等离子体辅助球磨对Al+C_4H_4N_4合成超细AlN的影响机制

对铝(Al)和二氨基马来腈(C_4H_4N_4)的混合物分别进行等离子体辅助球磨和普通球磨,研究等离子体辅助球磨活化对合成AlN的作用机制。结果表明:相对于普通球磨,等离子体辅助球磨更有利于Al粉的晶粒细化和晶格畸变,并有利于形成Al-C_4H_4N_4纳米级的复合结构。辅助球磨中的等离子体促进C_4H_4N_4的脱胺,使C_4H_4N_4分解出更多的游离含N基团,加速与活化的Al合成AlN,辅助球磨14 h后AlN的转化率达到91%,远高于普通球磨合成AlN的产率83%。等离子体辅助球磨8 h的Al+C_4H_4N_4前驱体发生氮化反应的激活能为353.46 kJ/mol,在Ar中于800℃保温1 h可以通过固-固反应机制全部转化为超细AlN,而普通球磨8 h的前驱体反应激活能高达441.21 kJ/mol,Al需熔化后才能进行氮化反应,导致部分C_4H_4N_4先行受热分解蒸发,AlN产率仅为86%。辅助球磨促进AlN合成的主要原因是等离子体放电的高频脉冲轰击和瞬态"电火花"对粉体产生协同球磨作用。

等离子体辅助球磨活化Al2O3合成AlN

利用介质阻挡放电等离子体辅助球磨和普通球磨分别对Al2O3粉末进行活化,研究等离子体辅助球磨活化Al2O3合成Al N的碳热还原反应机制。结果表明:等离子体辅助球磨40 h的Al2O3粉末,在N2气氛中于1400℃下保温4 h可以完成碳热还原反应,全部转化为Al N。经等离子体辅助球磨后,Al2O3的碳热还原反应符合气相反应机制,等离子体辅助球磨活化大大降低Al2O3的后续反应温度,辅助球磨40 h后的Al2O3合成Al N的反应激活能下降到371.5 k J/mol。等离子体的协同效应促使辅助球磨中Al2O3晶体产生更严重的晶格畸变,这是激活Al2O3并促进碳热还原反应的一个重要因素。

等离子体辅助球磨制备表面修饰纳米TiO_2的摩擦学性能分析

以季铵盐和月桂酸钠为过程处理剂,利用等离子体辅助球磨制备表面修饰纳米TiO_2粉体,并测试其摩擦学性能.结果表明:在等离子体的热爆效应及脉冲电子轰击效应的协同作用下,辅助球磨11 h制备的表面修饰纳米TiO_2粉体粒径在20 nm左右,晶型发生由锐钛矿型向金红石型的转变.等离子体辅助球磨使得纳米TiO_2获得了良好的亲油疏水表面特性,在40CA船用润滑油中表现出稳定的分散性.由于纳米TiO_2粉体的"微轴承"作用,复合润滑油的摩擦系数降低,摩擦副的磨损失重量减少.纳米TiO_2粉体在摩擦过程中容易吸附沉积在摩擦副表面并修补磨痕,使得复合润滑油具备良好的减摩及自修复性能.

等离子体辅助球磨活化对Al_2O_3+C合成AlN固-固反应的影响机制

利用介质阻挡放电等离子体辅助球磨和普通球磨分别对Al_2O_3+C混合物料进行活化,研究等离子体辅助球磨活化后Al_2O_3+C合成AlN的碳热还原反应机制。结果表明,等离子体辅助球磨30h的Al_2O_3+C,在N2气氛中1 400℃下保温4h,Al_2O_3即可全部转化为AlN,Al_2O_3+C的碳热还原反应符合固-固反应机制。相对于球磨活化单一的Al_2O_3粉末,等离子体辅助球磨Al_2O_3+C混合粉末可以缩短10h的球磨活化时间,这主要是由于在等离子体与球磨的协同作用下,有利于Al_2O_3与C形成适于固-固反应的均匀互溶的精细复合结构,使得反应扩散通道增加,平均扩散路径缩短,这在动力学方面大大促进了Al_2O_3+C的碳热还原反应,并促使反应按照固-固机制进行。

介质阻挡放电等离子体辅助球磨对纳米TiO2粉体的表面改性

为了改善纳米TiO2粉体在润滑油中的分散稳定性,分别以硬脂酸、油酸、季铵盐+月桂酸钠作为表面修饰剂,通过介质阻挡放电等离子体辅助球磨11 h后制备了表面改性的纳米TiO2粉体。采用SEM、FT-IR、XPS、XRD、TG-DSC、亲油化度等对样品进行分析。结果表明:经球磨制备的TiO2粉体粒径在50~200 nm之间,相比原始颗粒晶粒尺寸减小了12%~68%,晶格畸变显著增加;修饰剂中的亲油基团-CH2和-CH3原位修饰在TiO2表面,有机物中的羧酸根和TiO2表面的羟基发生化学反应形成了稳定的共价化学键,使纳米TiO2粉体的亲油化度值明显提高,极大改善了纳米TiO2在润滑油中的分散稳定性。在等离子体辅助球磨过程中,等离子体的快速加热效应是促进TiO2粉体细化、提高粉体活性并影响其表面改性的主要原因之一。

等离子体辅助球磨制备表面修饰片状纳米Cu粉及摩擦学性能

以硬脂酸为过程处理剂,采用等离子体辅助球磨制备表面修饰片状纳米Cu粉,并测试其摩擦学性能。结果表明:在等离子体的快速加热及电致塑性效应协同作用下,Cu粉呈现出超塑性而发生剧烈形变,辅助球磨5h制备的片状纳米Cu粉一次颗粒厚度在20nm左右。等离子体辅助球磨使片状纳米Cu粉体表面吸附并化学键合了非极性基团,Cu粉获得亲油疏水表面特性,在40CA船用润滑油中具有良好的分散性。片状纳米Cu粉严重的变形使其具有极高的活性,在摩擦过程中容易吸附铺展在摩擦副表面,使复合油有更好的抗磨性能。在高载荷、高转速工况下,片状纳米Cu粉显示出良好的减摩自修复效果,有效提高了润滑油的极压抗磨性能。

