納米TiN對(duì)潤(rùn)滑油性能的影響及其在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用

阮亭綱　劉吉華　謝先東　劉啟躍

西南交通大學(xué),成都,610031

納米TiN對(duì)潤(rùn)滑油性能的影響及其在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用

阮亭綱劉吉華謝先東劉啟躍

西南交通大學(xué),成都,610031

控制納米TiN添加量處于0.25%～1%范圍內(nèi)，利用MRS-10A四球摩擦試驗(yàn)機(jī)研究其對(duì)潤(rùn)滑油性能的影響。利用磨斑測(cè)量系統(tǒng)、激光共聚焦掃描顯微鏡OLS 1100和EDX能譜儀測(cè)試分析含納米TiN潤(rùn)滑油的摩擦磨損及修復(fù)性能。在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)上考察含有0.5%納米TiN的潤(rùn)滑油對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)性能的改善，在不同轉(zhuǎn)速條件下檢測(cè)潤(rùn)滑油添加劑對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)外特性的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明：含有0.5%納米TiN的潤(rùn)滑油比基礎(chǔ)油的抗磨減摩及自修復(fù)性能更好。納米TiN潤(rùn)滑油添加劑能顯著提高潤(rùn)滑油質(zhì)量，減小發(fā)動(dòng)機(jī)摩擦功，降低機(jī)油溫度，改善發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)性能，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩，降低耗油率，從而達(dá)到延長(zhǎng)發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命和節(jié)約能源的目的。

納米材料;自修復(fù);添加劑;發(fā)動(dòng)機(jī)

0　引言

目前,越來越多研究人員對(duì)納米潤(rùn)滑油添加劑展開了研究,美國國家航空航天局(NASA)于2002年開發(fā)了基于生物有機(jī)體損傷愈合原理的生物機(jī)敏材料[1],文獻(xiàn)[2]研究了具有自組裝、自修復(fù)特點(diǎn)的機(jī)械系統(tǒng)和利用環(huán)氧粒子進(jìn)行自修復(fù)的智能材料系統(tǒng)。將納米材料適當(dāng)?shù)丶尤霛?rùn)滑油中能夠顯著提高潤(rùn)滑油的質(zhì)量,從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械零件的抗摩減摩和自修復(fù)。文獻(xiàn)[3-5]在四球摩擦試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行試驗(yàn),使用納米ZnO潤(rùn)滑油添加劑，將硬脂酸改性納米Pb，然后加入液體石蠟中，納米Mg2B2O5潤(rùn)滑油添加劑具有減摩抗磨和自修復(fù)性能。文獻(xiàn)[6-9]在發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)中，分別采用納米銅、納米銅和稀土化合物、納米銅納米流體作為潤(rùn)滑油添加劑，都明顯改善了發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)性能。

納米TiN金屬是金屬陶瓷，能夠擴(kuò)散到摩擦副表面，具有硬度高、導(dǎo)熱性好、傳熱快、耐高溫、表面光滑、耐酸堿腐蝕等性能[10-11]。鑒于不同種類和不同含量的潤(rùn)滑油納米添加劑對(duì)于改善潤(rùn)滑油質(zhì)量、提高潤(rùn)滑油抗磨減磨和自修復(fù)性能有很明顯的效果,本文采用納米TiN作為潤(rùn)滑油添加劑，考察其對(duì)GCr15摩擦副摩擦學(xué)性能的影響,并將其應(yīng)用于ET2000發(fā)動(dòng)機(jī)。

1　試驗(yàn)

試驗(yàn)中使用的納米TiN顆粒取自北京德科島金科技有限公司(粒度為20 nm),分散劑的分子量為200,記為PEG-200;鋼球?yàn)樯虾ｄ撉驈S生產(chǎn)的GCr15精密軸承鋼球,其直徑為12.7 mm，硬度為64～66 MPa?；A(chǔ)油是長(zhǎng)城CF-415 W/40柴油機(jī)油。

