何 帥 王建梅 王 軍 張芳萍

(太原科技大學(xué)重型機(jī)械教育部工程研究中心 山西太原 030024)

潤(rùn)滑油是齒輪箱、軸承等零部件的必要潤(rùn)滑劑，機(jī)械設(shè)備的使用壽命在很大程度上受到潤(rùn)滑油質(zhì)量的影響，隨著行業(yè)技術(shù)的發(fā)展，設(shè)備潤(rùn)滑對(duì)油品的要求越來(lái)越高[1-2]，由基礎(chǔ)油和傳統(tǒng)添加劑組成的普通潤(rùn)滑油已不能滿足要求。磁性液體由納米磁性顆粒組成，是具有流動(dòng)性的穩(wěn)定膠狀液體。與普通潤(rùn)滑油相比，磁性液體在磁場(chǎng)的作用下，不僅能實(shí)現(xiàn)定域潤(rùn)滑，而且具有更高的承載能力。由于磁性液體獨(dú)特的優(yōu)異性能，使得磁性液體在密封、航空航天、新能源、軸承等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用[3-5]。

研究人員對(duì)磁性液體的制備及工藝開(kāi)展了大量的研究，也進(jìn)行了相關(guān)的摩擦潤(rùn)滑性實(shí)驗(yàn)。王利軍等[6]利用MMW-1萬(wàn)能摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)，對(duì)磁流體的潤(rùn)滑性能進(jìn)行了測(cè)試，結(jié)果表明，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的磁流體摩擦學(xué)性能最優(yōu)。TRIVEDI[7]制備了不同納米顆粒含量的磁性溶液，使用四球測(cè)試儀研究了其潤(rùn)滑性能。柏樂(lè)等人[8]制備了硅油基磁性液體，并分析了其流變性能、穩(wěn)定性等，結(jié)果表明，磁性液體具有超順磁性、優(yōu)良的穩(wěn)定性和黏溫性能。SHI等[9]制備了一種以離子液體作為基載液的鐵磁流體溶液，研究了離子溶液中陽(yáng)離子烷基鏈長(zhǎng)度對(duì)鐵磁流體溶液穩(wěn)定性的影響，評(píng)價(jià)了穩(wěn)定鐵磁流體的潤(rùn)滑特性。LI等[10]制備了3種不同黏度的鐵磁性液體，并進(jìn)行了靜態(tài)和動(dòng)態(tài)流變測(cè)試，結(jié)果表明，磁性液體的磁黏效應(yīng)、屈服應(yīng)力和儲(chǔ)能模量隨流體黏度的增大而增加。WANG等[11]通過(guò)化學(xué)共沉淀法制備了油基鐵磁性液體，并進(jìn)行化學(xué)表征和穩(wěn)定性研究，證實(shí)了磁性液體具有良好的穩(wěn)定性和磁性能。ZHANG等[12]制備了Fe3O4@MoS2納米磁性溶液，探究了顆粒含量和磁場(chǎng)強(qiáng)度之間的關(guān)系，所制備的溶液具有良好的磁性能和潤(rùn)滑性。

三是政府財(cái)力有限，缺乏專項(xiàng)資金。受制于地方政府財(cái)力的限制，秸稈禁燒補(bǔ)貼等專項(xiàng)資金缺乏。以沅江市南嘴鎮(zhèn)為例，對(duì)秸稈回收按照100元/t的標(biāo)準(zhǔn)補(bǔ)貼，1年至少要安排10萬(wàn)元專項(xiàng)財(cái)政資金。當(dāng)前脫貧攻堅(jiān)、民生社保等支出增長(zhǎng)幅度較大，鄉(xiāng)鎮(zhèn)財(cái)政收入有限，如果上級(jí)財(cái)政沒(méi)有配套資金，要鄉(xiāng)鎮(zhèn)財(cái)力來(lái)保障，顯然是力不從心。

二烷基二硫代氨基甲酸鉬(MoDTC)[13-14]作為一種新型的摩擦改進(jìn)添加劑，具有較好的油溶性、高溫穩(wěn)定性、減摩性等優(yōu)點(diǎn)，已成為當(dāng)前潤(rùn)滑油制備的研究熱點(diǎn)之一。MoDTC作為一種有機(jī)鉬，在保持減摩抗磨性能的同時(shí)，也具有一定的抗氧化作用和防腐能力，同時(shí)還具有減摩節(jié)能作用。由于在工作環(huán)境中受壓力的作用，MoDTC在壓力點(diǎn)會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，促使有機(jī)鉬分解，分解出的MoS2吸附并沉積在摩擦副表面形成抗磨層，從而達(dá)到減摩、抗磨潤(rùn)滑的目的。