磺酸钙/油酸改性碳基二硫化钼的制备及在乳化油中的摩擦学性能

为了研究MoS_(2)/C复合粉体的改性及其对乳化油润滑性能的影响,以膨胀石墨和MoS_(2)为原料、油酸和高碱值磺酸钙为修饰剂,通过等离子体辅助球磨原位完成粉体的制备及改性,利用扫描电镜、透射电镜、拉曼光谱及红外光谱仪对粉体进行表征。结果表明:等离子体辅助球磨20 h后,在等离子体的热爆协同作用下,膨胀石墨被不断剪切剥离形成了近石墨烯片层结构,部分MoS_(2)被细化为20 nm左右的鳞片状,部分MoS_(2)由于热爆飞溅到石墨层上并冷凝形成石墨烯包覆的球状结构,这些MoS_(2)微粒均匀附着在碳基石墨片层上;同时,在辅助球磨过程中,油酸中的羧基与膨胀石墨和磺酸钙的羟基基团发生酯化反应,完成对粉体的表面改性,粉体具有较大的亲油化度值,并可抑制MoS_(2)/C的氧化。将制备的改性MoS_(2)/C添加在乳化油中进行摩擦学性能测试,发现改性后的MoS_(2)/C沉积吸附在表面磨痕上,同时在摩擦副表面生成一层硫酸/磺酸盐化学膜,有效抑制了水分对MoS_(2)/C减摩自修复性能的影响,使乳化油保持良好的润滑性能。

表面修饰硼酸钾作为船用气缸润滑油添加剂的高温摩擦学性能

以月桂酸钠和十六烷基三甲基溴化铵为复配型修饰剂,采用等离子体辅助球磨法制备表面修饰硼酸钾润滑添加剂,通过扫描电镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)及同步热分析仪(DSC-TG)对添加剂进行表征分析,研究其在低碱值船用气缸油中的高温摩擦学性能,并讨论其减摩自修复机制。结果表明:在等离子体热效应和钢球机械研磨的耦合作用下,等离子体辅助球磨10 h的硼酸钾粉体和修饰剂被微区熔融并快速细化,获得的一次颗粒平均粒径在100~300 nm之间。通过修饰剂中离子对的化学作用,硼酸钾粉体表面吸附并化学键合—CH_(2),—CH_(3)有机分子基团,实现粉体的亲油化改性,并保障在FEOCY 54低碱值船用气缸油中的分散性。在摩擦过程中,硼酸钾微粒在电荷作用下不断吸附沉积到摩擦表面,在金属接触区域形成滚动润滑及抗磨沉积膜,同时摩擦表面与硼酸钾粉体发生摩擦化学反应生成Fe_(2)O_(3),Fe_(3)O_(4),B_(2)O_(3)极具减摩抗磨作用的边界润滑膜,明显提高船用气缸油的高温摩擦学性能。

金属磨损自修复纳米颗粒的研究进展

纳米颗粒作为润滑油添加剂用于金属磨损自修复得到了广泛研究。文章概述了常用的纳米材料在自修复方面的试验研究情况,分析了纳米材料的自修复机理。针对目前制备纳米添加剂存在的一些关键问题,重点介绍了等离子体辅助球磨技术。通过选择与润滑油适配的表面修饰剂,等离子体辅助球磨可以实现微粒细化与表面改性的同步完成。由于等离子体辅助球磨制备的纳米颗粒具有大批量、高活性、分散性好的特点,该技术在船舶动力装置的维修与再制造领域将有广阔的应用前景。

纳米偏硼酸钙/还原石墨烯润滑添加剂的制备及摩擦学性能

为了研究表面改性纳米偏硼酸钙/还原石墨烯润滑添加剂的合成方法,以偏硼酸钙、还原石墨烯为原料,油酸为修饰剂,利用等离子体辅助球磨制备纳米偏硼酸钙/还原石墨烯复合粉体,并测试其摩擦学性能。采用扫描电镜、透射电镜、X射线衍射仪和红外光谱仪对纳米偏硼酸钙/还原石墨烯复合粉体进行形貌观察;采用形状测量激光显微镜、扫描电镜对摩擦副表面进行测试;采用MOAⅡ油液分析光谱仪对摩擦油样进行检测。结果表明:在钢球机械研磨和等离子体热效应的耦合作用下,等离子体辅助球磨10 h的偏硼酸钙与还原石墨烯继续球磨10 h后,被细化为10 nm左右的颗粒状,并均匀地负载于还原石墨烯上。等离子体快速加热使得偏硼酸钙粉体表面发生热爆,部分偏硼酸钙飞溅在还原石墨烯上,并随即被其包裹为球状复合结构。等离子体辅助球磨10 h为偏硼酸钙表面引入羧基基团,并在后续球磨中与还原石墨烯表面的羟基发生酯化反应,原位完成油酸对偏硼酸钙和还原石墨烯的表面改性,使得纳米偏硼酸钙/还原石墨烯复合粉体在5W-40型机油中具有良好的分散性。在摩擦过程中,比表面积大的还原石墨烯不断吸附在摩擦表面,同时被还原石墨烯包裹为球状的纳米偏硼酸钙粒子,使摩擦副表面产生多活动中心的滚动摩擦,从而有效改进复合油的减摩抗磨性能。