Page 105 - 《摩擦学学报》2021年第5期

694 摩 擦 学 学 报 第 41 卷

2.0 20
(a) (b)
[EMIm]BF4-GA
16
1.5
Absorbancy 1.0 Intensity/% 12 8

GA
0.5 None
4 Nano-particles
SDBS
PEG600
0.0 0
0 2 4 6 0 400 800 1 200 1 600
Time/d Particle diameter/nm

Fig. 5 Absorbance and particle size of nanofluid: (a) Absorbance changes of different mixed dispersants with standing time;
(b) Particle size distribution in composite nanofluid
图 5 纳米流体吸光度和粒度测试：(a)不同混合分散剂随静置时间的吸光度变化；(b)复合纳米流体中的粒径分布

响 [20-21] . 故选择[EMIm]BF -GA作为最佳的混合分散 100 θ=82.46°
4
剂. 而以[EMIm]BF -GA为混合分散剂所制备的复合 90
4
纳米流体其颗粒的粒径分布如图5(b)所示. 纳米颗粒
的大小呈近似正态分布，且主要分布在200~800 nm的 80
区间内，平均粒径为382.72 nm. 参照纳米颗粒的原始 Contact angle/(°) 70 23.55%
尺寸参数，可说明在复合纳米流体中纳米颗粒并非单
60 θ=63.04°
独分散，而是通过[EMIm]BF -GA包裹MWCNTs和MoS 2
4
形成叠层结构，由此产生了纳米颗粒簇. 50

Deionized MWCNTs MoS 2 1:1 1:2 2:1
2.1.3 复合纳米流体的润湿性能 water singleness singleness
Fluid types
纳米流体在固体表面的润湿性能通常通过接触
Fig. 6 Contact angle of composite nanofluids with different
角表征，用以说明其在固体表面的铺展成膜能力. 为
ratios of MWCNTs/MoS 2
探究复合纳米流体中MWCNTs和MoS 纳米颗粒的配 图 6 不同MWCNTs和MoS 2 比例的复合纳米
2
比对接触角的影响，采用接触角测量仪(SL200KS，科 流体接触角测试结果
诺，美国)进行测试. 固体基底材料为GCr15，使用微量
进样器取5 μL纳米流体滴至样品表面. 五点采样并取 米流体其摩擦系数有所降低. 而复合纳米流体进一步
均值作为测量结果. 如图6所示，所有样品表面均表现 改善了摩擦性能，尤其是当MWCNTs和MoS 的质量
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出亲水性(接触角均小于90°)，但所制备的纳米流体其 比为1:2时，平均摩擦系数为0.073，相比去离子水降低
接触角相对去离子水有所减小，因此铺展能力更好， 了61.98%，相比单体纳米流体降低了19.78%~29.13%.
这有利于在摩擦中迅速成膜. 尤其是当复合纳米流体 这说明[EMIm]BF -GA包裹着的纳米颗粒形成叠层结
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中MWCNTs和MoS 的质量比为1:2时，润湿性能最 构有效渗透至摩擦副内，MWCNTs起到“类轴承”的
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佳，接触角数值相比于去离子水降低了23.55%，相比 作用，将面面接触的滑动摩擦转换为滚动摩擦，配合
单一组元纳米流体降低了12.12%~20.13%，因此其在 具有低剪切层的MoS 协同实现高效减摩抗磨. 另一方
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试样表面的铺展面积最大. 这有益于其在摩擦过程中 面，得益于[EMIm]BF 的低剪切、高温稳定和低挥发
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更好地渗透至摩擦接触区域之中，有效地发挥其抗磨 特性，试验过程中去离子水因摩擦产热而蒸发，但
减摩作用. [EMIm]BF 仍可作为液相润滑介质参与润滑. 然而，
4

2.2 复合纳米流体摩擦学性能 当MWCNTs占比过高时，由于其本身的硬度较高且长

2.2.1 摩擦系数 径比大，在摩擦过程中可能会破坏所形成的润滑薄
表3展示了纳米流体平均摩擦系数分布. 其中，以 膜，进而导致摩擦系数增加 ，并且随着去离子水蒸
[22]
去离子水作为润滑介质的样品表面摩擦系数最大，稳 发，液体相减少，MWCNTs逐渐堆积而导致类轴承作
定摩擦磨损阶段的平均摩擦系数高达0.192. 以去离子 用降低. 综上所述，MWCNTs和MoS 的质量比为1:2时
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水为基液，添加MWCNTs或MoS 制备单一组元的纳 复合纳米流体减摩效果最佳，磨合时间短且摩擦平稳.
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