二硫化钨分散稳定性提高方法

二硫化钨超细颗粒由于具有密度较高以及尺寸小、比表面积大、比表面能高的特点,而常表现出很强的团聚现象,从而限制了其在润滑油中的应用。为此,科学家表示可以采用超声分散、机械搅拌分散和颗粒表面修饰三者相结合的方式来提高该超细粉末在液体介质中的分散稳定性。

1、分散条件

(1)配制出一种性能优良的基础油,其性能参数为:倾点温度−17℃,闪点温度290℃,燃点温度310℃,铜片腐蚀性1级,密度890/kg/m3,黏度指数140,在40 ℃下,运动黏度82.55为mm2/s,在100 ℃下,运动黏度为13.65 mm2/s。润滑油的运动黏度不同会导致固体颗粒在不同润滑油中的分散稳定性不同。

(2)表面修饰剂的测试。考虑到对该超细颗粒进行表面修饰是处于强超声波的作用下,其表面修饰剂结构可能会发生改变,所以研究者就对其进行表征。研究表明:强超声波并不会引起表面修饰剂结构的变化,从而不会影响其性能。

(3)分散设备工艺参数的选择。根据相关研究,超声波在低频时易于产生空化作用,高频时易于产生共振作用,因此,分散设备应采用低频高功率超声波(频率为20kHz,功率为200W)。

二硫化钨分散稳定性提高方法图片

2、分散步骤

(1)将纳米二硫化钨颗粒、表面修饰剂按一定比例混合装入料斗,开启装置,作用一定时间后即得到表面修饰后的纳米WS2颗粒;

(2)取出物料并清洗料斗后,将表面修饰后的纳米WS2颗粒与基础油按质量比1:99 装入料斗,开启装置,处理一定时间后即可得到均匀分散的纳米二硫化钨润滑油。

3、分散效果的表征与分析

(1)表面修饰剂用量对颗粒分散稳定性的影响:随着表面修饰剂和WS2颗粒质量比的增大,颗粒在润滑油中的稳定时间先增大后降低,在质量比达到0.4时,稳定时间最长。这主要是因为随着表面修饰剂用量的增大,纳米WS2颗粒表面逐渐被修饰,从而阻止了颗粒间的团聚,使得颗粒在润滑油的分散稳定性提高;而当表面修饰剂用量超过一定值时,表面修饰剂过剩造成絮凝,从而使得颗粒团聚加剧。因此,在对纳米WS2颗粒进行表面修饰时,表面修饰剂与纳米WS2颗粒的质量比为0.4~0.5最佳。

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(2)引入超声分散与机械搅拌处理对颗粒分散稳定性的影响:未经处理时,润滑油中悬浮颗粒的平均粒度达10µm,表明WS2颗粒发生了明显的团聚;但随着处理时间的增加,悬浮颗粒的平均粒度明显减小,5.5h后平均粒度达到了1µm以下,表明超声波与机械搅拌使纳米二硫化钨颗粒的团聚由大变小,且其最小团聚粒度甚至接近于原生颗粒粒度。 纳米WS2颗粒团聚体粒度的显著减小极大地提高了其在润滑油中的分散稳定性。

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(3)纳米二硫化钨颗粒在润滑油中的分散情况:未经任何处理的WS2颗粒直接加入润滑油中后出现许多大的团聚体,而在机械搅拌作用下,经表面修饰剂修饰后的颗粒在润滑油中虽然没有形成大的团聚体,但仍有许多较明显的团聚体,这主要是由于机械搅拌并没有使团聚体明显解团聚,表面修饰剂只是修饰了那些具有较大粒度的二次团聚体,而引入超声波后,超声波的空化作用能产生局部高温高压,打破颗粒团聚,团聚体粒度明显减小,再经表面修饰剂修饰后,纳米二硫化钨颗粒均匀分散在润滑油中。

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总的来说,在机械搅拌和超声波共同作用下,采用表面修饰剂对纳米二硫化钨颗粒进行表面修饰,可使纳米WS2颗粒均匀且稳定地分散在润滑油中。

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