農(nóng)機(jī)潤(rùn)滑油中納米添加劑的應(yīng)用

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摘要：納米添加劑的出現(xiàn)，與傳統(tǒng)農(nóng)機(jī)潤(rùn)滑油添加劑相比有著無法比擬的優(yōu)勢(shì)。針對(duì)國(guó)內(nèi)農(nóng)機(jī)潤(rùn)滑油現(xiàn)狀及納米添加劑進(jìn)行了綜述，說明了將納米添加劑應(yīng)用于農(nóng)機(jī)潤(rùn)滑油，可以針對(duì)農(nóng)機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)高溫，高壓，低速重載的條件，起到降低摩擦系數(shù)，減小和修復(fù)磨損，增加氣缸壓力的顯著潤(rùn)滑效果。總而言之，納米添加劑在農(nóng)機(jī)潤(rùn)滑油方面有著較好的發(fā)展前景需要繼續(xù)探究。

關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè)機(jī)械；納米添加劑；農(nóng)機(jī)潤(rùn)滑油

引言

潤(rùn)滑油的使用是農(nóng)業(yè)機(jī)械正常運(yùn)行的必要條件，潤(rùn)滑油作為農(nóng)機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)良好工作的潤(rùn)滑劑，除了起到潤(rùn)滑和抗磨損的功用之外，也具備冷卻、清潔、防銹、防腐和抗氧化的功能。絕大多數(shù)農(nóng)業(yè)機(jī)械不追求速度而是追求大扭矩和高牽引效率，而交通運(yùn)輸車輛是追求速度與傳遞效率的均衡。因此，農(nóng)業(yè)機(jī)械變速箱與交通運(yùn)輸車輛變速箱的傳動(dòng)比和變速方式明顯不同，動(dòng)力輸出和工況也不同。當(dāng)前高性能農(nóng)用發(fā)動(dòng)機(jī)的工作過程中，潤(rùn)滑油由于接觸發(fā)動(dòng)機(jī)工作產(chǎn)生的廢氣、灰塵、磨屑和積炭及其它雜質(zhì)，會(huì)對(duì)潤(rùn)滑油造成惡性污染，從而影響機(jī)器使用效率。因此，面對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械工作所需的特定要求及相對(duì)惡劣的工作環(huán)境等，農(nóng)機(jī)潤(rùn)滑油應(yīng)該有其特定的研究方向與重點(diǎn)才更為合適。針對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械的作業(yè)特性，研發(fā)適用于農(nóng)業(yè)機(jī)械的新品種潤(rùn)滑油，提高潤(rùn)滑油性能，節(jié)省能源消耗，提高工作效率，保護(hù)環(huán)境已經(jīng)非常重要。納米添加劑的出現(xiàn)，不僅對(duì)傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)和交通運(yùn)輸車輛的潤(rùn)滑油有著很大程度的優(yōu)化，也非常適合應(yīng)用在農(nóng)業(yè)機(jī)械方面。研究表明，納米粒子可以明顯改善潤(rùn)滑油的摩擦特性，提高抗磨減磨作用，兼有固體與液體兩種潤(rùn)滑作用，適用于不同的復(fù)雜作業(yè)條件。納米添加劑針對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械發(fā)動(dòng)機(jī)的高溫，高壓，低速重載的工況，有著顯著的潤(rùn)滑效果，可降低摩擦系數(shù)，修復(fù)磨損，增加氣缸壓力，改善潤(rùn)滑質(zhì)量，提高潤(rùn)滑性能，有傳統(tǒng)潤(rùn)滑油添加劑無法比擬的優(yōu)勢(shì)。因此，納米添加劑在農(nóng)機(jī)潤(rùn)滑油方面非常具有發(fā)展前途[1]。

