二硫化鎢超細(xì)顆粒由于具有密度較高以及尺寸小、比表面積大、比表面能高的特點(diǎn),而常表現(xiàn)出很強(qiáng)的團(tuán)聚現(xiàn)象,從而限制了其在潤滑油中的應(yīng)用。爲(wèi)此,科學(xué)家表示可以采用超聲分散、機(jī)械攪拌分散和顆粒表面修飾三者相結(jié)合的方式來提高該超細(xì)粉末在液體介質(zhì)中的分散穩(wěn)定性。
1、分散條件
(1)配製出一種性能優(yōu)良的基礎(chǔ)油,其性能參數(shù)爲(wèi):傾點(diǎn)溫度?17℃,閃點(diǎn)溫度290℃,燃點(diǎn)溫度310℃,銅片腐蝕性1級,密度890/kg/m3,粘度指數(shù)140,在40 ℃下,運(yùn)動粘度82.55爲(wèi)mm2/s,在100 ℃下,運(yùn)動粘度爲(wèi)13.65 mm2/s。潤滑油的運(yùn)動粘度不同會導(dǎo)致固體顆粒在不同潤滑油中的分散穩(wěn)定性不同。
(2)表面修飾劑的測試。考慮到對該超細(xì)顆粒進(jìn)行表面修飾是處于強(qiáng)超聲波的作用下,其表面修飾劑結(jié)構(gòu)可能會發(fā)生改變,所以研究者就對其進(jìn)行表徵。研究表明:強(qiáng)超聲波幷不會引起表面修飾劑結(jié)構(gòu)的變化,從而不會影響其性能。
(3)分散設(shè)備工藝參數(shù)的選擇。根據(jù)相關(guān)研究,超聲波在低頻時易于産生空化作用,高頻時易于産生共振作用,因此,分散設(shè)備應(yīng)采用低頻高功率超聲波(頻率爲(wèi)20kHz,功率爲(wèi)200W)。
2、分散步驟
(1)將納米二硫化鎢顆粒、表面修飾劑按一定比例混合裝入料斗,開啓裝置,作用一定時間後即得到表面修飾後的納米WS2顆粒;
(2)取出物料幷清洗料斗後,將表面修飾後的納米WS2顆粒與基礎(chǔ)油按質(zhì)量比1:99 裝入料斗,開啓裝置,處理一定時間後即可得到均勻分散的納米二硫化鎢潤滑油。
3、分散效果的表徵與分析
(1)表面修飾劑用量對顆粒分散穩(wěn)定性的影響:隨著表面修飾劑和WS2顆粒質(zhì)量比的增大,顆粒在潤滑油中的穩(wěn)定時間先增大後降低,在質(zhì)量比達(dá)到0.4時,穩(wěn)定時間最長。這主要是因爲(wèi)隨著表面修飾劑用量的增大,納米WS2顆粒表面逐漸被修飾,從而阻止了顆粒間的團(tuán)聚,使得顆粒在潤滑油的分散穩(wěn)定性提高;而當(dāng)表面修飾劑用量超過一定值時,表面修飾劑過剩造成絮凝,從而使得顆粒團(tuán)聚加劇。因此,在對納米WS2顆粒進(jìn)行表面修飾時,表面修飾劑與納米WS2顆粒的質(zhì)量比爲(wèi)0.4~0.5最佳。
(2)引入超聲分散與機(jī)械攪拌處理對顆粒分散穩(wěn)定性的影響:未經(jīng)處理時,潤滑油中懸浮顆粒的平均粒度達(dá)10μm,表明WS2顆粒發(fā)生了明顯的團(tuán)聚;但隨著處理時間的增加,懸浮顆粒的平均粒度明顯減小,5.5h後平均粒度達(dá)到了1μm以下,表明超聲波與機(jī)械攪拌使納米二硫化鎢顆粒的團(tuán)聚由大變小,且其最小團(tuán)聚粒度甚至接近于原生顆粒粒度。納米WS2顆粒團(tuán)聚體粒度的顯著減小極大地提高了其在潤滑油中的分散穩(wěn)定性。
(3)納米二硫化鎢顆粒在潤滑油中的分散情況:未經(jīng)任何處理的WS2顆粒直接加入潤滑油中後出現(xiàn)許多大的團(tuán)聚體,而在機(jī)械攪拌作用下,經(jīng)表面修飾劑修飾後的顆粒在潤滑油中雖然沒有形成大的團(tuán)聚體,但仍有許多較明顯的團(tuán)聚體,這主要是由于機(jī)械攪拌幷沒有使團(tuán)聚體明顯解團(tuán)聚,表面修飾劑只是修飾了那些具有較大粒度的二次團(tuán)聚體,而引入超聲波後,超聲波的空化作用能産生局部高溫高壓,打破顆粒團(tuán)聚,團(tuán)聚體粒度明顯減小,再經(jīng)表面修飾劑修飾後,納米二硫化鎢顆粒均勻分散在潤滑油中。
總的來說,在機(jī)械攪拌和超聲波共同作用下,采用表面修飾劑對納米二硫化鎢顆粒進(jìn)行表面修飾,可使納米WS2顆粒均勻且穩(wěn)定地分散在潤滑油中。