到摩擦表面而形成极薄的固体润滑膜，从而有效地阻止摩擦表面的直接接进而提高承载能?和减轻磨损；摩擦系数低而平触，稳是滚动摩擦效应的结果112微纳米硫属化合物Zhang等21早在10?前即尝试将有机硫磷酸修饰的MoS2纳米颗粒用作润滑油抗磨添加剂，并发现经有机硫磷酸修饰的MoS2纳米颗粒在液体石具有明显的减摩、抗磨蜡中的分散稳定性显著提高，和极压承载作用傅洵等22沉积而起作用的观点霍玉秋等利用四球摩擦磨损试验机测定了所制备的粒径60nm左右的球形纳米SiO2微粒作为500SN基础油添加剂的摩擦学性能，结果表明纳米SiO2作为添加剂可以显著提高500SN基础油的承载能?和抗磨性能，当纳米SiO2的添加?为20%时，相应的P B值最高、磨斑直径摩擦系数最低宣瑜等最小、34在对表面修饰的纳米AlOOH粒子及纳米Fe3O4粒子在液体石蜡中的发现二者均能提高液体石蜡摩擦学性能的研究中，的减摩耐磨性能和P B值，纳米AlOOH粒子因具有层状结构，表现出?好的减摩耐磨性能，磨斑表面分析结果显示纳米粒子能沉积在摩擦副表面，减少摩擦副表面微凸体的直接接触，从而减少微凸体之间的犁削和黏着114微纳米稀土化合物3利用化学表面修饰制备的微球形MoS2有效地改善了基础油的极压性能和抗磨减摩性能，并提出磨损机?为边界润滑条件下的化学吸附膜、化学反应膜、化学沉积膜以及滚动摩2325擦Liu等研究二烷基二硫代磷酸（DDP）修饰的纳米ZnS和纳米PbS的摩擦学性能时，发现ZnS和纳米PbS可提升摩擦副的抗磨效果，并伴有1层化学反应膜在摩擦表面生成，改善了摩擦副的摩擦一系列有机物修饰的硫属化合物如学性能此后，ZnS、MoS2等2627相继研制成功王九等28和乌学29东等提出了纳米CuS和纳米MoS2的减摩抗磨机纳米粒子起“微滚珠”作用，将滑?在中低负荷下，Zhang等35在研究1050nm的La（OH）并具有低毒、低污染的特性Qiu等加剂，3637的发现La（OH）3是优良的极压减摩添摩擦学性能时，经分析纳米稀土氟化物润滑油添加剂的摩擦学性能，得出纳米CeF3和LaF3具有良好的极压性和减摩性减摩机?为在摩擦?和压应?联合作用下，具有特在摩擦表面沉积，形殊晶体结构的纳米稀土氟化物，成?剪切层，而表现出减摩性能但稀土氟化物中的?与摩擦副基体材?发生化氟离子化学活性较高，学反应，而导致基体腐蚀，因此过?的纳米稀土氟化物会使摩擦表面的承载能?和抗磨能?下降115微纳米硅酸盐38动摩擦部分地转变为滚动摩擦；而在较高负荷下，纳米粒子在摩擦副表面生成化学反应膜由此，纳米CuS和纳米MoS2才表现出较好的摩擦学性能113微纳米氢氧化物及氧化物30胡泽善和陈爽31先后研究了nZn（OH） 2、清华大学的金元生等用1种主要成分为羟nNi（OH） 2、nMn（OH） 2、nMg（OH） 2、nTiO 2、nSb2O 5、nZnO、nSiO 2、nFe3O4作为润滑油添加剂的摩擦学性能，发现添加少?的纳米粒子即可明显提高基础油的减摩抗磨性能及承载能并认为纳米粒子通过在摩擦表面的沉积，改善了?，油品的摩擦学性能近?来，中国科学院兰州化学物?研究所固体润滑国家重点实验室研制成功了经有机物修饰的、具有明显减摩抗磨功效的nTiO2和nPbO润滑油添加剂赵彦保等32在分析nTiO2减摩抗磨机?时，认为在中低负荷下，表面修饰剂与n摩擦表面形成吸附膜而起作用；在高载荷下，TiO2粒子通过沉积或与摩擦副表面材?发生化学形成能与基体结合良好的陶瓷薄膜或摩擦化反应，学反应膜，起到了减摩抗磨作用胡泽善30Mg6Si8O10（OH）8基硅酸镁的层状硅酸盐，制备了金属磨损自修复剂研究表明该金属磨损自修复剂在摩擦过程中，可以改变45钢摩擦副的润滑状态，实现减摩抗磨自修复作用高玉周等等4039#和陈文刚在研究硅酸盐蛇纹石粉体作为润滑油添加剂在金属磨损表面的自修复成膜性能中，发现蛇纹石粉体的加入能够有效地降低摩擦副的磨损?，提出所形成保护保护层的生成与摩擦释放的能?相关，O，C，Mg和Si说明蛇纹石层的主要组成元素为Fe，粉体直接参与了膜的形成，而膜的形成?是蛇纹石粉体简单地附着在摩擦副表面，而是在摩擦磨损过程中发生了一定的分解及物?化学反应杨育?4142等和田斌等在该种材?的应用研究报告中，则提出了?同的减摩抗磨自修复机?