1我國(guó)農(nóng)機(jī)潤(rùn)滑油應(yīng)用現(xiàn)狀

近年來由于我國(guó)車輛產(chǎn)業(yè)技術(shù)的快速提高，作為車輛產(chǎn)業(yè)中的農(nóng)業(yè)機(jī)械，如拖拉機(jī)和收獲機(jī)，也取得了快速進(jìn)步。隨著國(guó)家對(duì)農(nóng)業(yè)政策扶持力度加強(qiáng)，農(nóng)機(jī)購(gòu)置補(bǔ)貼項(xiàng)目資金的增加，使農(nóng)機(jī)普及率不斷上升，伴隨而來的是我國(guó)農(nóng)機(jī)潤(rùn)滑油行業(yè)的迅速發(fā)展。在農(nóng)機(jī)潤(rùn)滑油行業(yè)迅速發(fā)展的同時(shí)，也涌現(xiàn)了諸多問題。目前，國(guó)內(nèi)性能優(yōu)異的農(nóng)機(jī)仍多為進(jìn)口農(nóng)機(jī)，絕大多數(shù)進(jìn)口農(nóng)機(jī)均有與其配套使用的專用潤(rùn)滑油，價(jià)格遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于國(guó)內(nèi)自主生產(chǎn)的潤(rùn)滑油，同時(shí)進(jìn)口農(nóng)機(jī)的銷售者對(duì)購(gòu)買者施行捆綁式銷售，要求購(gòu)買者使用其內(nèi)部專用潤(rùn)滑油，進(jìn)口農(nóng)機(jī)在保期間如果不使用銷售公司提供的潤(rùn)滑油，出現(xiàn)問題后，銷售公司不對(duì)購(gòu)買者進(jìn)行售后服務(wù)，這種要求的出現(xiàn)使得購(gòu)買者必須花高價(jià)購(gòu)買其專用潤(rùn)滑油，導(dǎo)致作業(yè)成本的提高。對(duì)于很多已經(jīng)過保的進(jìn)口農(nóng)機(jī)，很多購(gòu)買者考慮到機(jī)械的成本，依然不敢使用其他品牌的潤(rùn)滑油，擔(dān)心對(duì)進(jìn)口機(jī)械造成損壞，耽誤農(nóng)忙時(shí)節(jié)的作業(yè)，繼續(xù)選用高價(jià)格的專用潤(rùn)滑油。其實(shí)，對(duì)這類進(jìn)口農(nóng)機(jī)專用潤(rùn)滑油取樣后，經(jīng)過專業(yè)機(jī)構(gòu)的化驗(yàn)表明，一些進(jìn)口農(nóng)機(jī)專門配套使用的潤(rùn)滑油在成分上與國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的潤(rùn)滑油無異，經(jīng)過對(duì)比試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)這類進(jìn)口農(nóng)機(jī)的專用潤(rùn)滑油甚至潤(rùn)滑效果還不及國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的潤(rùn)滑油。經(jīng)過調(diào)研，很多農(nóng)戶表示在進(jìn)口農(nóng)機(jī)潤(rùn)滑油問題上，如果國(guó)內(nèi)自主生產(chǎn)的潤(rùn)滑油，可以充分滿足進(jìn)口農(nóng)機(jī)安全作業(yè)的要求，提供合同保證，同時(shí)價(jià)格合理，他們是非常愿意接受的。這一現(xiàn)象說明了我國(guó)應(yīng)針對(duì)這類進(jìn)口農(nóng)機(jī)的潤(rùn)滑要求進(jìn)行針對(duì)性研究，研發(fā)出充分滿足其作業(yè)條件的潤(rùn)滑油。對(duì)于國(guó)產(chǎn)農(nóng)機(jī)，在農(nóng)機(jī)潤(rùn)滑油方面，很多使用者考慮到作業(yè)成本，切身利益等問題，多采用價(jià)格相對(duì)低廉的潤(rùn)滑油，甚至用汽車潤(rùn)滑油或部分工業(yè)機(jī)械潤(rùn)滑油代替農(nóng)機(jī)潤(rùn)滑油。這說明了在我國(guó)農(nóng)機(jī)潤(rùn)滑油行業(yè)仍然存在無專門用油的現(xiàn)象，使得農(nóng)機(jī)潤(rùn)滑油的質(zhì)量得不到保證，需盡快制定完整的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范的市場(chǎng)要求。針對(duì)農(nóng)機(jī)工作環(huán)境相對(duì)惡劣、機(jī)具體型較大、低速重載的特點(diǎn)，使得對(duì)農(nóng)機(jī)潤(rùn)滑油有著特殊要求。國(guó)內(nèi)自主研發(fā)的農(nóng)機(jī)潤(rùn)滑油與世界先進(jìn)水平仍然有著一定的差距。為了滿足農(nóng)業(yè)機(jī)械作業(yè)條件，保證潤(rùn)滑油品質(zhì)，農(nóng)業(yè)機(jī)械潤(rùn)滑要求，從基礎(chǔ)油到部分添加劑，多數(shù)廠家仍選擇從國(guó)外進(jìn)口。單從添加劑方面來看，在中低端農(nóng)機(jī)潤(rùn)滑油添加劑我國(guó)可以自行生產(chǎn)研發(fā)，但在高端添加劑方面，我國(guó)仍需進(jìn)口。我國(guó)農(nóng)機(jī)潤(rùn)滑油的研究工作方興未艾，鑒于此，對(duì)其展開深入研究，針對(duì)農(nóng)機(jī)作業(yè)特點(diǎn)研發(fā)出適宜且高效的潤(rùn)滑油變得尤為重要。

