一、納米粉體潤滑的作用機(jī)理

    納米顆粒作為潤滑材料的作用機(jī)理還沒有系統(tǒng)的研究結(jié)論，目前有多種理論分析。一種認(rèn)為，納米顆粒尺寸較小，近似球型，在摩擦副間可以類似微軸承作用，減少了摩擦阻力，降低了摩擦系數(shù)，減少了磨損，這種“滾珠軸承”的摩擦原理目前還缺乏進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)支持。另外一種理論是薄膜理論，認(rèn)為在摩擦過程中納米顆粒在摩擦副上形成一層納米薄膜，納米薄膜的功能不同于一般的薄膜，它的韌性、抗彎強(qiáng)度均大大優(yōu)于一般薄。這層膜減小了摩擦，提高了承載能力從而減輕了磨損。另外，“第三體”抗磨機(jī)理認(rèn)為，納米顆粒添加劑對摩擦副凹凸表面的填充作用以及表面的摩擦化學(xué)反應(yīng)形成了穩(wěn)定的“第三體”，具備優(yōu)越的抗磨效果。

二、目前常用納米添加劑的種類及特點(diǎn)簡介

1、納米金屬粉

超細(xì)金屬粉以適當(dāng)方式分散于各種潤滑油中可形成一種穩(wěn)定的懸浮液，這種潤滑油每升中含有數(shù)百萬個(gè)超細(xì)金屬粉末顆粒，它們在摩擦過程中可以與固體表面相結(jié)合，形成光滑的保護(hù)層，同時(shí)填塞微劃痕，從而大幅度降低摩擦和磨損，尤其在重載、低速和高溫振動(dòng)條件下作用更為顯著。目前應(yīng)用較多的金屬納米粉包括銅、錫、銀粉末等，這些金屬納米粉有著與傳統(tǒng)添加劑不同的減摩抗磨機(jī)理。

2、納米金屬氧化物

對于納米金屬，因其具有很高的比表面積，當(dāng)溫度升高時(shí)，在空氣中極易發(fā)生氧化、團(tuán)聚，進(jìn)而在潤滑油中沉淀下來，因此研究納米氧化物作為添加劑這一課題十分活躍。試驗(yàn)結(jié)果表明，有機(jī)基團(tuán)修飾的TiO2納米粒子具有優(yōu)良的抗磨、減摩能力，且減摩性能優(yōu)于ZDDP。分析其作用機(jī)理認(rèn)為，納米粒子的小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)等納米效應(yīng)引起n-TiO2熔點(diǎn)下降、燒結(jié)溫度下降。在摩擦過程中，表面局部溫度高，納米TiO2處于熔化、半熔化或燒結(jié)狀態(tài)，形成一層納米陶瓷薄膜，它的韌性、抗彎強(qiáng)度均大大超出一般的薄膜，而納米粒子又具有高擴(kuò)散能力和自擴(kuò)散能力，因此納米TiO2粒子極可能在摩擦過程中擴(kuò)散滲透到金屬基體中，并且有可能與金屬基體生成Fe2(TiO3)3、TiC等固溶體，從而表現(xiàn)出優(yōu)異的抗磨減摩性能。

3、納米氮化物

納米氮化鋁陶瓷粒子隨潤滑油作用于發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部的摩擦副金屬表面，在高溫和極壓的作用下被激活，并牢固滲嵌到金屬表面凹痕和微孔中，修復(fù)受損表面，形成納米陶瓷保護(hù)膜。因?yàn)檫@層膜的隔離作用，從而極大的降低摩擦力，將運(yùn)動(dòng)機(jī)件間的摩擦降至近乎零，通過改善潤滑，可降低摩擦系數(shù)、提高抗磨能力，可延長機(jī)械零件壽命。其添加量僅僅為萬分之二。

4、其他類型納米添加劑

稀土元素具有4f電子特征，其化合物具有許多特殊性能。隨著納米技術(shù)的發(fā)展，許多研究者紛紛將目光投向納米稀土三氟化物在潤滑油中的應(yīng)用研究上。有研究者采用微乳液法制備含氮有機(jī)物修飾的納米LaF3，摩擦學(xué)試驗(yàn)表明，納米LaF3在液體石蠟中的承載能力略低于ZDDP，抗磨性能優(yōu)于ZDDP。表面分析證明，表面修飾納米LaF3經(jīng)摩擦發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，在表面生成了含C、N有機(jī)物的物理吸附膜，含氧化鑭、氟化亞鐵及四氧化三鐵等無機(jī)物的化學(xué)反應(yīng)膜，從而形成了邊界潤滑膜。

三、納米粉體潤滑添加劑的表面改性

由于納米粉體的表面積大、表面能高使得納米粉體很容易團(tuán)聚，因此要保證納米粉體在分散介質(zhì)中以納米級的顆粒存在并且不發(fā)生團(tuán)聚，就要對其進(jìn)行表面改性。納米粉體的表面改性即納米顆粒表面與表面改性劑發(fā)生作用，改善納米粒子表面的可潤濕性，增強(qiáng)納米顆粒在介質(zhì)中的界面相容性，使納米粉體容易在有機(jī)化合物或水中分散。根據(jù)納米顆粒與改性劑表面發(fā)生作用的方式，改性的機(jī)理可分為包覆改性、偶聯(lián)改性等。

1、包覆改性

包覆改性也叫物理改性，即用無機(jī)化合物或者有機(jī)化合物(水溶性或油溶性高分子化合物及脂肪酸皂等)對納米粒子表面進(jìn)行包覆，對納米粉體團(tuán)聚起到減弱或屏蔽，而且由于包覆物而產(chǎn)生了空間位阻斥力，使粒子再團(tuán)聚十分困難，從而達(dá)到改性的目的。表面物理改性采用的方法主要有兩種：1）在溶液或熔體中高分子沉積、吸附到顆粒表面包覆改性；2）單體吸附包覆后聚合。

2、表面化學(xué)改性

該方法可以在改性物和納米顆粒之間產(chǎn)生很強(qiáng)的相互作用力。化學(xué)處理的放大主要有：表面活性劑法、表面接枝改性法、酯化法。

小結(jié)：納米粉體材料獨(dú)特的結(jié)構(gòu)使其具有奇特而優(yōu)異的摩擦學(xué)性能，以這些納米粉體作為添加劑可使?jié)櫥偷臏p摩抗磨性能得到大幅度提高，同時(shí)在節(jié)約能源和改善尾氣排放等方面的效果也十分突出，為解決潤滑領(lǐng)域中長期未能解決的難題開辟一條了新途徑，其應(yīng)用前景非常廣闊。開發(fā)適合工業(yè)化生產(chǎn)的高性價(jià)比納米材料合成技術(shù)，優(yōu)化納米粒子大規(guī)模生產(chǎn)的制備工藝，提高納米添加劑產(chǎn)品的穩(wěn)定性，是未來納米粉體潤滑添加劑的技術(shù)主攻方向。綜上所述，納米材料在潤滑領(lǐng)域有著廣闊的前景，值得企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)投入人力及物質(zhì)資源在該領(lǐng)域進(jìn)行研發(fā)和創(chuàng)新。