，他们认为Mg43元素并没有参与修复层的形成刘家浚等发现在研究纳米氢氧化物时，也提出了纳米粒子在摩擦副表面第2期张博，等润滑剂中微纳米润滑材?的研究现状197将添加剂添加到作为载体的润滑油或润滑脂中，通过摩擦副摩擦表面的相互运动，首先较硬的矿物粒子会对摩擦表面进?研磨和超精加工，使摩擦表面受到清洗、活化、粗糙度显著下降如果对摩面是较软的材?，如巴氏合金，一部分硬粒子可能嵌入软基体表面，有效地提高了其承载能?和耐磨性在进一步运?后，矿物粉体粒子可能被粉碎，达到纳米尺度，它们或者会扩散进入基体表面，引起晶体结构变化，或者会在基体表面上发生复杂的摩擦化学与摩擦物?反应，把磨损下来的Fe粒子再沉积到磨损表面，继而在高压和高温作用下转变成结构和性能与原基体完全?同的金属陶瓷层该保护层厚度可达10m左右，显微硬度比原始表面硬度提高近2倍，表面粗糙度下降了2个数?级，磨损尺寸得到明显44#修复郭延宝等研究45钢/球墨铸铁摩擦副在650SN基础油和含羟基硅酸盐矿物复合微粉的得出其作为润滑油添加剂，米颗粒的摩擦学性能中，能表现出良好的摩擦学性能的结论通过加热密封在石英管中或压成片状后密封于石英管中的Se和Nb混合粉，分别获得了直径为100200nm NbSe2纳米纤维和直径为40300nm NbSe2纳米颗粒在摩擦学性能试验中NbSe2纳米颗粒作为润滑油添加剂具有明显得出，优于基础润滑油的极压减摩性能；同纳米纤维相比，纳米颗粒的减摩性能较好12半固体润滑剂中微纳米润滑材?半固体润滑剂是在常温、常压下呈半流体状态，李长生等46有胶体结构的润滑材?，也称为润滑脂主要分为皂基脂、烃基脂、无机脂、有机脂等4类一般来说，用于润滑油的添加剂也适用于润滑脂润滑脂中所添加的微纳米润滑材?多属极压抗磨剂，作用为提高且?影响润滑脂基润滑脂的极压性能和承载能?，础性能，其主要类型有微纳米层状无机物、软金属单稀土化合物、氧化物和硅酸盐质、121微纳米层状无机物微纳米层状无机物主要包括二硫化钼、二硫化4749、Hafner50、Muller51、钨、石墨等RisdonGassenfeit52和Drury53研究二硫化钼在润滑脂中的得出二硫化钼可以提高润滑脂的承载摩擦学性能时，54能?陈惠卿在二硫化钼加入高温润滑脂研究中，发现二硫化钼能提高润滑脂的润滑能?，在润滑膜遭受短暂的高热或冲击负荷时起补充作用，并表现出极压性；同时可使润滑脂增稠，提高密封性、防护性及热55安定性Murugan等发现无磁性的WS2簇因内部微粒重排而产生磁性，吸附在金属摩擦表面上，起到56润滑效果Jaroslave等发现WS2能在金属表面形成纳米膜，该纳米膜对金属摩擦表面能起到抗磨作57用Gregory等发现常温下WS2的摩擦系数较低（约为008）Baranov等58将铜粉中掺入10%的WS2粉末，发现加入WS2后铜粉在高速摩擦条件下的粘附性得到改善，并且摩擦系数波动减小毛大恒59等将WS2亚微米粒子作为高温润滑脂添加剂，对其在高温润滑脂中于?同温度下所起的抗磨、减摩、抗极压等摩擦学性能进?了研究结果表明在?同WS2亚微米粒子能显著提高润滑脂温度尤其高温下，的摩擦学性能，并于摩擦过程中在摩擦副表面形成WS2吸附膜和含Fe、S的化学反应膜，从而有效降低60磨损，增强润滑脂的抗磨、减摩和极压性Cron等61和Albert等研究了石墨在润滑脂中的润滑性能，650SN基础油（KF1）润滑下的摩擦磨损性能中，发现在650SN基础油润滑下的摩擦系数和磨损率随试验时间增加变化较小；而在KF1润滑下，试验初期的摩擦系数和磨损率比基础油润滑下的稍大，随着试验时间的延长，相应的摩擦系数和磨损率同基础油润滑下的相比明显降低磨损表面显微硬#度测试结果表明在KF1润滑下45钢磨损表面形硬度明显提高，因而摩擦磨损成了多孔摩擦改性层，性能显著改善本文作者近?来也对该种材?进?了深入研究，发现层状硅酸盐蛇纹石粉体具有独特的亚稳态层状结构，其断裂面上存在大?吸附特性很强的?饱和化学键，?仅可以吸附金属离子，还可以吸附阴离子（团）和有机物尤其是在受热条件下，蛇纹石晶体发生脱除羟基反应，层状结构被破坏，比表面积急剧增大，吸附金属离子的能?显著提升蛇纹石粉体的亚稳态层状晶体结构特点为修复层的形成提供了先决条件，而摩擦过程中摩擦副表面微凸体间的相互挤压剪切作用及所产生的瞬间高温为修复层的形成提供了外在动?