將納米TiN和一定質(zhì)量的分散劑加入基礎(chǔ)油(納米TiN與分散劑的比例為1∶2)，先用玻璃棒人工攪勻,然后在超聲波分散器中進(jìn)行超聲分散,分散時(shí)間為30 min,制成潤(rùn)滑油添加劑油樣。試驗(yàn)所采用的參數(shù)是SH-T0762-2005標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)工況:溫度θ為75 ℃,轉(zhuǎn)速Ω為600 r/min，載荷PB為392 N,運(yùn)行時(shí)間t為60 min(四球法)。在MRS-110A四球摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)上改變添加劑含量和轉(zhuǎn)速條件進(jìn)行磨損試驗(yàn)。利用磨斑測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量磨斑直徑，采用激光共聚焦掃描顯微鏡(OLYMPUS OLS 1100)觀察磨斑三維形貌,利用EDS分析磨斑的元素成分,從而得到最佳的納米TiN含量。然后,將最佳含量的潤(rùn)滑添加劑油樣和基礎(chǔ)油在ET2000發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)控系統(tǒng)上進(jìn)行試驗(yàn)，測(cè)試發(fā)動(dòng)機(jī)的外特性，在不同轉(zhuǎn)速條件下，分別測(cè)出發(fā)動(dòng)機(jī)的功率、轉(zhuǎn)矩、油耗率和機(jī)油溫度并分析其隨轉(zhuǎn)速的變化規(guī)律。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果評(píng)估含有添加劑的油樣對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響規(guī)律。

2　試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1納米TiN添加劑對(duì)摩擦學(xué)性能的影響

2.1.1不同納米TiN含量對(duì)潤(rùn)滑油摩擦磨損性能的影響

納米添加劑的含量對(duì)潤(rùn)滑油摩擦學(xué)性能影響很大:如果納米添加劑的含量過高容易發(fā)生團(tuán)聚現(xiàn)象,不僅達(dá)不到預(yù)想的效果，而且很可能出現(xiàn)相反的情況。如果納米粒子團(tuán)聚成大的顆粒在潤(rùn)滑油中，就像油中有雜質(zhì)一樣,反而會(huì)降低潤(rùn)滑油的性能。如果納米添加劑的含量比較少，可能不足以提高潤(rùn)滑油質(zhì)量，抗磨減磨作用明顯不足。因此,潤(rùn)滑油必須有合理的納米添加劑含量才能獲得最小的摩擦因數(shù)和磨斑直徑[12-13]。

不同含量(指質(zhì)量分?jǐn)?shù),下同)納米TiN添加劑的CF-4-15W/40柴油機(jī)潤(rùn)滑油的摩擦學(xué)性能見表1?？梢钥闯觯?dāng)載荷為392 N、轉(zhuǎn)速為600 r/min、溫度為75 ℃、試驗(yàn)時(shí)間為60 min時(shí),在所試驗(yàn)的含量范圍內(nèi),納米TiN添加劑能顯著改善基礎(chǔ)油的磨損性能,含0.25%納米TiN添加劑的潤(rùn)滑油的摩擦因數(shù)和鋼球表面磨斑直徑比基礎(chǔ)油的摩擦因數(shù)和鋼球表面磨斑直徑明顯要小,這表明加入少量TiN納米粒子就可以顯著提高潤(rùn)滑油的抗磨減摩能力。當(dāng)納米TiN添加劑含量為0.5%時(shí),摩擦因數(shù)和磨斑直徑達(dá)到最小值:摩擦因數(shù)為0.0667,相比無添加劑工況減小了19.8%;鋼球磨斑直徑為0.345 mm,減小了14.2%。但是當(dāng)添加劑含量達(dá)到1.0%時(shí),摩擦因數(shù)和磨斑直徑逐漸增大。這是因?yàn)榧{米顆粒添加劑在潤(rùn)滑油中小顆粒發(fā)生團(tuán)聚生成了較大的顆粒,阻礙了納米顆粒進(jìn)入摩擦副表面，所以不易沉積在鋼球的摩擦表面,形成均勻的修復(fù)層。

表1　CF-4-15W/40柴油機(jī)油的摩擦學(xué)性能與納米TiN添加劑含量的關(guān)系(SH-T0762-2005潤(rùn)滑油摩擦因數(shù)測(cè)定法)

