Page 101 - 《摩擦学学报》2020年第4期

第 4 期 尹艳丽, 等: 蛇纹石矿物作为润滑油添加剂对锡青铜摩擦学行为的影响 511

条件下铜合金的摩擦学问题成为近年来的研究热点. 析以及纳米力学性能测试的基础上，探讨了蛇纹石添
研究表明，含P、S和Cl等元素的传统抗磨添加剂易引 加剂对铜合金的减摩润滑机理.
起铜合金的腐蚀，加速其在苛刻工况下的磨损分层，
1 试验部分
并对环境产生不利影响 [6-7] . 近年来，离子液体作为铜
合金的润滑剂及添加剂表现出了良好的减摩抗磨性 1.1 试验材料
能，但由于多数离子液体发生水解反应形成的酸性物 试验用蛇纹石粉体为天然矿物经提纯粉碎细化
质对铜合金的腐蚀，限制了其广泛应用 [8-11] . 最近， 后的市售产品，由江苏龙腾化工有限公司提供，其主
[12]
Zhai等 研究了钢-铜摩擦副在含纳米金刚石润滑油 要化学成分列于表1中，晶体化学式为Mg 5.70 Al 0.13 Fe 0.02
作用下的微动磨损行为. 结果表明，由于磨损诱发表 Ca 0.06 K 0.04 Mn 0.03 [Si 4.05 O ](OH) 8 [20] . 以质量分数5%的
10
面孪晶以及摩擦反应膜的生成，铜合金的磨损体积较 油酸为改性剂，等摩尔数二环已基碳二亚胺(DCC)及
空白油样润滑下相比降低了1个数量级，摩擦力矩下
20%摩尔分数的4-二甲氨基吡啶(DMAP)为改性助剂，
降了1/3，相关研究为改善油润滑条件下铜合金的摩擦
甲苯为球磨介质，利用行星球磨机对蛇纹石粉体进行
学性能提供了新的思路.
机械化学湿法表面改性. 所用球磨罐体及研磨球均为
蛇纹石是一类以镁铝硅酸盐为主要成分的天然
玛瑙材质，转速为250 r/min，球料比为30:1，时间为3 h.
矿物，因其具有独特的层状结构和解理释氧特性，可
球磨结束后，经离心、洗涤、过滤、烘干和研磨后得到
在摩擦表面形成高硬度的氧化物反应膜，显著改善铁
表面改性的蛇纹石粉体. 图1为改性后蛇纹石粉体的
基材料的摩擦学性能，而引起广泛关注 [13-16] . 由于储量
TEM形貌和XRD谱图. 可以看出，改性后蛇纹石粉体
丰富，细化和提纯工艺简单，以及环境友好性突出，蛇
呈颗粒状，粒度为80~300 nm，XRD谱图中仅在2θ=
纹石等天然矿物润滑材料有望成为传统润滑添加剂
12.1°、24.5°和35.6°处具有蛇纹石特征峰，表明粉体纯
的替代品. 然而，当前关于蛇纹石等层状硅酸盐矿物
度较高.
作为添加剂的研究主要集中在油脂润滑下铁基材料

的摩擦学行为及润滑机理方面，关于该类添加剂改善
表 1 试验用蛇纹石矿物的化学组成
铜合金摩擦磨损的研究未见报道 [17-19] . 鉴于此，本文作 Table 1 The chemical composition of serpentine minerals
者借助SRV滑动磨损试验机研究了不同载荷和往复 used in the test (w/%)
频率下蛇纹石矿物粉体作为添加剂对油润滑条件下 Oxide SiO 2 MgO Al 2 O 3 FeO CaO K 2 O MnO H 2 O
锡青铜摩擦学性能的影响，在摩擦表面形貌、成分分 Content 44.57 41.10 0.20 0.62 0.13 0.60 0.07 12.71

2 000
1 500
(001)
Intensity/a.u. 1 000 (002) (16.0.1)

500

0
10 15 20 25 30 35 40
500 nm
2θ/(°)
(a) TEM micrograph (b) XRD pattern
Fig. 1 TEM micrograph and XRD pattern of the surface-modified serpentine powders
图 1 改性后蛇纹石粉体的TEM形貌和XRD图谱

选用壳牌(中国)有限公司产CD 5W/40润滑油作 12 h)，制备获得蛇纹石质量分数为0.5%的待测油样和

为基础油，采用行星球磨机对表面改性蛇纹石粉体、 油酸质量分数为5%的对比油样. 常温常压自然放置测
油酸和CD 5W/40进行长时球磨(转速250 r/min，时间 试表明，分散后含蛇纹石油样的稳定悬浮时间可达