本文作者為提高磁性液體的減摩性能，在磁性液體中添加不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的MoDTC，開(kāi)展不同載荷和往復(fù)運(yùn)動(dòng)頻率條件下的摩擦磨損試驗(yàn)，探究MoDTC含量對(duì)磁性液體摩擦磨損性能的影響。

圖9、10分別示出了不同頻率下摩擦因數(shù)隨時(shí)間的變化和平均摩擦因數(shù)隨頻率的變化趨勢(shì)。可知，當(dāng)頻率從2 Hz上升到6 Hz時(shí)，摩擦因數(shù)并無(wú)明顯變化；但隨著頻率的進(jìn)一步增大，摩擦因數(shù)隨之增大?？赡軞w結(jié)于，6 Hz之前，頻率的增大對(duì)潤(rùn)滑膜的磨損影響較小，可忽略不計(jì)；6 Hz之后，隨著頻率的進(jìn)一步增大，加快了潤(rùn)滑膜的磨損，使得摩擦因數(shù)增大，摩擦表面的光滑度降低，且隨著頻率的增大，可能導(dǎo)致局部溫度升高，進(jìn)一步影響摩擦因數(shù)。

1 MoDTC增強(qiáng)型磁性液體制備與表征

1.1 MoDTC增強(qiáng)型磁性液體制備

1.2.2 TEM電鏡分析

用于擴(kuò)增18S rDNA的引物序列為：18s-F：5’-GTA GTCATATGCTTGTCTC-3’；18s-R：5’-TCCGCAGGTT CACCTACGGA-3’。PCR產(chǎn)物測(cè)序由廣州艾基生物技術(shù)有限公司完成。

圖1 磁性液體制備工藝流程示意

所用試劑與儀器如表1、2所示。

整個(gè)課程的設(shè)計(jì)是由行業(yè)專家對(duì)“功能性食品”的典型工作任務(wù)進(jìn)行分析，選取典型的工作崗位。然后對(duì)典型崗位的能力需求進(jìn)行分析歸納制定相應(yīng)的課程標(biāo)準(zhǔn)。并依據(jù)崗位能力需求設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容。校企共同制訂培養(yǎng)計(jì)劃、教學(xué)內(nèi)容及知識(shí)點(diǎn)，確定考核形式，實(shí)施“任務(wù)驅(qū)動(dòng)、項(xiàng)目導(dǎo)向”的教學(xué)組織模式。根據(jù)不同的教學(xué)任務(wù)，分別錄制相關(guān)的微課、Moocs。

表1 實(shí)驗(yàn)所用試劑

表2 實(shí)驗(yàn)所用儀器

1.2 磁性液體物理性能表征

為測(cè)定樣品磁性粒子團(tuán)聚與分散情況，使用透射電子顯微鏡(TEM)分析測(cè)試微粒形貌。圖3所示為磁性微粒Fe3O4的TEM微粒形貌，可知，磁性顆粒規(guī)則為球狀結(jié)構(gòu)，分散均勻，無(wú)明顯團(tuán)聚現(xiàn)象，說(shuō)明制備出的磁性液體基本滿足試驗(yàn)要求。由于油酸的包覆作用，使得晶粒增大，平均粒徑約為15 nm。圖3(b)中有少量團(tuán)聚，其主要因?yàn)樵诟稍镞^(guò)程中粒子的團(tuán)聚所致。

根據(jù)MoDTC的減摩機(jī)制，由此推測(cè)，在工作過(guò)程中，由于有機(jī)鉬增強(qiáng)磁性液體受壓力的影響，MoDTC會(huì)生成硫化鉬減摩劑，并附著在摩擦表面上，可以起到減摩潤(rùn)滑的作用；當(dāng)MoDTC質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于6%時(shí)，隨著質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大，生成的減摩劑更多，覆蓋的摩擦表面越廣，使得摩擦因數(shù)越??；MoDTC質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過(guò)6%之后，摩擦表面可能已被足夠的減摩劑覆蓋，進(jìn)一步增加減摩劑數(shù)量已不能繼續(xù)改善其減摩性能，故摩擦因數(shù)不再有明顯變化。因此，下文試驗(yàn)以6%MoDTC增強(qiáng)型磁性液體作為研究對(duì)象。

圖2 磁性顆粒的XRD圖譜

首先，將Fe3O4顆粒進(jìn)行真空干燥，取一定質(zhì)量分散劑置于容器中，在一定轉(zhuǎn)速和恒溫60 ℃下，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%磁性顆粒，機(jī)械攪拌30 min，再進(jìn)行超聲分散15 min，得到溶液A；然后，將溶液A加入S-220基礎(chǔ)液中，提高機(jī)械攪拌速度，恒溫80 ℃，機(jī)械攪拌1 h，得到溶液B；最后，向溶液B分別加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%、4%、6%、8%的MoDTC，恒溫80 ℃，機(jī)械攪拌1 h，再超聲處理15 min，最終得到MoDTC增強(qiáng)型磁性液體。實(shí)驗(yàn)流程如圖1所示。