因此，纳米蛇纹石粉体可以在Fe3O4及铁镁硅酸盐纳米金属表面形成含有Fe3C，晶的复合表面强化修复层，并可使摩擦副表面粗糙度大幅降低，显著改善摩擦副的润滑状态，降低机械设备的能?消耗116其他微纳米材?45通过直接对BiPbSnCd四元块状合金进?超声分散，制备了颗粒平均尺寸陈洪杰等1020nm之间的四元合金纳米微粒，并在考察该纳提出了石墨的纯度越高，减摩抗磨性能越好的观点198摩擦学学报第31卷Ruediger等6264指出作为润滑脂添根据对比研究，石墨与二硫化钼的减摩抗磨极压性相近，甚至加剂，?优122微纳米软金属单质65125微纳米硅酸盐在层状二硅酸盐对润滑脂摩擦学性能的影响研75究中，何灼成等认为二硅酸钠（镁）能够提高润滑脂的P B值孙玉秋等762+Zn2+和研究了含有Mg、将05m的铜添加到12羟基硬脂酸锂基脂中，发现其可提高润滑脂的最大无卡何灼成等咬负荷（P B值）和烧结负荷（P D值）在一定负荷和润滑脂中的铜粉在摩擦表面沉积并与基体温度下，生成自修复膜，补偿磨金属和磨损微粒形成共晶，66损李成菊等的研究表明在摩擦过程中，微米铜粉通过润滑脂为载体，可以实现在金属表面形成自67Al微粒及其混合修复膜李宝良等指出纳米Cu、物在锂基润滑脂中有很好的减摩、修复及抗胶合能Al混合微粒优于单一微粒在锂基润且纳米Cu、?，滑脂中的摩擦学性能樊凤山等发现纳米金属添对普加剂对?同润滑脂润滑性能的改善效果?同，68Ca2+离子的3种层状硅酸盐对润滑脂摩擦学性能的分析比较3种层状硅酸盐的摩擦学性能后得影响，出含硅酸镁的润滑脂具有较好的承载能?和极压抗磨性126其他微纳米极压抗磨添加剂除以上介绍的几大类外，碳酸盐、金属硫化物、有机物被用作润滑脂极压抗磨添加剂有所报道薛77艳等将碳酸钙和硫代锑酸锑（SbSbS4）作为极压抗磨剂用于航空润滑脂中，发现?同添加?的纳米烧碳酸钠可使脲基脂的承载能?提高100600N，78结负荷提高4003400N王九等研究脲基润滑脂中加入纳米CuS，以提高脲基脂的承载能?蒋明通润滑脂的效果比较明显，对润滑性能比较优异的润滑脂的作用?大，而且在一定程度上，纳米金属添加剂会降低润滑脂的氧化安定性和结构稳定性123微纳米稀土化合物Dumdum等69研究了CeF3作为润滑脂添加剂发现的摩擦学性能及其与石墨和MoS2的复配作用，CeF3可以降低摩擦系数，提高锂基和铝基润滑脂的承载能?，但与石墨或MoS2复配后无协同效应另外，在润滑脂高温润滑性方面CeF3优于MoS2孙玉秋等磨性70俊等对比考察了聚异丁烯、醋酸钙和硫代氨基甲复合锂基脂和复合锂钙基脂抗磨酸盐对锂钙基脂、79极压性能的影响聚异丁烯对润滑脂的极压抗磨性基本无影响，醋酸钙和硫代氨基甲酸盐都可提高润制备了二乙基二硫代氨基甲酸与稀土镧的配合物（简称ELaDTC），以质?添加3%到通用锂基脂中，在极压抗磨试验ELaDTC表现出优良的极压性王李波等81利用中，油酸修饰的纳米CaF2作为润滑脂添加剂，在四球摩CaF2在润滑脂中具有良好的抗磨性擦磨损试验中，和极压性，在高载荷时具有良好的减摩性滑脂的极压抗磨性能任天辉等80发现LaF3可显著提高锂基润滑脂的极压抗微纳米氧化物124德国等221微纳米润滑材?的摩擦学作用机?沉积膜作用机制在研究微纳米金属氧化物润滑脂添加剂中，王71得出TiO 2、Al2O 3、Al2O3等具有较72好的减摩抗磨性能和较高的承载能?闫玉涛等利用溶胶凝胶法制备了纳米SiO2微粒，并研究其作为锂基润滑脂添加剂的摩擦学性能结果表明纳降低摩擦系数曹智米SiO2能提高P B值和P D值，等73摩擦过程中油相中的纳米粒子受多种因素作用会向摩擦副表面迁移因摩擦产生的微区高温会引起强度高于体相的分子涨?，增强的分子涨?有利于?定向迁移，?定向迁移增加纳米粒子向摩擦副表面迁移的机会；摩擦副产生外逸电子等使摩擦副表面的界面电场强化，强化的界面电场会产生强化的磁场，对表面吸附有强极性小分子的纳米粒子、特别是磁性纳米粒子而言，表面电磁场会增加其在摩擦副表面富集的机会；处于摩擦副近表面的纳米粒子使表面含纳米粒子的润滑油膜黏度增大，载荷大时油膜会成为黏度很大的半固体膜，这种润滑油膜或半固体膜黏度大，其与体相介质发生物质交换的可能性显著减小；在这种情况下，锚固于纳米粒子表面的超分散稳定剂和少?