圖1所示為鋼球磨損表面的OLS1100三維形貌。在基礎(chǔ)油潤(rùn)滑條件下磨斑表面犁溝較深,磨損表面平均犁溝深度為1887 nm(圖1a),磨損表面有明顯的劃傷跡象。而在含有0.5%的納米TiN的潤(rùn)滑油工況下,磨斑表面相對(duì)平滑,只有輕微的擦傷,磨損表面平均犁溝深度為957 nm(圖1b)。這表明采用納米TiN作為添加劑時(shí)，潤(rùn)滑油具有良好的抗磨性能。

(a)基礎(chǔ)油

(b)含0.5%納米TiN的添加劑圖1　三維形貌圖

2.1.2不同轉(zhuǎn)速對(duì)潤(rùn)滑油摩擦磨損性能的影響

在不同轉(zhuǎn)速下(若發(fā)生卡咬就停止試驗(yàn)),含0.5%納米TiN添加劑的潤(rùn)滑油和基礎(chǔ)油下的鋼球磨斑直徑和摩擦因數(shù)見表2(試驗(yàn)條件:納米TiN質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%,t=60 min,PB=392 N,θ=75 ℃)?？梢钥闯?不論高轉(zhuǎn)速還是低轉(zhuǎn)速條件下含有納米TiN的潤(rùn)滑油的磨斑直徑和摩擦因數(shù)都比在基礎(chǔ)油條件下有明顯的減小。另外,磨斑直徑同樣隨著轉(zhuǎn)速的增加而增大。由表2可知,從400 r/min到1000 r/min,摩擦因數(shù)隨著轉(zhuǎn)速的增加有明顯增大,但是從1200 r/min到1600 r/min時(shí),摩擦因數(shù)變化不明顯。隨著轉(zhuǎn)速的提高,磨屑的運(yùn)動(dòng)速度加快,在潤(rùn)滑油侵入接觸表面時(shí),磨屑容易溢出接觸表面,導(dǎo)致接觸區(qū)域第三體減少,兩個(gè)接觸體直接接觸,磨屑對(duì)摩擦因數(shù)的影響降低,因而摩擦因數(shù)變化趨勢(shì)平緩,平均摩擦因數(shù)降低了12.1%,磨斑直徑減小了11.0%。當(dāng)轉(zhuǎn)速增加至1600 r/min時(shí),對(duì)于基礎(chǔ)油,機(jī)器發(fā)出尖銳的聲音,表明此時(shí)已出現(xiàn)潤(rùn)滑失效；含0.5%納米TiN潤(rùn)滑油能有效潤(rùn)滑,機(jī)器并沒有發(fā)生卡咬。

表2　轉(zhuǎn)速對(duì)納米TiN潤(rùn)滑油添加劑性能的影響

2.1.3含納米TiN潤(rùn)滑油的自修復(fù)性能

圖2所示為含0.5%納米TiN潤(rùn)滑油在SH-T0762-2005標(biāo)準(zhǔn)工況條件下,鋼球磨斑的EDS能譜分析結(jié)果。從圖2可明顯看出,在磨斑處能檢測(cè)到Ti元素,磨斑的Ti含量為1.12%,說明發(fā)生了材料轉(zhuǎn)移,即添加劑顆粒補(bǔ)償?shù)搅艘涯p的部位,對(duì)磨斑起到了一定的修復(fù)作用。前后元素對(duì)比表明納米添加劑在摩擦過程中產(chǎn)生了自修復(fù)效應(yīng)。

