MS2（M＝Nb，Ta）纳米材料的制备及其摩擦学性能的研究

论文摘要

层状结构的过渡金属硫化物MX2（M=Mo、W、Nb、Ta；X=S、Se）作为固体润滑剂得到了广泛应用，但由于其晶体边缘不饱和的悬挂键具有化学活性，在摩擦过程中容易黏附到金属表面和被氧化，使其摩擦学性能急剧降低，这种现象在潮湿的气氛中尤其严重。而独特闭合结构的MS2（M=Mo、W、Nb、Ta）一维纳米材料（纳米线、纳米管／束）结构上消除了悬挂键的存在，提高了化学稳定性，对降低摩擦磨损具有重要意义，在摩擦学上将有广阔的应用前景。本文主要对过渡金属硫化物MS2（M=Nb、Ta）一维纳米材料的制备工艺和摩擦学性能等问题进行了初步探索。主要内容包括：（1）用单质硫分别和Nb、Ta金属粉末在密封石英管内加热固相反应合成了大量NbS2和TaS2纳米线（束）。对所合成的纳米线分别用SEM、XRD进行表面形貌和成分表征。通过SEM和TEM对产物的成分和表面形貌进行了分析，所得的纳米线直径均匀，产率较大。对生成一维纳米材料的反应条件，如反应温度，保温时间，降温速率等进行了优化，提高温度有利于NbS2的结晶，减缓降温速率有利于一维纳米材料的生成，延长反应时间不起作用。另外，反应空间中保持一定的硫浓度也是生成NbS2纳米线的必要条件。最后对一维MS2纳米材料的生长机制也进行了初步的探讨。（2）将NbS2、TaS2纳米线作为润滑油添加剂，在MS-T3000摩擦磨损试验机上进行了摩擦性能测试。不同添加剂含量的润滑油在不同载荷、速度进行的试验结果表明：速度200r／min时，含有0.5wt％MS2一维纳米材料添加剂的润滑油随载荷的增加，摩擦系数升高，但比相同条件下的润滑油低，且随时间的延长，摩擦系数有持续下降的趋势。转速升高后（如400r／min），在高载荷时的摩擦系数比较低；低载时，随质量分数的增加，含添加剂的润滑油摩擦系数逐渐增大；在高载荷时，随质量分数的增加，含添加剂的润滑油摩擦系数有明显下降的趋势。对添加有MS2纳米材料的润滑油的摩擦性能进行了探讨，同时还初步探讨了含NbS2和TaS2添加剂的润滑油的摩擦机制，其优异的摩擦性能可能归结于一维纳米材料独特的闭合结构，润滑膜机制和填充条件修复机制。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 固体润滑
• 1.2 纳米材料
• 1.2.1 纳米碳管和碳富勒烯
• 1.2.2 过渡金属硫化物纳米固体润滑材料
• 1.3 研究背景
• 2的特性及其应用前景'>1.3.1 纳米过渡金属硫化物MS₂的特性及其应用前景
• 2硫化物纳米材料的制备方法'>1.3.2 MS₂硫化物纳米材料的制备方法
• 1.4 本课题的研究目的和内容
• 第2章 试验设备
• 2.1 试验设备
• 2.2 材料表征和摩擦性能测试设备
• 2.2.1 X射线粉末衍射仪
• 2.2.2 扫描电子显微镜
• 2.2.3 透射电子显微镜
• 2.2.4 MS-T3000微摩擦试验仪
• 2和TaS₂纳米材料的制备及表征'>第3章 NbS₂和TaS₂纳米材料的制备及表征
• 2和TaS₂纳米材料的制备方法'>3.1 NbS₂和TaS₂纳米材料的制备方法
• 3.2 试验部分
• 3.2.1 原料
• 3.2.2 试验设备和测试分析
• 3.2.3 试验过程
• 3.2.4 结构表征
• 3.2.5 纳米线的形貌表征和分析
• 2纳米材料生长机理探讨'>3.3 MS₂纳米材料生长机理探讨
• 3.3.1 现有的硫化物纳米材料生长机理
• 2纳米线形貌的因素及生长机制探讨'>3.3.2 影响固相法合成MS₂纳米线形貌的因素及生长机制探讨
• 3.4 本章小结
• 2的摩擦学性能初步研究'>第4章 纳米硫化物MS₂的摩擦学性能初步研究
• 2纳米材料国内外研究现状'>4.1 过渡金属硫化物MS₂纳米材料国内外研究现状
• 4.1.1 纳米颗粒
• 4.1.2 纳米薄膜
• 2作为润滑油添加剂的摩擦学性能评价'>4.2 MS₂作为润滑油添加剂的摩擦学性能评价
• 4.2.1 MS-T3000摩擦磨损试验机测试材料摩擦性能
• 4.2.2 影响含有添加剂的润滑油摩擦性能的几个主要因素
• 4.3 摩擦机制探讨
• 4.3.1 纳米硫化物的摩擦机理国内外研究现状
• 4.3.2 油润滑介质纳米润滑材料摩擦作用机理
• 4.4 本章小结
• 第5章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 发表论文