极性小分子在反复摩擦下在原位表面修饰纳米SiO2微粒对锂基润滑脂74摩擦学性能的影响研究中，发现纳米SiO2能提高润滑脂的承载能?和P B值王李波等研究了纳米SiO 2、纳米LaF3及纳米Ni等3类纳米微粒作为锂基润滑脂添加剂对钢钢摩擦副摩擦磨损性能的影响LaF3锂基润滑脂润滑下相应的表面膜较薄且?Ni锂基润滑脂润滑下相应的表面膜较厚且均匀，分布?均匀，而SiO2锂基润滑脂润滑下相应的表面膜厚度适中且分布较均匀第2期张博，等润滑剂中微纳米润滑材?的研究现状199会发生脱附，进而沉积在摩擦副表面以质软、熔点低、活性高的微纳米软金属铜润滑材?为例，其在摩擦过程中?沉积在磨损表面形成修复膜，该修复膜形成?属于沉积膜作用机制22光滑或超光滑表面滚动摩擦作用机?82对于摩擦表面微观?平度最大高度（R max）（比体相材?高十几个数?级），容?在金属表面形成具有极佳抗磨性能的嵌入渗透层尤其在高负荷条件下，纳米粒子会被嵌入基体表面，形成嵌入复合表面层，纳米粒子的组成元素在摩擦过程中会在摩擦热的作用下扩散到金属亚表面，生成坚固耐磨的渗透层，将金属表面分开其润滑作用?再取决于添加剂中的元素是否对基体是化学活性的，而很大程度上决定于它们是否与基体组分形成嵌入扩散层或渗透层固溶体在嵌入扩散或渗透作用的同时，一些活性元素也会与基体金属发生摩擦化学反应，生成摩擦化学反应膜纳米稀土化合物粉体材?的摩擦学作用机?就属于摩擦化学反应膜机?；微纳米矿物粉体材?的摩擦学作用机?表现为嵌入渗透层/摩擦化学反应膜机?，在机械摩擦、摩擦化学、摩擦电化学条件下，在摩擦副表面生成金属陶瓷层图1所示，无微纳米矿物粉体材?时，摩擦表面微观形貌；在微纳极?平整，呈现大面积磨损形貌图1（a）米矿物粉体材?作用下，摩擦表面光滑平整，存在微为纳米级的光滑或超光滑摩擦表面，特别是当R max值小于纳米粒子粒径时，润滑油中高度弥散的球形纳米粒子在一定载荷范围内可实现摩擦副表面的滚动摩擦要实现光滑或超光滑表面滚动摩擦，纳米粒且分散良好；摩擦副表面要非常子的粒径分布要窄，其表面粗糙度最好与纳米粒子的粒径相光滑平整，当；纳米粒子要有足够的刚性对大粒径粒子而言，在未实现滚动摩擦之前，大粒径粒子因承受的压应?过大，会被压入摩擦副表面；而粒径太小的那部分粒子因无法接触摩擦对偶，也?可能参与滚动润滑23嵌入渗透层/摩擦化学反应膜机?纳米微粒具有极高的扩散能?和自扩散能?Fig1SEM micrograghsoftheworn surfaceswithout andwith micro/nano mineralpowder materials图1微纳米矿物粉体材?作用前后磨损表面SEM形貌坑形貌的修复层图1（b）以下实例也属于摩擦反应膜机?摩擦过程中，金属硫化物在润滑脂中会发生如式 （1）所示的化学反应R2S n+O2+FeR2O n+FeS （1）n是其化合价生成的金属式中R代表金属，80氧化物与FeS为修复层的主要成分任天辉等指出在摩擦过程中，添加于润滑脂中的二乙基二硫代氨基甲酸与稀土元素镧的配合物与金属表面发生摩擦化学反应，生成含有机氮、有机硫、硫酸盐和氧化斓等组分的复杂边界润滑膜3微纳米润滑材?在润滑剂中的特点 （1）润滑剂中微纳米润滑材?可提高润滑剂的极压抗磨性，并?改变润滑剂的?化性能、氧化安定性、机械安定性等前文所论述的各类微纳米润滑材?均?与润滑剂发生化学反应，在摩擦过程中，微纳米颗粒可随润滑剂到达摩擦副表面的任何接触部位微纳米颗粒利用粒度、硬度、晶体结构、?化性能通过各种摩擦学作用机?，起到等自身特点的?同，了提升润滑剂边界润滑条件下的减摩抗磨极压性的作用200摩擦学学报第31卷 （2）在金属摩擦副间起减摩抗磨自修复作用润滑剂中微纳米润滑材?主要是以金属材质的摩擦副为润滑研究对象，微纳米颗粒可通过摩擦机械作用、摩擦化学作用、摩擦电化学作用等交互作用，使微纳米润滑材?与摩擦副材?、润滑剂之间产生复杂的物质交换和能?交换，最终在磨损表面生成了1层具有耐磨、耐腐蚀、耐高温或超润滑等特点的保护层，实现摩擦副表面材?几何尺寸恢复 （3）添加?少，成本低，具有明显的经济效益微纳米润滑材?因其具有体积小的特点，故只要在润滑剂中加入质?分数较少的微粒，?可实现分散只需加入少?的微纳米润滑浓度较大的效果因而，材?