圖2　鋼球磨斑的EDS能譜分析

對(duì)于在摩擦副表面逐漸形成的修復(fù)層，分散劑對(duì)納米粒子懸浮和穩(wěn)定在潤(rùn)滑油中形成各種微修復(fù)的球形納米顆粒起到很大的作用。運(yùn)動(dòng)副之間的摩擦,使局部產(chǎn)生巨大應(yīng)力,微凸體被打破時(shí)高達(dá)數(shù)GPa，對(duì)于摩擦過程中產(chǎn)生的細(xì)小磨屑,與添加劑結(jié)合在一起形成微球形納米顆粒，起到類似“球軸承”的作用,可提高潤(rùn)滑性能。在重載或高溫的條件下,兩個(gè)摩擦表面的球形顆粒被壓平，形成一個(gè)滑動(dòng)系，減少了摩擦和磨損。納米粉體可以填充在工作表面的微坑和損傷部位,起到修復(fù)作用。由于潤(rùn)滑劑的流速快，納米粒子在接觸區(qū)滯留的時(shí)間短，外載荷來不及壓扁納米粒子，納米粒子就離開了接觸區(qū),只在接觸區(qū)壓出一道窄而淺的溝紋，相當(dāng)于滾珠在上面滾過，故減小了磨損[14-15]。由圖2可知,在鋼球磨斑處能檢測(cè)到Ti元素,但是磨斑表面沒有明顯的裂紋。因?yàn)樵诤{米TiN潤(rùn)滑油中出現(xiàn)了裂解的鏈和磨屑,在適當(dāng)?shù)臈l件下,沉積的粒子開始發(fā)生結(jié)構(gòu)的重組,并且最終在局部形成了修復(fù)層。隨著摩擦的繼續(xù)，新生表面不斷產(chǎn)生,油中粒子的不斷沉積和局部修復(fù)，修復(fù)膜逐漸擴(kuò)大到整個(gè)摩擦表面。

試驗(yàn)結(jié)果表明:含納米TiN潤(rùn)滑油添加劑能顯著提高潤(rùn)滑油質(zhì)量,含0.5%納米TiN的潤(rùn)滑油比基礎(chǔ)油抗磨減摩及自修復(fù)性能更好。

2.2納米TiN潤(rùn)滑油添加劑對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響

納米金剛石、納米銅和稀土化合物作為潤(rùn)滑油添加劑能夠提高潤(rùn)滑油的質(zhì)量,在發(fā)動(dòng)機(jī)工作中減小摩擦功,提高功率和轉(zhuǎn)矩,降低油耗率，減小碳氧化合、氣氧化物的排放量,延長(zhǎng)使用壽命[8,16]。

2.2.1納米TiN添加劑對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的外特性的影響

將含0.5%納米TiN的潤(rùn)滑油添加劑與基礎(chǔ)油在某型號(hào)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)架上進(jìn)行試驗(yàn),考察發(fā)動(dòng)機(jī)的外特性,測(cè)得發(fā)動(dòng)機(jī)的功率、扭矩以及油耗率等重要指標(biāo),如圖3～圖5所示?？梢钥闯?含納米TiN添加劑潤(rùn)滑油與基礎(chǔ)油相比,納米TiN添加劑明顯提高了潤(rùn)滑油質(zhì)量,使得發(fā)動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩顯著提高(圖3、圖4),并伴隨燃油消耗量降低(圖5)。當(dāng)轉(zhuǎn)速為1200 r/min時(shí),添加劑潤(rùn)滑油對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩較基礎(chǔ)油分別提高了27.40%和27.32%,油耗率降低了21.24%(最大限度)。當(dāng)轉(zhuǎn)速為2100 r/min時(shí),含添加劑潤(rùn)滑油的發(fā)動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩較基礎(chǔ)油依次提高了12.33%和12.34%,油耗率降低了10.65%(最小限度)。在一定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi),含添加劑潤(rùn)滑油的平均功率和轉(zhuǎn)矩分別提高了18.21%和18.22%,平均耗油率降低了14.11%。

圖3　功率隨轉(zhuǎn)速變化的曲線

圖4　轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速變化的曲線

圖5　油耗率隨轉(zhuǎn)速變化的曲線

從圖5看出,轉(zhuǎn)速為1200～1800 r/min時(shí),含納米TiN添加劑的潤(rùn)滑油而言,降低幅度較大,平均油耗率下降了17.3%;轉(zhuǎn)速為2100～2500 r/min時(shí),發(fā)動(dòng)機(jī)的油耗率的降低達(dá)到最小限度,平均油耗率下降了10.8%;轉(zhuǎn)速為2700 r/min時(shí),發(fā)動(dòng)機(jī)的油耗率降低了14.3%。由此可知:在較低轉(zhuǎn)速情況下,往潤(rùn)滑油中加入納米TiN添加劑可以顯著減低油耗。