1.2.1 X射線衍射分析

圖3 磁性微粒Fe3O4的TEM形貌

1.2.3 磁性液體的磁性能分析

利用振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)對(duì)Fe3O4磁性液體和MoDTC增強(qiáng)型磁性液體進(jìn)行磁性能檢測(cè)。磁性能作為磁性液體最重要的物理性質(zhì)之一，主要參數(shù)為剩磁(Br)、矯頑力(Hc)、磁能積(BH)。圖4所示為鐵磁性液體(FF)和MoDTC增強(qiáng)型磁性液體的磁滯曲線。可知，剩磁為0.63 emu/g，說(shuō)明其具有超順磁性。另外，2種磁性液體的最大飽和磁化強(qiáng)度分別為13.45 和5.24 emu/g，相比之下，有機(jī)鉬增強(qiáng)磁性液體的最大飽和磁化強(qiáng)度減小，原因是由于有機(jī)鉬的加入，使得磁性顆粒在外磁場(chǎng)的作用下相互靠近成鏈的阻力增大，所以磁化強(qiáng)度指數(shù)降低。從局部圖譜可知，磁性液體的矯頑力為1.943×10-3T，遠(yuǎn)小于磁性材料的矯頑力(0.011 5～0.014 5 T)，表明文中制備的磁性液體具有較好的磁性能。

圖4 制備樣品的磁滯曲線

2 摩擦磨損試驗(yàn)

2.1 MoDTC質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響

使用多功能摩擦試驗(yàn)儀(MS-M9000)對(duì)普通潤(rùn)滑油、鐵磁性液體、不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)有機(jī)鉬增強(qiáng)磁性液體的摩擦性能進(jìn)行測(cè)試。試驗(yàn)件材料為8-4錫基巴氏合金，試件尺寸為20 mm×20 mm×10 mm的矩形結(jié)構(gòu)。圖5示出了不同潤(rùn)滑條件下摩擦因數(shù)隨時(shí)間的變化，圖6示出了鐵磁性液體平均摩擦因數(shù)隨MoDTC質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化趨勢(shì)?？梢钥闯?，不論是鐵磁性液體還是有機(jī)鉬增強(qiáng)磁性液體，其摩擦因數(shù)都明顯低于普通潤(rùn)滑油，說(shuō)明磁性液體比普通潤(rùn)滑油具有更好的潤(rùn)滑性能。與鐵磁性液體相比，加入MoDTC能有效改善其潤(rùn)滑性能，降低摩擦因數(shù)，并且在一定范圍內(nèi)，隨著MoDTC質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大，減摩性能得以進(jìn)一步改善。但當(dāng)MoDTC質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到6%后，摩擦因數(shù)不再下降。

圖5 不同潤(rùn)滑條件下摩擦因數(shù)隨時(shí)間的變化

圖6 平均摩擦因數(shù)隨MoDTC質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化

為對(duì)物質(zhì)進(jìn)行物相分析和測(cè)定材料中晶粒的大小，利用X射線衍射儀進(jìn)行測(cè)試分析。圖2所示為制備樣品的X射線衍射圖譜。圖中的7個(gè)衍射峰與標(biāo)準(zhǔn)Fe3O4晶體相同，分別對(duì)應(yīng)Fe3O4的(220)、(311)、(400)、(422)、(511)、(440)和(533)晶面。由此判斷得出，該物質(zhì)為純相反尖晶石型結(jié)構(gòu)Fe3O4晶體。根據(jù)謝樂(lè)公式[15]D=Kλ/(βcosθ)(K為謝樂(lè)常數(shù)，λ為X射線波長(zhǎng)，β為布拉格衍射角，θ為特征峰的半高峰寬)，可以計(jì)算得到平均粒徑約為13 nm。

如今，傳統(tǒng)媒體受到?jīng)_擊，紙媒概念減弱，移動(dòng)閱讀已經(jīng)成為主流，讀者更傾向于無(wú)紙化、碎片化閱讀，數(shù)字出版漸漸成為趕超傳統(tǒng)出版業(yè)的朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)，從網(wǎng)上共享和獲取學(xué)術(shù)資源已成為科研常態(tài)。信息內(nèi)容的快速傳播是科技期刊數(shù)字化發(fā)展競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的體現(xiàn)，編輯部實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化辦公不僅可以縮短出版周期，還可以降低期刊出版成本。期刊出版者可以在網(wǎng)絡(luò)上擴(kuò)大作者群和讀者群，打造學(xué)術(shù)交流平臺(tái)。因此，地方科技期刊要盡快實(shí)現(xiàn)自主網(wǎng)站建設(shè)和數(shù)字化，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)擴(kuò)大期刊的品牌影響力。[8]

