Page 106 - 《摩擦学学报》2021年第5期
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第 5 期 彭锐涛, 等: 水基MWCNTs/MoS 2 复合纳米流体的摩擦学性能研究 695
表 3 纳米流体平均摩擦系数分布
Table 3 Mean friction coefficient of nanofluids
Fluid types Deionized water MWCNTs MoS 2 Composite 1:1 Composite 1:2 Composite 2:1
Mean friction coefficient 0.192 0.103 0.091 0.079 0.073 0.084
2.2.2 体积磨损率 磨损范围减小，但被挤压堆积的磨痕边沿依旧出现了
为进一步说明纳米流体对摩擦测试结果的影响， 局部金属剥落现象，且钢球表面存在大量划痕和粘附.
根据公式(1)可算出样品表面的体积磨损率. 图7(a)所 复合纳米流体进一步改善了磨损情况，主要体现为磨
示为计算结果，通过添加单一种类纳米颗粒制备成的 痕变浅，磨痕边沿光滑，钢球表面无粘附. 然而，当
纳米流体其样品磨损量有所降低，但复合纳米流体可 MWCNTs过量时(MWCNTs和MoS 质量比为2：1)样
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进一步改善润滑环境，相对去离子水其体积磨损率下 品表面的磨痕内存在大量划痕，并出现轻微点蚀. 反
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降了52.58%~67.87%，最小为1.43×10 mm /(N·m). 这 观MWCNTs和MoS 的质量比为1:2时，样品表面磨痕
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是因为复合纳米流体中两种纳米颗粒协同作用于摩 深度最小，磨痕光滑且钢球磨损位置集中，因此为最
擦副之间并形成润滑膜，由此有效降低了钢球与基底 佳配比. 此外，上述分析进一步说明了复合纳米流体
的摩擦. 图7(b)清晰展示了复合纳米流体磨痕的二维 优异的减摩抗磨性能，这与摩擦系数、体积磨损率分
轮廓曲线. 与上述摩擦系数的分析相对应，以去离子 析相互印证.
水为润滑介质的表面磨痕深度最大，表面磨损最为严 2.3.2 磨痕XPS分析与复合纳米流体润滑机理
重. 而在复合纳米流体润滑条件下，磨痕深度明显降 为进一步揭示复合纳米流体的减摩抗磨机理，在
低. 由此说明[EMIm]BF -GA包裹的MoS 和MWCNTs 本研究中通过XPS确定了磨痕表面元素化学状态以及
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使基液的减摩抗磨能力增强，且MoS 与MWCNTs的 摩擦产物. 测试中取最佳配比(MWCNTs和MoS 质量
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配比方式对其减摩抗磨效果有一定的影响. 比为1:2)复合纳米流体润滑条件下的磨痕试样进行分
2.3 磨损分析与复合纳米流体润滑机理 析. 图9(a)中，Mo3d在229.48 eV处的吸收峰为MoS 特
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2.3.1 磨痕形貌 征峰，在232.68和235.88 eV处的吸收峰为MoO 特征
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图8为不同润滑条件下样品表面磨痕及对偶钢球 峰. 由此说明添加的MoS 以低剪切层状结构作为润滑
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的磨损形貌. 其中，去离子水在不添加任何增强物质 介质在基底成膜，并在摩擦过程中氧化而生成MoO .
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的情况下其试验样品表面磨损极其严重. 钢球和基底 图9(b)中，S2p在162.38 eV附近出现了同样为MoS 特
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摩擦脱落产生的磨屑变成硬质磨粒，在摩擦副中形成 征峰，并在168.58 eV处附近出现了明显的Fe (SO ) 的
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三体磨损，故钢球磨损剧烈，且基底表面磨痕中出现 吸收峰，这说明S2p参与摩擦而发生反应，故生成了氧
大量划痕和犁沟. 此外，磨痕周边还出现了不规则的 化物. 在图9(c)中，C1s在285.38、286.68和288.58 eV出
金属剥落现象. 相比之下，添加了单一种类纳米颗粒 现了明显的C-C键、C-O-C键和O-C=O键特征峰，这说
的纳米流体情况有所改善，基底表面磨痕变浅，钢球 明除基底材料自带的碳元素外，MWCNTs起到了“类
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(a) (b)
40
5 4 4.45 30 Deionized water
Volume abrasion rate/ [10 −5 mm 3 /(N·m)] 3 67.87% 2.94 2.47 1.77 2.11 Height/μm 20 1:2
1:1
2:1
1 2 1.43 10
0
0
0
Deionized MWCNTs singleness 1:1 1:2 2:1 −1 000 −500 Width/mm 500 1 000
singleness MoS 2
water
Fluid types
Fig. 7 Wear test and calculation results: (a) Volume wear rate; (b) Two-dimensional profile curve of wear
图 7 磨损量测试与计算结果：(a)体积磨损率；(b)复合纳米流体磨痕二维轮廓曲线