可起到提升润滑剂极压性的功效，大大提高了经济效益导致这种差距的原因复杂而繁多，基础油的质?距，优劣是重要原因润滑剂中微纳米润滑材?，可显著改善润滑剂的质?，提升承载能?，降低机械设备的磨损消耗，起到节能减排作用以我国现在的石油工业水平，研发微纳米润滑材?可推动润滑剂技术的为摩擦学领域开?了一片广阔的天地，突破与创新，为纳米技术与摩擦学相结合找到了1个准确的切合由于微纳米润滑材?应用过程中的复杂点同时，性，也对该类材?的技术研究提出了新的挑战总之，微纳米润滑材?可以降低摩擦，修复磨损，提高机械设备的高效，达到高可靠性、长寿命的要求随着机械设备的?断发展，人类对低碳经济、循环经济微纳米润滑材?将会和绿色经济要求的?断提高，显示出举足轻重的地位参考文献1Bharat BhushanIntroduction totribologyMBeijingChinaMachine Pressxx（in Chinese）B布尚摩擦学导论Mxx?京机械工业出版社，2Zhang SWEnormous economypotential oftribology applicationinindustry inChinaOn thesurvey ofpresent statusof tribologyJChina SurfaceEngineering，xx，application inindustry21 （2）5051（in Chinese）张嗣伟我国摩擦学工业应用的节约潜?巨大谈我国摩擦学工业应用现状的调查J中国表面工程，xx，21 （2）50513Xu BSNano surfaceengineeringMBeijingChemicalIndustry Press，xx（in Chinese）徐滨士纳米表面工程M?京化学工业出版社，xx4Hisakado T，T sukizoeT，YoshikawaLubrication mechanism ofJLubr Tech，1983，105245253solid lubricantsin oil5Teterin GAActivation of oilinsoluble frictionreducingadditivesJKhim TekhnolTopl Masel，1991，317196Wang XL，Xu BS，Xu Y，et alPreparation ofnanocopperas lubricationoil additiveJJournal ofCentral Southxx （10）203206University of Technology，7Yu HL，Xu BS，Xu Y，et alDesign ofwearoutfailurerepair partsby environmentfriendly nanocopperadditiveJJournal ofCentral South University ofTechnology，xx （10）2152208Liu Q，Xu Y，Shi PJ，et alAnalysis ofselfrepair filmsonfriction surfacelubricated withnanoCu additiveJJournalof CentralSouthUniversityofTechnology，xx （10）1861899Wang XL，Xu BS，Xu Y，et alStudy on friction and wearbehavior andmechanismofnanoCu additivein lubricationoilsJTribology，xx，27 （3）235240（in Chinese）王晓丽，徐滨士，许一等纳米铜润滑油添加剂的摩擦磨损特性摩擦学学报，xx，27 （3）235240及其机?研究J10Yu HL，Xu BS，Xu Y，et alFriction andslidingwear4微纳米润滑材?发展中的问题及建议 （1）微纳米颗粒在润滑剂中的分散与稳定难题微纳米材?本身具有比表面积大、化学活性高、高扩散性、?吸附等特点，是其实现自修复功能的前提条件，但也导致微纳米材?在润滑介质中分散稳定性较差，容?团聚沉淀而失去其减摩自修复功能，甚至还会引起严重的磨粒磨损目前解决微纳米材?