2.2 法向載荷的影響

為確定工作中不同因素對(duì)潤(rùn)滑性能的影響，在不同載荷、轉(zhuǎn)速條件工況下試驗(yàn)研究了6%MoDTC增強(qiáng)型磁性液體的減摩性能。圖7、8分別示出了不同載荷下磁性液體的摩擦因數(shù)隨時(shí)間的變化和平均摩擦因數(shù)隨載荷的變化趨勢(shì)?？芍?，載荷由25 N增加到30 N時(shí)摩擦因數(shù)減少；當(dāng)載荷進(jìn)一步增大時(shí)，摩擦因數(shù)也隨之增大。其原因可能是：在一定范圍內(nèi)隨著載荷的增大，更有助于二烷基二硫代氨基甲酸鉬分解生成更多鉬硫化合物，在摩擦表面形成保護(hù)膜，從而進(jìn)一步改善潤(rùn)滑，使摩擦表面光滑并持久有效降低摩擦因數(shù)；但隨著載荷的不斷增大，載荷因素占主導(dǎo)作用，對(duì)潤(rùn)滑膜影響明顯，使得摩擦因數(shù)增大，降低摩擦表面光滑度。

圖7 不同載荷下摩擦因數(shù)隨時(shí)間的變化

圖8 平均摩擦因數(shù)隨載荷的變化

2.3 往復(fù)頻率的影響

連綿詞“莫落”并非“幕絡(luò)”之通借，而是具有義同音轉(zhuǎn)的關(guān)系。連綿詞兩個(gè)音節(jié)連綴成義，其形體不具有表義的功能。因此，連綿詞的不同形式之間，不宜分析為本字或者通借的關(guān)系，更不能采用分訓(xùn)法對(duì)連綿詞進(jìn)行訓(xùn)詁，否則會(huì)在分析詞義時(shí)模糊連綿詞的本質(zhì)特點(diǎn)，產(chǎn)生誤解連綿詞詞義，造成望形生訓(xùn)的錯(cuò)誤。

圖9 不同頻率下摩擦因數(shù)隨時(shí)間的變化

圖10 平均摩擦因數(shù)隨頻率的變化

以上在不同載荷、頻率及不同潤(rùn)滑工況下進(jìn)行摩擦磨損試驗(yàn)，得到不同工況下的平均摩擦因數(shù)，如表3所示。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)6%的MoDTC的磁性液體的潤(rùn)滑性能最佳，即壓力值不大于30 N、頻率不大于6 Hz為所得磁性液體的最佳工作條件。

（4）該模式的應(yīng)用給電網(wǎng)規(guī)劃的適應(yīng)性提出了更高的要求。應(yīng)用分布式電源接入模式時(shí)，需要保證接入位置以及注入容量的科學(xué)性，如若不然，將造成相關(guān)設(shè)備的實(shí)際利用率偏低，又或者網(wǎng)損增加的弊端，從而電網(wǎng)可靠性帶來(lái)了不利影響[4]。

表3 不同工況下的平均摩擦因數(shù)

3 結(jié)論

(1)二烷基二硫代氨基甲酸鉬增強(qiáng)型磁性液體與鐵磁性液體相比，其飽和磁化強(qiáng)度有所降低，但矯頑力變化不明顯，剩磁幾乎為0，說(shuō)明其具有更好的磁性能。

(2)二烷基二硫代氨基甲酸鉬有助于降低鐵磁性液體的摩擦因數(shù)，在質(zhì)量分?jǐn)?shù)0～8%范圍內(nèi)，隨MoDTC質(zhì)量分?jǐn)?shù)增大摩擦因數(shù)先減小，超過(guò)臨界值6%之后，摩擦因數(shù)隨MoDTC質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大而無(wú)明顯變化，說(shuō)明MoDTC質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%時(shí)磁性液體具有相對(duì)優(yōu)異的減摩性能。

(3)在25～45 N載荷范圍內(nèi)，摩擦因數(shù)先隨壓力的增大而減小，超過(guò)臨界值30 N后，隨壓力的增大而增大。在2～14 Hz頻率范圍內(nèi)，隨頻率增大摩擦因數(shù)開(kāi)始時(shí)無(wú)明顯變化，超過(guò)臨界值6 Hz后，摩擦因數(shù)隨頻率的增大而增大。即壓力值不大于30 N、頻率不大于6 Hz為所得磁性液體的最佳工作條件。

(4)為獲得MoDTC增強(qiáng)型磁性液體理想的減摩性能，需要合理匹配工況條件。另外，考慮到現(xiàn)有試驗(yàn)條件的局限性，對(duì)于極端或特殊工況下的磁性液體減摩性能，有待于進(jìn)一步深入研究。