通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)(圖6):在發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí),使用納米TiN添加劑油樣的溫度比基礎(chǔ)油降低了,平均溫度要降低2.1～6.1 ℃。另外,從圖6可以看出,轉(zhuǎn)速為1200～1800 r/min時(shí),納米TiN潤(rùn)滑油添加劑的溫度相對(duì)于基礎(chǔ)油降低達(dá)到最大限度。轉(zhuǎn)速為2100～2500 r/min時(shí),納米TiN潤(rùn)滑油添加劑溫度降低達(dá)到最小限度。另外,通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),潤(rùn)滑油的溫度與發(fā)動(dòng)機(jī)的功率、轉(zhuǎn)矩和油耗率有關(guān)。含納米TiN添加劑的潤(rùn)滑油溫度越低時(shí),越能顯著提高發(fā)動(dòng)機(jī)的功率、轉(zhuǎn)矩,油耗率越低。在發(fā)動(dòng)機(jī)的各種摩擦副表面，添加劑在潤(rùn)滑油里逐漸形成修復(fù)層從而減小摩擦因數(shù)、降低摩擦功。因此,納米TiN添加劑使得潤(rùn)滑油溫度降低,提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩,顯著降低了油耗率。

圖6　不同轉(zhuǎn)速條件下潤(rùn)滑油的溫度

試驗(yàn)結(jié)果表明:無論高轉(zhuǎn)速還是低轉(zhuǎn)速時(shí),含有0.5%納米TiN添加劑的潤(rùn)滑油能提高發(fā)動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩,降低油耗率，改善發(fā)動(dòng)機(jī)的外特性。

2.2.2不同轉(zhuǎn)速下發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行較長(zhǎng)時(shí)間的油耗率對(duì)比

試驗(yàn)周期為30 min(和下文的90 min對(duì)應(yīng)),含添加劑潤(rùn)滑油跟基礎(chǔ)油對(duì)比,在不同轉(zhuǎn)速條件下,每隔2 min電腦記錄一次,然后計(jì)算平均油耗率，試驗(yàn)工況及結(jié)果見表3。

表3　不同轉(zhuǎn)速下對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的平均油耗率

圖7　平均油耗率隨轉(zhuǎn)速變化曲線

由表3和圖7可以看出,納米TiN添加劑的加入對(duì)降低發(fā)動(dòng)機(jī)的油耗率有顯著作用:當(dāng)轉(zhuǎn)速為1200 r/min、轉(zhuǎn)矩為60 N·m時(shí),使用納米TiN潤(rùn)滑油添加劑后,發(fā)動(dòng)機(jī)的油耗率降低8.74%;轉(zhuǎn)速為2500 r/min、轉(zhuǎn)矩為100 N·m時(shí),發(fā)動(dòng)機(jī)的油耗率降低5.86%。在不同轉(zhuǎn)速范圍內(nèi),納米TiN作為潤(rùn)滑油添加劑.使發(fā)動(dòng)機(jī)的平均油耗率降低了7.2%。

圖8所示為在轉(zhuǎn)速為1500 r/min、轉(zhuǎn)矩為80 N·m時(shí)，試驗(yàn)周期90 min下油耗率隨時(shí)間的變化曲線。由圖8可知,使用納米TiN潤(rùn)滑油添加劑,從開始到45 min發(fā)動(dòng)機(jī)的平均油耗率比使用基礎(chǔ)油時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)油耗率低6.81%，從45～90 min發(fā)動(dòng)機(jī)的平均油耗率比使用基礎(chǔ)油時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)油耗率低7.0%,而且試驗(yàn)過程中油耗率隨著時(shí)間變化的穩(wěn)定性提高。

