纳米级氧化锌晶须对水润滑轴承材料的改性研究
2004年3月
第2期(总第162期)
润滑与密封
LUBRICATIONENGINEERINGMar 2004
No 2(serialNo 162)
纳米级氧化锌晶须对水润滑轴承材料的改性研究
肖 科 王家序 张 榆 余昊明
(重庆大学机械传动国家重点实验室 重庆400044)
摘要:传统的水润滑复合橡胶轴承普遍存在承载能力低的缺点,对其材料进行改性是提高承载能力的关键所在。通过实验可以看出加入纳米级氧化锌晶须可以明显提高其承载能力并优化摩擦学性能,为制造高比压的水润滑轴承提供了材料基础。
关键词:纳米;氧化锌晶须;轴承材料
ModificationonWaterLubricatedBearingsMaterial
withNanometerZincOxideWhisker
XiaoKe WangJiaxu ZhangYu YuHaomin
(TheStateKeyLaboratoryofMechanicTransmission,ChongqingUniversity,Chongqing400044,China)
Abstract:Lowcarryingcapacityisaubiquitousperformanceoftraditionalwaterlubricatedcompositerubberbearings,thekey
toenhancecarryingcapacityistomodifythematerial.TheexperimentshowscarryingcapacityofthebearingscanbeenhancedevidentlybymodifyingwithnanometerZincoxidewhisker.Thatisthebaseformakingwaterlubricatedbearingswithhighpres-sure.
Keywords:nanometer;Zincoxidewhisker;bearingsmaterial 水润滑轴承与传统的轴承相比在选择材料上存在较大的差异,这主要是由于工作介质发生改变所致[1,2]。目前常用的水润滑轴承是复合橡胶轴承,就其产品总体来说普遍存在承载能力较低的缺点。随着短纤维制造技术的日新月异,逐渐出现了纳米级的短纤维,这使得短纤维对轴承材料增强的技术又有进一步的发展[3,4]。以前用来增强轴承材料的短纤维主要是玻璃纤维和碳纤维,本文主要介绍纳米级氧化锌晶须(ZnOW)对水润滑轴承材料的改性作用。1 纳米级氧化锌晶须(ZnOW)
ZnOW具有突出的多功能特性,作为结构材料及功能材料,可广泛应用于国防、电子、化工、轻工、
材料的众多优异特性[5]。本文使用的氧化锌晶须是由 交大晶宇有限公司 提供的四针状纳米级氧化锌晶须。
2 实验条件
实验所用的基体材料为复合橡胶,主要成分是:丁腈橡胶、陶土、硫化剂和促进剂等。实验设备和标准如表1所示。每次试验取5个试验结果,去除最大值及最小值之后取平均值即为该次试验结果,试样硫化温度170 ,时间20min,硫化压强0 39MPa。
表1 试验设备及标准
试验项目材料混炼(300%)定伸/MPa扯断强度/MPa伸长率/%硬度,邵A
阿克隆磨耗/(cm3/1 61km)
试验标准GB528-92
GB528-92GB528-92GB/T531-88GB1689-88
设备型号X-1500KDXLL-5000DXLL-5000DXLL-5000XY-1MH-1
3 实验结果及分析
图1 ZnOW扫描隧道显微镜照片
交通等国民经济领域。氧化锌晶须外观为白色松软物质,具有独特的立体三维四针状显微结构,针状长度通常为5~200 m,根部直径一般是0 1~10 m,针尖部分达到纳米数量级(如图1所示),因此具有纳米
3 1 ZnOW含量与力学性能关系
从图2、3可以看到ZnOW的强化作用非常明显,随着ZnOW含量的增大其扯断强度和定伸强度都呈上升趋势,当加入量增加至4%时扯断强度和定伸强度达到最大值,然后随加入量增加稍有下降。因为过多的加入量会破坏基体的连续性,使其力学性能恶化,因此加入量4%可以作为最佳点。同时在加入量为4%时具有最高的 比强度 ,这也为制造更薄胶层的轴承提供了材料基础。
收稿时间:2003-05-23
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2004年第2期 肖科等:纳米级氧化锌晶须对水润滑轴承材料的改性研究
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料。表2列出了通过改进硫化体系、补强体系、软化体系和加入短纤维后的水润滑轴承材料力学性能。在作为水润滑轴承材料方面,这些性能已达到美国国防部颁布的MIL-B-17901(船舶)军用标准。
表2 改性后水润滑材料力学性能
扯断强度/MPa伸长率/%硬度,邵A阿克隆磨耗/(cm/1.61km)
3
(300%)定伸/MPa
3 2 ZnOW含量与摩擦磨损性能的关系
由图4和图5可以看出,在ZnOW含量为4%时材料的摩擦系数增大,但也具有良好的耐磨性,这主要由于ZnOW均匀分散在基体中,成为硬质点。这些硬质点的摩擦系数较基体材料大,
但耐磨性也较好。
4 结束语
由于ZnOW独特的结构,很容易实现在基本材料中的三维分布均一化从而使其复合材料的各种物理性能得到各向同性改善,这是一般晶须材料难以实现的。通过实验可以看出,加入ZnOW对水润滑轴承材料进行改性,可以明显提高材料的承载能力,而同时其摩擦学性能也有所提高。
参考文献
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5 周祚万,彭卫明,邓海 氧化锌晶须及其复合材料的应用
化工新型材料,1998(11):22~25
应用改性后水润滑轴承材料制造水润滑轴承时应
考虑其适用范围,在较高比压和含泥沙比较严重的水环境中工作,应该选择短纤维增强的水润滑轴承材(上接第37)
表7 方差分析表
均方241 536130 68883
F值P值350 650 0400
F>F0 5方程显著可信
方差来源自由度平方和回归4966 14451残差10 68883总和5966 83333
由上面的回归方程可知:X4对承载能力的改变效果明显;随着X2X5的增加,PB增加,说明两者的交互作用提高了承载能力;X4X5的增加,PB减小,说明两者的交互作用降低承载能力。
综合WSD及PB指标,磷酸三苯酯与T152复合对于提高抗磨能力具有协同效应;磷酸三丁酯与T152复合对于提高承载能力具有协同效应;即T152能够促进磷酸三丁酯、磷酸三苯酯的摩擦能力,而对承载能力的提高不大。磷酸三丁酯与T102的复合可降低摩擦能力,而T102单独作用是可以改善抗磨性能的,因此,可以认为T102能降低对磷酸三丁酯的抗磨作用,其作用机理可认为当磷酸三丁酯和磷酸三苯酯与T102混合使用时,根据 优先定位 的说法,T102比磷酸三丁酯优先吸附在金属表面,形成沉积膜,导致磷酸三丁酯和磷酸三苯酯的作用大大下降,
而碳酸盐沉积膜的强度比由磷酸三丁酯和磷酸三苯酯形成的保护膜小,因而抗磨性能与承载能力差。4 结论
(1)粘度指数改进剂(ECA8358)在植物油中能够与磷酸三丁酯和磷酸三苯酯发生交互作用,有一定的增效作用;降凝剂(T803B)能增加其承载能力,但对抗磨能力的提高不明显。
(2)T152在植物油中能够改进磷酸三丁酯和磷酸三苯酯的摩擦能力,而对承载能力的提高影响不大;T102由于 优先定位 而降低磷酸三丁酯的抗磨作用。
参考文献
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