#1.1 SiO2粒徑對鋰基脂摩擦學性能的影響

載荷為392 N，SiO2質量分數(shù)為1.5%,不同粒徑納米SiO2對鋰基脂摩擦學性能的影響如圖1所示,由圖可以看出：隨納米SiO2粒徑的減小，鋰基脂的摩擦因數(shù)和鋼球磨斑直徑均減小;當粒徑為15 nm時，其摩擦因數(shù)和磨斑直徑最小，分別為0.055和0.38 mm。

圖1 納米SiO2粒徑對鋰基脂摩擦學性能的影響

Fig.1 Effect of particle size of nano SiO2 powder on tribological properties of lithium-based grease

#1.2 SiO2含量對鋰基脂摩擦學性能的影響

載荷392 N，不同粒徑納米SiO2的添加量(質量分數(shù))對鋰基脂摩擦學性能的影響如圖2所示,由圖可以看出：隨納米SiO2質量分數(shù)的增加，鋰基脂的摩擦因數(shù)和鋼球磨斑直徑均先減小后略有增大，在質量分數(shù)為1.5%時最�。涣�徑��15 nm的性能最佳。

圖2 不同粒徑納米SiO2添加量對鋰基脂摩擦學性能的影響

Fig.2 Effects of addition amount of nano SiO2 powder with different particle sizes on tribological properties of lithium-based grease

#1.3 載荷對鋰基脂摩擦學性能的影響

載荷對基礎鋰基脂和含質量分數(shù)1.5%，粒徑15 nm的SiO2鋰基脂的摩擦學性能的影響如圖3所示,由圖可以看出：基礎脂的摩擦因數(shù)和鋼球磨斑直徑均隨著載荷的增加而增加；而含納米SiO2的鋰基脂摩擦因數(shù)變化很小，磨斑直徑逐漸增加，但摩擦因數(shù)和磨斑直徑均比基礎脂的小。

02

超細MoS2對鋰基脂摩擦學性能的影響

#2.1 MoS2粒徑對鋰基脂摩擦學性能的影響

載荷392 N，MoS2質量分數(shù)為0.8%，基礎脂及含0.2，1.0，5.0 μm超細MoS2鋰基脂的摩擦因數(shù)和鋼球磨斑直徑見表1,由表可知：加入超細MoS2也能明顯減小潤滑脂的摩擦因數(shù)和鋼球磨斑直徑;當超細MoS2粒徑為1.0 μm時，摩擦因數(shù)和磨斑直徑同時達到最小值，分別較基礎脂降低了61.19%和37.50%，抗磨減摩性明顯提高。

圖3 載荷對基礎脂和含納米SiO2鋰基脂摩擦學性能的影響

Fig.3 Effects of load on tribological properties of base grease and lithium-based grease containing nano SiO2 powder

表1 MoS2粒徑對鋰基脂摩擦因數(shù)和鋼球磨斑直徑的影響

Tab.1 Effect of particle size of MoS2 powder on friction coefficient of lithium-based grease and wear scar diameter of steel balls

#2.2 MoS2含量對鋰基脂摩擦學性能的影響

載荷392 N，超細MoS2的粒徑和質量分數(shù)對鋰基脂摩擦學性能的影響如圖4所示,由圖可以看出：含MoS2鋰基脂的摩擦因數(shù)和鋼球磨斑直徑比基礎脂小；且隨著MoS2質量分數(shù)的增加，潤滑脂的摩擦因數(shù)和鋼球磨斑直徑均先減小后增大；不同粒徑的MoS2質量分數(shù)為2.0%時，潤滑脂的摩擦因數(shù)和鋼球磨斑直徑均最小；粒徑1.0 μm的MoS2減摩性能最好。

#2.3 載荷對鋰基脂摩擦學性能的影響

載荷對基礎脂和質量分數(shù)2.0%，粒徑1.0 μm MoS2鋰基脂摩擦學性能的影響如圖5所示,由圖可以看出：基礎脂的摩擦因數(shù)和鋼球磨斑直徑均明顯高于含 MoS2鋰基脂；載荷達490 N時兩者的摩擦因數(shù)和磨斑直徑差值減小。說明超細MoS2難以改善重載下鋰基脂的摩擦學性能，且盡量不要將含MoS2鋰基脂用在490 N及其以上載荷。