圖8　油耗率隨時(shí)間變化曲線

對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)降低油耗率來說:一方面,因?yàn)榧{米TiN添加劑在潤(rùn)滑油里能夠減小摩擦因數(shù),減小摩擦功,提高發(fā)動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩,顯著降低了油耗率;另一方面,添加劑在潤(rùn)滑油里逐漸形成修復(fù)層的活塞環(huán)密封面處,恰當(dāng)比例的混合氣進(jìn)入曲軸箱的量減少可以顯著提高汽缸壓力。汽缸壓力是影響油耗的主要因素，汽缸缸壓越大,混合氣的燃燒速度就越快，被冷卻水及廢氣帶走的損失就越少，發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性就越好。

試驗(yàn)結(jié)果表明:在不同轉(zhuǎn)速下,考察試驗(yàn)周期分別為30 min和90 min時(shí)的平均油耗率,含0.5%納米TiN潤(rùn)滑油添加劑提高了潤(rùn)滑油質(zhì)量,顯著降低了發(fā)動(dòng)機(jī)的油耗率，改善了發(fā)動(dòng)機(jī)性能,節(jié)約了能源。

3　結(jié)論

(1)當(dāng)添加量處于0.25%～1%范圍內(nèi)時(shí),在相同工況條件下,含量為0.5%的納米TiN潤(rùn)滑油添加劑對(duì)GCr15摩擦副具有最佳的抗磨減摩和自修復(fù)性能。

(2)在發(fā)動(dòng)機(jī)上的試驗(yàn)結(jié)果表明:與基礎(chǔ)油相比,含量為0.5%的納米TiN添加劑能顯著提高潤(rùn)滑油質(zhì)量,含納米TiN添加劑的潤(rùn)滑油溫度顯著降低,減小了發(fā)動(dòng)機(jī)的摩擦功,提高了平均功率和轉(zhuǎn)矩以及顯著降低了平均耗油率，從而達(dá)到延長(zhǎng)維修周期、使用壽命和節(jié)約能源的目的。

[1]NASA Turns to Universities for Reseach in Space Age Materials[DB/OL].News from Princeton Jul-sep,2002.(http://www.Princetion.edu/pr/news/02/q3/0920-nasa.htm).

[2]Zako M,Takano N,Fujioka H.Intelligentm Aterials System Using Epoxy Particles for Self-repair[C]//Proceedings of the Eighth Japan-US.Conference on Composite Materials.Baltimore,1998:841-849.

[3]梁秀娟.外電場(chǎng)輔助沉淀法合成納米氧化鋅顆粒及其應(yīng)用于潤(rùn)滑劑的研究[D].廣州:華南理工大學(xué),2013.

[4]Zhao Yanbao, Zhang Zhijun, Dang Hongxin. Fabrication and Tribolobical Properties of Pb Nanoparticles[J].Journal of Nanoparticle Research, 2004,156(6): 47-51.

[5]Hu Z S, Lai R, Lou F, et al. Preparation and Tribological Properties of Nanometer Magnesium Borate as Lubricating Oil Additive [J]. Wear, 2002, 252(3): 370-374.

[6]Yu Helong, Xu Yi, Shi Peijing, et al. Tribological Properties and Lubricating Mechanism of Cu Nanoparticles in Lubricant[J].Trans. Nonferrous Met. Soc. China,2008, 18 (2): 636-641.

[7]王曉麗，徐濱士，史佩京. 裝備自修復(fù)納米添加劑的制備與應(yīng)用研究[J].哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2006, 38(1): 243-246.

Wang XiaoLi,Xu Binshi,Shi Peijing,et al.Study onPreparation and Application of Equipments Using Self-repair Nanometer Additive[J].Journal of Harbin Institute of Technology, 2006, 38(1): 243-246.

[8]史佩京,許一,劉謙,等.納米復(fù)合自修復(fù)添加劑的制備及其在發(fā)動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用[J].中國表面工程,2004,65(2):37-39.

Shi Peijing,Xu Yi,Liu Qian,et al.Preparation of Nanoparticles Self-repairing Additive and Its Application in Engines[J].China Surface Engineering,2004,65(2):37-39.

[9]屈原.納米流體改善內(nèi)燃機(jī)潤(rùn)滑摩擦性能的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)[D].大連:大連理工大學(xué),2013.

