Page 24 - 《摩擦学学报》2020年第3期

290 摩 擦 学 学 报 第 40 卷

enabling the MWCNTs to play a role of "micro-bearing" on the formed lubrication film, thus the better tribological
properties of the composite were achieved.
Key words: multi-walled carbon nanotube; composite; nanofluid; friction; lubrication mechanism

切削加工过程中，切削液的作用是改善刀具-切 擦性能的研究. 本文中选用油酸作为被填充剂制备复
屑、刀具-工件间接触区域的摩擦接触状况，从而提高 合物，并利用复合物制备纳米流体，研究了复合物的
[1]
工件加工表面质量、降低刀具的磨损 . 因此，切削液 浓度、MWCNTs的酸处理时间和摩擦测试条件等对纳
的润滑性能对加工表面质量具有显著的影响. 传统的 米流体摩擦学性能的影响，并试图揭示摩擦过程中润
切削液由于成分、配方等方面的局限，在润滑、传热和 滑剂的释放与润滑机理. 本文研究结果将为纳米流体
渗透等方面性能的提升空间有限. 为了适应高效、绿 在切削中的应用提供理论基础，并对复合物在其他摩
色切削加工技术的发展，人们开始探索利用纳米粒子
擦与润滑领域的应用提供参考.
制备纳米流体，并运用于切削加工. 纳米流体的概念
[2]
最初由Choi等提出 ，是指将纳米粉体分散到水、油等 1 试验部分
传统介质中，制备出的均匀、稳定的分散液. 纳米粒子
1.1 试验材料及纳米流体制备
导热性好，且具有较好的润滑性，因此能够较好地改
(1) MWCNTs的酸化处理. 多壁碳纳米管(质量分
善纳米流体切削液的导热性能和润滑性能. 常用于制
数>95%、内径20~50 nm)购自上海阿拉丁试剂公司，
备纳米流体切削液的纳米粒子有MoS 、SiO 和TiO 等 所购MWCNTs长径比较大，需先对MWCNTs进行酸
2
2
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固体润滑剂以及各种碳纳米微粒(MWCNTs、石墨烯
化截短处理，以利于填充. 酸化处理时，先将20 g
和C60等) [3-5] .
MWCNTs投入800 ml的酸处理液中，酸处理液由浓硝
MWCNTs是由多层石墨片绕旋转中心卷曲而成
酸、浓硫酸和双氧水组成，三者体积比3∶1∶1，混合后
的纳米管，作为一种润滑添加剂时，MWCNTs可以显
再用水1∶1稀释；再将上述混合物在80 ℃下加热回流
著改善润滑介质的摩擦学性能 [6-7] . 在合适条件下，还
2~12 h，同时施加磁力搅拌，转速为500 r/min；搅拌完
可将其他物质导入MWCNTs的空腔中，使其传导性
成后，将混合物进行真空抽滤，所得滤饼在80 ℃下烘
能、电性能、磁性能和摩擦学性能等发生变化 [8-9] . 本课题
干后球磨6 h，得到酸处理MWCNTs.
组提出：将各种润滑剂填充到MWCNTs内制备MWCNTs
(2) 复合物的制备与表征. 油酸由天津恒兴化学
复合物(简称复合物)，再以复合物为添加剂制备纳米
试剂制造有限公司提供. 制备时，先利用200 ml无水乙
流体切削液，这一方面可以改善切削液的传热和润湿
醇溶解10 g 油酸，再投入20 g的酸处理MWCNTs；将
性能，另一方面，切削过程中复合物可将其中的润滑
混合物装入球形瓶中抽真空至-0.06 MPa，同时在60 ℃
剂释放到切削区域，起到更好的润滑作用. 一种切削
水浴温度下超声6 h；超声结束后将混合物进行真空抽
区域润滑作用的模型如图1所示.
滤，用无水乙醇反复清洗滤饼，以去除尚未被填充的
Nanofluids
油酸，再将所得滤饼在80 ℃下烘干后球磨8 h，即可制
得复合物. 采用Nicolet 6700红外光谱仪(FTIR)分析复
合物的红外光谱特征，KBr压片；采用FEI TECNAI
Composite Tool G20透射电子显微镜(TEM)观察样品的微观结构，测
试时加速电压200 kV；采用TG 6300型综合热分析仪
测定复合物的热失重曲线，温升范围为100~800 ℃，
升温速率为20 ℃/min.
(3) 纳米流体制备. 制备纳米流体时，需采用表面
Workpiece
Released additive
活性剂作为分散剂，本文中优选非离子表面活性剂吐

Fig. 1 Model for the lubrication mechanism of the nanofluid 温-80和阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠的混合
in cutting area
物(质量比7∶3)作为复配型表面分散剂. 为了排除其他
图 1 聚合物纳米流体在切削区域的润滑作用模型
添加剂对摩擦测试的影响，本文中简化纳米流体配方
目前，对MWCNTs及其化学修饰物的摩擦学性能 为表面活性剂+复合物或酸处理MWCNTs. 首先配制
研究较多 [10-14] ，但尚无对这种内部填充型复合物的摩 复配表面活性剂的质量分数为0.5%的基础液，再称取