的分散稳定性，多是采用有机表面修饰剂，降低微纳米材?的表面能，减少其吸附团聚倾向作者认为修饰工艺方法改进等方面有待表面修饰剂的选择、以实现微纳米颗粒在润滑剂中的分散与深入研究，稳定 （2）建立准确的自修复评价方法及评价指标目前对微纳米润滑材?的评价主要是沿用传统的润滑油添加剂的评价试验方法，但是现有润滑油添加剂的摩擦学性能评价方法都属于加速试验，试验条件过于苛刻，严重脱离机械设备的实际润滑工况例如国标四球摩擦磨损试验中球与球之间的接触应?往往超过5000MPa，而机械设备在油润滑条件下，除齿轮类摩擦副的接触应?可达到数百兆帕，大多摩擦副之间的接触应?通常小于10MPa微纳米润在过于苛刻的滑材?的减摩抗磨性有其适用范围，载荷、滑动速度等工况条件下，则有可能使润滑剂良好的极压性无法展现因此在减摩抗磨效果评价方法上应结合机械设备的实际润滑工况设计试验评价方法，制定出有针对性的合适的工艺规范和评价方案，以获得真实有效的评价方法5结束语我国的润滑技术与西欧和?美还存在一定差第2期张博，等润滑剂中微纳米润滑材?的研究现状Physical Chemistry，1994，991297312977201behavior ofsteelaluminum tribopairimproved bynanocopperxx，26 （5）432438（in Chinese）additiveJTribology，于鹤龙，徐滨士，许一，等纳米铜添加剂改善钢铝摩擦摩擦学学报，xx，26 （5）副摩擦磨损性能的研究J43243811Li B，Xia YQ，Wang XB，et alInvestigation oftribologicalproperties ofnanoCu as additives inPEG400JTribology，xx，25 （5）385389（in Chinese）李斌，夏延王晓波，等纳米Cu在聚乙二醇溶液中的摩擦磨损性能秋，J摩擦学学报，xx，25 （5）385389研究12Zhou Jingfang，Zhang ZJ，Wang XB，et alInvestigation of thetribological behavior of oilsoluble Cunanoparticles as additivein liquid paraffinJTribology，2000，20 （2）12312613Bin XB，Chen JZ，Cao H，et alFriction and wear behaviorofgraphene encapsulatedcopper nanoparticlesJTribology，xx，28 （1）2327（in Chinese）宾晓蓓，陈加藏，曹宏，等石墨结构层包覆铜纳米粒子的摩擦磨损性能研究Jxx，28 （1）2327摩擦学学报，14Dang HX，Zhao YB，Zhang ZJTribological properties of Binanoparticles as additivein liquid paraffinJTribology，xx，24 （2）185187（in Chinese）党鸿辛，赵彦保，张治军铋纳米微粒添加剂的摩擦学性能研究J摩擦学学报，xx，24 （2）18518715Yu W，FuXPreparation and tribological behaviorof organicTribology，xx，24fluid containingsilver nanoparticlesJ （5）425428（in Chinese）于伟，傅洵含纳米银有机流体摩擦学学报，xx，24 （5）的制备及其摩擦学性能研究J42542816Ma GGDevelopment of a typeof energysaving antifrictionadditiveand itsusefulnessJLubrication oil1994，4424417Huang HD，Tu JP，Gan LP，et alPreparation andtribologicalproperties ofgraphite nanosheetsas additivein liquidJTribology，xx，25 （4）312316（in Chinese）paraffin黄海栋，涂江平，干?