金属多氮唑骨架材料(MAF--6)作为固体润滑剂的摩擦学性能研究

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摩擦和磨损是造成机械设备失效和能耗增加的主要因素,因此,探索性能优良的润滑剂始终是重要的研究课题。固体润滑剂可以有效地改善润滑油品的承载力、减摩和抗磨性能,满足润滑油品在高温、高转速、重载荷等苛刻工况下使用的需求。金属多氮唑骨架材料(Metal Azolate Frameworks,MAFs),具有较好热稳定性、化学稳定性和力学性能的多样性,可作为有潜力的固体润滑剂材料。
  前期研究发现,金属多氮唑骨架材料(MAF-6)作为锂基润滑脂固体润滑剂具有优异的润滑性能,为了更加全面认识MAF-6材料作为固体润滑剂的性能,进一步拓展其应用范围,本文以MAF-6材料作为植物油棉籽油、无水钙基润滑脂、聚丙烯润滑脂的固体润滑剂,采用SRV-V高频线性往复摩擦磨损试验机对MAF-6的固体润滑性能进行了研究,主要内容和结论如下:
  1、以MAF-6作为棉籽油固体润滑剂,MAF-6的适宜添加量为0.50wt.%,0.50wt.%MAF-6油样的最大运行载荷为500N,在500N-50Hz-30min的运行条件下,棉籽油和0.50wt.%MAF-6油样钢盘的体积磨损量(×10-4mm3)分别是33.05、21.45,对应的磨痕宽度和深度分别是0.76mm×9.82μm和0.69mm×6.34μm;与棉籽油相比,0.50wt.%MAF-6油样的抗磨性能受载荷、频率和温度变化影响较小,对棉籽油减摩性能基本没有改善。
  2、以MAF-6作为无水钙基脂的固体润滑剂,MAF-6的适宜添加量为5.00wt.%,基础脂和5.00wt%MAF-6脂最大运行载荷分别为400N、500N;在300N-50Hz-450min长时间运行条件下,基础脂和MAF-6脂的平均摩擦系数分别为0.14和0.13;基础脂和MAF-6脂钢盘的体积磨损量(×10-4mm3)分别是80.43和54.70,MAF-6脂的体积磨损量比基础脂降低了32.00%;对应的磨痕宽度和深度分别是0.94mm×17.78μm和0.97mm×11.48μm。在不同承载力、温度、频率下,MAF-6脂始终保持了较好的减摩抗磨性能。
  3、以MAF-6作为聚丙烯润滑脂的固体润滑剂,MAF-6的适宜添加量为5.00wt.%,基础脂和5.00wt%MAF-6脂最大运行载荷分别为300N、400N;在300N-50Hz-30min运行条件下,基础脂和MAF-6脂的平均摩擦系数分别为0.14和0.12;基础脂和MAF-6脂钢盘的体积磨损量(×10-4mm3)分别是19.00和13.37,MAF-6脂的体积磨损量比基础脂降低了29.63%;对应的磨痕宽度和磨斑深度分别是0.63mm×6.10μm和0.70mm×3.19μm。在不同承载力、温度、频率下,MAF-6脂始终保持了较好的减摩抗磨性能。
  利用SEM、EDS以及3D白光干涉仪对钢盘磨痕表面分析发现:含MAF-6的润滑油/脂的钢盘磨痕表面较为平整和光滑,在运行过程中,拥有柔性晶体结构的MAF-6颗粒,能够粘附在金属表面,阻止了摩擦副钢盘与钢球的直接接触,降低了磨损。
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