Page 29 - 《摩擦学学报》2020年第3期

第 3 期 关集俱, 等: MWCNTs复合物纳米流体的摩擦学性能 295

0.16 0.9
Acidified MWCNTs Acidified MWCNTs
0.14
Composite 0.8 Composite
0.12
0.7
0.10
Coefficient 0.08 WSD/mm 0.6
0.5
0.06
0.4
0.04
0.02 0.3
0.00 0.2
2 4 6 8 10 12 2 4 6 8 10 12
Acidification time/h Acidification time/h
(a) Effect of acidification time on coefficient (b) Effect of acidification time on WSD

Fig. 7 The effect of acidification time on the coefficient and WSD of the nanofluids
图 7 酸化处理时间对纳米流体摩擦系数和磨斑直径影响

20 μm 20 μm 20 μm

(a) OA (b) Acidified MWCNTs (c) Composite

Fig. 8 SEM morphology of the worn surface under different nanofluids
图 8 不同纳米流体作用下磨损表面形貌的SEM照片

表面相比，油酸乳化液作用下磨损面上C和O的相对 面上可能发生式(6)和(7)的摩擦化学反应，形成化学
含量分别提高了23.4%和25.7%，这充分证明了油酸中 吸附膜. 总之，摩擦过程中MWCNTs的沉积、吸附导致
的羧基在摩擦界面上的化学吸附. 阴离子作用机理 C元素相对含量的显著提升，这也进一步增强了复合
(NIRAM)可以用来解释油酸的化学吸附过程：摩擦 物的减摩效果.
时，GCr15钢表面释放低能电子，并在表面微凸体处形 [R−CH 2 −] +M → R−CH 2 −M (6)
−
⊕
成带正电的活性中心，外逸电子与靠近摩擦面的羧酸
[R−CH 2 −O] +M → R−CH 2 −OM (7)
⊕
−
分子形成阴离子和自由基，阴离子吸附在活性中心上
复合物纳米流体起润滑作用时，磨损面上的
形成羧酸皂R-COOM [26-28] . 该过程可用式(4)和(5)来表示.
C1s和O1s能谱中也有新的峰形出现，能谱中表征
R−COOH+e → R−COO +H ⊙ (4)
−
C=O/C−O的小峰形要较MWCNTs纳米流体作用时的
−
⊕
R−COO +M → R−COOM (5) 强，但较油酸乳化液作用时的弱，表明复合物所形成
对MWCNTs纳米流体作用下磨损表面上碳和氧 的润滑层主要表现出MWCNTs作用时的特征，但也具
的能谱进行分峰处理，得到的拟合峰值284.6、286.1和 有油酸乳化液作用时的特点. 表1中，复合物纳米流体
288.5 eV左 右 的 峰 形 应 分 别 归 属 于 C−C、 C−O和 润滑条件下磨损面上C含量得到进一步提升，Fe的相
C=O中的碳种类，而拟合峰值529.8和532.6 eV应分别 对含量最低，O的含量介于油酸和MWCNTs单独作用
归属于C=O和C−O中的氧种类. 与GCr15钢表面相比， 结果之间. 上述分析证明复合物作用时磨损面上形成
MWCNTs纳米流体润滑作用下磨损面上C和O的相对 了更充分的润滑层，且润滑层的成分和性质介于油酸
含量分别提高了64.3%和14.9%. 摩擦过程中，MWCNTs 和MWCNTs单独作用时所形成的润滑层之间.
主要起“微轴承”的作用，但有部分MWCNTs在摩擦 结合摩擦化学的基本理论，本文中给出了一种复
剪切作用下发生破裂，所形成的分子片段会在摩擦界 合物作用于摩擦界面时所形成的润滑层的模型，如图10