平，等片状纳米石墨的制备及其作xx，25为润滑油添加剂的摩擦磨损性能J摩擦学学报， （4）31231618Gupta BK，BhushanBFullerene particleas anadditive toliquidlubricants andgreases forlow frictionandwearJ1994，50，7524528Lubrication Engineering，19Qiao YLThe tribologicalproperties ofantiwear additivecontainingnanodiamond powderin lubricating oilJChinaSurface Engineering，xx （2）2528（in Chinese）乔玉?中含纳米金刚石润滑油减摩抗磨添加剂的摩擦学性能Jxx （2）2528国表面工程，20ZhangJ X，Liu K，Hu XGEffect ofultradispersed diamondnanoparticles as additive on the tribologicalpropertiesof15W/30JTribology，xx，22 （1）4448（in Chinese）engine oil张家玺，刘琨，胡献国纳米金刚石颗粒对发动机润滑油摩J摩擦学学报，xx，22 （1）4448擦学特性的影响21Zhang ZJ，Zhang J，Xue QJThe synthesisandcharacterization ofmolybdenum disulfidenanoclusterJJ22Fu X，Shi HQ，Zhou XD，et alA Study onfrictionand wearpropertiesof surfacemodified MoS2microspheres in liquidparaffinJTribology，xx，27 （1）3540（in Chines）傅洵，石华强，周晓东，等化学表面修饰微球形二硫化钼J摩擦学学报，xx，在液体石蜡中的摩擦磨损性能研究27 （1）354023Liu WM，ChenSStudy on thetribologicalbehaviorofthesurfacemodified ZnSnanoparticles in liquid paraffinJ2000，238120124Wear，24Chen S，Liu WM，Yu LGPreparation ofDDPcoated PbSnanoparticles andinvestigation ofthe antiwearability oftheWear，prepared nanoparticles asadditiveinliquidparaffinJ1998，21815315825Chen S，Liu WMSynthesis andinvestigation ofDDPCappedPbS nanoparticlesas an antiwear additiveJTribology，1997，17 （3）260262（in Chinese）陈爽，刘维民表面修饰PbS纳米微粒的合成及其抗磨性J摩擦学学报，1997，17 （3）26026226Xu BS，Ou ZW，Liu WMInsitu synthesisand tribologicalbehaviorof nanometerZnSJTribology，xx，22 （42）121527Shi PJ，Xu BS，Xu Y，et alTribological behaviorofoilsoluble organomolybdenum poundaslubricatingadditiveJTrans NonferrousMet SocChina，xx （10）38639028Wang J，Chen BS，Hou B，et alTribological PerformanceofCuS Nanoparticlesin LubricatingOilsJLubricationxx， （2）4243（in Chinese）王九，陈波Engineeri