圖4 MoS2粉加入量和粒徑對鋰基脂摩擦學性能的影響

Fig.4 Effects of addition amount and particle size of MoS2 powder on tribological properties of lithium-based grease

圖5 載荷對鋰基脂摩擦學性能的影響

Fig.5 Effect of load on tribological properties of lithium-based grease

03

SiO2和MoS2粉復配對鋰基脂摩擦學性能的影響

試驗載荷392 N，超細SiO2，MoS2(15 nmSiO2與 1 μmMoS2總加入量2.0%)質量比對鋰基脂摩擦因數(shù)和鋼球磨斑直徑的影響如圖6所示,其中1∶0表示僅添加SiO2，0∶1則表示只添加MoS2。由圖可以看出：質量比為2∶8時，摩擦因數(shù)和磨斑直徑均達到最小值,分別為0.02，0.32 mm,較基礎脂分別降低了77.1%，46.42%；較僅添加質量分數(shù)1.5%、粒徑15 nm SiO2的鋰基脂分別降低了63.9%,20%;較僅添加質量分數(shù)2.0%、粒徑1 μmMoS2的鋰基脂降低了15.53%,3.03%。在復配比合適的情況下，SiO2和MoS2復配可以進一步改善潤滑脂的減摩性能，兩者在減摩、抗磨方面具有一定協(xié)同作用。

圖6 超細SiO2，MoS2質量比對鋰基脂摩擦學性能的影響

Fig.6 Effects of mass ratio of ultrafine SiO2/MoS2 powders on tribological properties of lithium-based grease

部分試樣的摩擦因數(shù)隨時間變化曲線如圖7所示,由圖可以看出：含超細粉潤滑脂的摩擦因數(shù)均低于空白試樣，但含單種粉的試樣，其摩擦曲線的波動略大，且試樣b在試驗進行 1 000 s后，摩擦因數(shù)有所上升；試樣c整個試驗階段都處在波動階段;試樣d的摩擦因數(shù)明顯低于其他試樣，并且在前500 s內摩擦因數(shù)一直下降，超過500 s后整個階段摩擦因數(shù)非常平穩(wěn)，說明復合粉能在摩擦過程中產(chǎn)生協(xié)同作用，使鋰基潤滑脂具有更好、更穩(wěn)定的摩擦學性能。

圖7 部分試樣摩擦因數(shù)隨時間變化曲線

Fig.7 Variational curves of friction coefficient of some samples with time

基礎脂及質量分數(shù)為2%(15 nmSiO2∶1 μmMoS2=2∶8)復合粉的鋰基脂在載荷為196，294，392，490 N下的摩擦學性能如圖8所示,由圖可以看出：在不同載荷下，復合粉的加入均能有效減小鋰基脂的摩擦因數(shù)和鋼球磨斑直徑。分析認為，隨載荷增加，基礎脂的摩擦因數(shù)逐漸增加，而復配脂的摩擦因數(shù)略有增加，在較高的載荷下仍具有良好的減摩能力。

圖8 載荷對鋰基脂摩擦學性能的影響

Fig.8 Effects of load on tribological properties of lithium-based grease

04

含超細粉鋰基脂抗磨減摩機理探討

#4.1含納米SiO2鋰基脂添加劑的作用機理

圖9為含質量分數(shù)1.5%，粒徑15 nm SiO2鋰基脂在載荷294 N時不同放大倍數(shù)下鋼球磨斑表面的SEM圖,由圖可以看出，磨斑磨痕細且淺，且看到磨斑表面有修復的痕跡，說明納米SiO2的加入有效提高了基礎脂的減摩性能。

圖9 含質量分數(shù)1.5%納米SiO2潤滑脂在294 N下的鋼球磨斑SEM圖

Fig.9 SEM images of wear scar on steel ball lubricated by grease containing 1.5w% nano SiO2 powder under load of 294 N

