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热挤压润滑油用纳米润滑添加剂润滑性能的研究

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 挤、热挤常用润滑剂,对精密挤压件;采用石墨与油混合的优质胶状石墨,有利于获得高质量的表面,但是石墨容易沉积在坯料表面,需要进一步进行后处理,去除石墨斑痕11;因此,热挤压现行的润滑方法制约了挤压成型的生产。随着纳米粒子作为润滑油添加剂的摩擦学性能研究的深入12-6;使其作为挤压润滑油添加剂成为可能。
本文作者采用化学沉淀法制备纳米Fe3O4粒子和纳米CuO粒子,分别测试添加纳米Fe3O4粒子和纳米CuO粒子润滑油的极压值大小和工件的热挤压变加剂对热挤压润滑油润滑性能的影响。
1试验部分本试验中,采用化学沉淀与表面修饰“一体化”
工艺直接制备表面经油酸修饰的纳米FesO4粒子和纳米CuO粒子,并采用超声波分散装置将其分散到汽缸油中,配制成体积分数分别为0.1%、0.2%、0.4%、0.8%、1. 10D四球摩擦磨损试验机上,测试添加纳米粒子润滑油的承载能力,并在CSS-2220型电子万能试验机上,分别在制备的热挤压润滑剂作用下对坯料在挤压模具上进行正向热挤压成形,将横截面积约为176.63mm2的LY12坯料在350°C温度下热挤压变形至横截面积约为99.挤压时的变形量约为43.7%.挤压完成后,用有机溶剂对挤压件进行超声波清洗,并在JSM-5600LV型扫描电镜(SEM)上对热挤压件的表面形貌进行观察。
2试验结果与分析2.1纳米Fe3O4粒子和纳米CuO粒子的形貌采用化学沉淀法制备的纳米Fe,O4粒子和纳米CuO粒子在透射电镜(TEM)下的形貌如和所示,可见,所制备的纳米Fe,O4粒子和纳米CuO粒子均呈球形,经计算其平均粒径分别为10和20nm左右,并具有很好的分散性。
2.2纳米添加剂的含量对润滑油极压值值)的影响Pb值体现了润滑油承载能力的大小,它是保持润滑油膜不破裂的最大承载载荷。对分别添加不同体积分数的纳米Fe34粒子和纳米CuO粒子润滑油进行Pb值的测定,测得Pb值随粒子体积分数的变化曲线如所示。
值随纳米粒子体积分数的变化曲线试验结果表明,对于所研究的2种纳米粒子,均表现出相同的变化规律,即随纳米粒子体积分数的增加,Pe值逐渐增大;但是,当添加量达到某一值时,Pe值将保持不变,即2种粒子添加量均有一饱和值,达到该饱和值后,润滑油的最大无卡咬载荷不再随粒子添加量的增加而增大。与基础油相比,添加纳米Fe34粒子润滑油的A值最大提高了28.6%,添力口纳米CuO粒子润滑油的pB值最大提高了11.6%.分析认为:添加纳米Fes4粒子和纳米CU)粒子润滑油最大Pb值的不同是由2种纳米材料的硬度不同所致,CuO和FeA莫氏硬度依次为3~ 4和5~7纳米粒子硬度越高,隔离粗糙峰的能力越强,则油膜承载能力增强,因此具有较高硬度的纳米Fe34粒子作为润滑油添加剂提高Pb值的能力优于硬度低的纳米CU)粒子。
2.3纳米添加剂对挤压过程的影响给出了纳米FesO4粒子和纳米CuO粒子作热挤压润滑油添加剂时,挤压变形功随添加纳米粒子体积分数变化的曲线。可见,随着纳米FesO4粒子和纳iSfnfuO!子的加入挤压变形功均表现为随粒子体积分数的增大先降低后增加,当体积分数为8%时,2种纳米粒子改性润滑油的热挤压变形功均最小,分别是356.5和366J与不添加纳米粒子的基础油相比,挤压功分别降低了11.5%和9.2%,即存在纳米粒子的最佳添加量,此时,降低挤压功的效果最佳。
3种润滑油润滑下的热挤压件表面SEM形貌Fig5SEMinagesofthesurface分析认为:纳米粒子的存在有效地隔离了挤压件与模具表面直接接触,从而降低了热挤压的挤压功。
一方面,随着纳米粒子体积分数的增加,隔离模具表面粗糙峰的能力逐渐增强,因此挤压功逐渐降低;另一方面,随着纳米粒子体积分数的增加,润滑油的粘度增大,当纳米粒子体积分数过大时,其随着变形金属流动的能力减小,在变形过程中由于不能及时、充分地填充至新生金属表面处,使得新生金属与模具间的摩擦力增加,造成挤压功反而增大,因此纳米粒子的体积分数存在一最佳值。
Fe34粒子的润滑油和添加CuO粒子的润滑油润滑下的热挤压件表面SEM形貌,可见,与基础油润滑时的挤压件表面相比,添加纳米Fe;4粒子和纳米CuO粒子润滑油润滑时的挤压件表面的犁沟数量明显减少,说明纳米Fe3O4粒子和纳米CuO粒子在挤压过程中起到了隔离模具表面粗糙峰的作用,使得其对坯料表面的犁削作用减弱,造成挤压件表面的犁沟数量明显减少,因而降低了挤压变形功。
3结论润滑油中添加纳米Fe3O4粒子和纳米CuO粒子可明显提高润滑油的承载能力。
纳米Fe5O4粒子和纳米CuO粒子作为热挤压润滑油添加剂均可以降低热挤压变形功,且纳米粒子的添加量有一最佳值。分析认为,纳米FegO粒子和CuO粒子在挤压过程中能及时地添补到挤压件新生的表面处,并能有效隔离挤压件与模具表面直接接触,减少了挤压件表面犁沟的数量,使得热挤压变形功降低。

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