[10]張曉明,豐平,賀躍輝,等.添加量對(duì)Ti(C,N)基金屬陶瓷組織和性能的影響[J].硬質(zhì)合金,2009,26(1):48-54.Zhang Xiaoming,Feng Ping,He Yuehui,et al.Effect of Carbon Content on the Microstructure and Mechanical Properties of Ti(C,N)-based Cermets[J]. Cemented Carbide,2009,26(1):48-54.

[11]關(guān)世瑛.TiN薄膜厚度對(duì)耐磨性影響的研究[J].哈爾濱理工大學(xué)學(xué)報(bào),2003,8(3):114-116.

Guan ShiYing.Effects of the Thickness of TiN Films on Wear Resistance[J].Journal Harbin Univ. Sci. & Tech.,2003,8(3):114-116.

[12]李超，杜建華，韓文政. 聚乙二醇對(duì)納米SiO2水懸浮液分散穩(wěn)定性的影響[J]. 裝甲兵工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2007，6(3) 74-77.

Li Chao, Du Jianhua, Han Wenzheng. Effects of Polyethylene Glycol on Stability of Nano Silica in Aqueous Suspension[J].Journal of Academy of Armored Force Engineering, 2007，6(3):74-77.

[13]Wu Y Y, Tsui W C, Liu T C. Experimental Analysis of Tribological Properties of Lubrica TiN Oils with Nano Particle Additives[J].Wear,2007,262(7):819-825.

[14]Chinas-Castillo F,Spikes H A.Mechanism of Action of Colloidal Solid Dispersions[J].Journal of Tribology,2003,125(3):552-557.

[15]Rapoport L,Leshchinsky V,Lvovsky M,et al.Mechanism of Friction of Fullerenes[J].Industrial Lubrication and Tribology,2002,54(4):171-176.

[16]王東愛,劉美華,張書達(dá),等.表面修飾的納米金剛石微粒在潤(rùn)滑油中的抗磨減摩性[J].潤(rùn)滑與密封,2009,4(7):58-61.

Wang Dongai,Liu Meihua,Zhang Shuda,et al.Research on Wear Mechanism for Modified Nano-diamond Powder as Additives in Lubricating Oils[J].Lubrication Engineering,2009,4(7):58-61.

(編輯陳勇)

Influence of Nano TiN on Lubricating Oil’s Performance and Its Application to Diesel Engine

Nguyen Dinhcuong Liu JihuaXie XiandongLiu Qiyue

Southwest Jiaotong University,Chengdu,610031

Research on effect of TiN nano additive on lubricity using MRS-10 A Computer Controlled Hydraulic Four-ball Friction Tester MRS-10A in condition the content of the nano additive in the range from 0.25%～1%.In addition,take advantage of Grinding Spot Measurement System,Laser Scanning Confocal Microscope OLS1100 and EDS Measurement Instruments to analyze its frictional wear behavior and self-repair characteristic.Surveys 0.5% TiN performance improving lubricant on experimental Diesel engine with diferent speed,measuring the impact of additive lubricant in the engine characteristic outer curve.Experimental results show that:0.5% of TiN nano additive in lubricant have improved the lubricant quality significantly:anti-corrosion,self-repair,reduce heat by decreasing friction work,reducing lubricant temperature,improved operating characteristics,power and torque of the engine,reducing specific fuel costs,there by achieving the longevity of the engine and more energy-saving compared to the normal lubricant.

nano materials；self-repairing；additive；engine

2015-01-20

TH117.3DOI：10.3969/j.issn.1004-132X.2015.20.009

阮亭綱,男,1980年生。西南交通大學(xué)摩擦學(xué)研究所博士研究生。主要研究方向?yàn)榧{米添加劑的自修復(fù)性。劉吉華,男,1988年生。西南交通大學(xué)摩擦學(xué)研究所博士研究生。謝先東,男,1990年生。西南交通大學(xué)摩擦學(xué)研究所碩士研究生。劉啟躍,男,1964年生。西南交通大學(xué)摩擦學(xué)研究所教授、博士研究生導(dǎo)師。