圖9b中磨痕凸起點A和凹槽點B的能譜分析結果如圖10所示，元素含量見表2。由能譜分析結果可知，凹槽區(qū)中Si元素含量高于凸起區(qū)，說明在摩擦過程中，納米SiO2首先在鋼球磨斑表面起到了填補修復的作用，通過修復低凹處，從而降低摩擦因數(shù)，提升潤滑脂的摩擦學性能。

圖10 圖9b中A，B兩點EDAX分析結果

Fig.10 EDAX analysis results of point A and B in Fig.9b

表2 圖9b中A，B處表面元素含量

Tab.2 Surface element contents at A and B in Fig.9b

#4.2 含復合粉鋰基脂添加劑的作用機理

粒徑15 nm SiO2與1 μm MoS2總加入量2.0%、質量比為2∶8的復合粉鋰基脂在載荷294 N時不同放大倍數(shù)下的鋼球磨斑SEM圖如圖11所示,由圖可以看出：磨斑表面犁溝較少，表面光滑平整；能看到磨斑表面的犁溝已被填平，且有材料焊合在上面，這可能是復合粉在外加載荷的作用下不斷在摩擦表面沉積，將磨斑表面的溝壑填平，形成一層修復層，減少了表面磨損現(xiàn)象。

圖11 含質量分數(shù)2.0%復合粉潤滑脂在294 N下的鋼球磨斑直徑SEM圖

Fig.11 SEM images of wear scar on steel ball lubricated by grease containing 2.0w% composite powders under load of 294N

圖12為圖11b中A，B兩點的能譜分析結果,由圖可以看出：含質量分數(shù)2.0%復合粉潤滑脂的鋼球磨痕表面存在Si元素和 Mo元素，而基礎脂中不含有這些元素，說明潤滑脂中添加的超細粉成功地在鋼球表面發(fā)生作用。根據(jù)能譜曲線可知在磨斑凸起區(qū)發(fā)現(xiàn)了Si元素，說明SiO2在摩擦過程中減少了接觸面的摩擦；在磨斑凹槽區(qū)發(fā)現(xiàn)Mo元素，說明MoS2顆粒在摩擦過程中會向摩擦表面轉移，在磨斑表面起到填補溝壑的作用，并且對摩擦副表面具有拋光研磨的作用，產(chǎn)生更多新生表面，表面活性較高的超細顆粒在外加壓力下迅速沉積、焊合到摩擦副表面，填充磨痕表面，在摩擦副的表面形成自修復膜，提高軸承的使用壽命。復配粉中的2種粉抗磨減摩機理不盡相同，但是二者表現(xiàn)出了協(xié)同效應，共同作用于摩擦副，起到抗磨、減摩的功能。

圖12 圖11b中A，B兩點EDAX分析結果

Fig.12 EDAX analysis results of point A and B in Fig.11b

PART 03 結 論

01

納米SiO2和超細MoS2單獨加入均能明顯減小2#鋰基脂的摩擦因數(shù)和鋼球磨斑直徑。15 nmSiO2在質量分數(shù)為1.5%時摩擦學性能最好，摩擦因數(shù)和磨斑直徑比基礎脂分別下降38.13%和21.70%；1 μmMoS2在質量分數(shù)為2.0%時摩擦學性能最好，摩擦因數(shù)和磨斑直徑比基礎脂分別下降了72.67%和27.75%。

02

納米SiO2和超細MoS2的復配有助于進一步改善含超細粉鋰基脂的摩擦學性能，并拓寬潤滑脂的載荷范圍。當納米SiO2粉與MoS2粉質量比為2∶8，總質量分數(shù)為2.0%時，潤滑脂的摩擦因數(shù)和鋼球磨斑直徑比基礎脂分別減小了77.1%和 46.42%,較僅添加質量分數(shù)1.5%SiO2潤滑脂分別減小了63.9%和20%，較只添加質量分數(shù)2.0%MoS2潤滑脂分別減小了15.53%和3.03%。

03

鋼球磨斑表面的SEM和EDS分析表明，納米SiO2在摩擦過程中主要起填補磨痕溝壑作用，超細MoS2則起填補溝壑,并對摩擦副表面拋光研磨,形成減摩作用，2種粉體的協(xié)同使得潤滑脂具有自修復和抗磨、減摩作用。