2納米添加劑

隨著材料科學(xué)與摩擦學(xué)領(lǐng)域的不斷發(fā)展，近代測(cè)試設(shè)備與技術(shù)的不斷進(jìn)步，納米材料作為前沿內(nèi)容也隨之活躍起來，諸多的摩擦學(xué)問題也因此得到解決。納米材料因自身獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，使其具有尺寸效應(yīng)，表面與界面效應(yīng)等特性，利用其優(yōu)質(zhì)特性，提高潤(rùn)滑油摩擦性能[2]。目前常用的納米添加劑種類分為納米金屬單質(zhì)，主要有納米銅、納米鈦、納米鉛、納米鋅、納米錫等；納米金屬氧化物與氫氧化物，主要有納米Fe3O4、納米n-TiO2、納米PbO、納米n-Mg（oh）2等；納米碳材料及其C衍生物類，主要有納米石墨、納米富勒烯、碳納米管、納米類富勒烯等；納米硫化物，主要有ZnS、MoS2等；納米硼酸鹽，主要有硼酸鈣、硼酸鈦、硼酸鋁、硼酸鎂等；納米稀土類化合物，主要有納米LaF3、納米CeF3等；納米聚合物，主要有聚苯乙烯（PS）納米微球等高分子納米微球。這七類納米添加劑經(jīng)過實(shí)驗(yàn)表明，將其加入到潤(rùn)滑油當(dāng)中，均起到了較好的減磨抗磨作用。

2.1納米添加劑的作用機(jī)理

目前，針對(duì)納米材料作為潤(rùn)滑油添加劑的作用機(jī)理沒有明確的研究結(jié)論，總結(jié)起來分為以下三種：1）發(fā)生摩擦?xí)r，在高溫高壓條件下，納米材料因自身的吸附能力較強(qiáng)，在發(fā)生摩擦的摩擦副表面形成一層薄膜，這種納米薄膜具有很好的韌性與抗彎抗磨強(qiáng)度，很大程度提高了摩擦副承載能力，在發(fā)生摩擦?xí)r優(yōu)先在薄膜處發(fā)生摩擦，減小其摩擦磨損[3]。特別是在無潤(rùn)滑條件時(shí)，可起到應(yīng)急潤(rùn)滑油作用。2）發(fā)生摩擦?xí)r，納米粒子的尺寸微小，可以近似為球型，高壓下納米晶格發(fā)生滑移現(xiàn)象，在摩擦副表面起到一種類似“滾珠微軸承”的作用，將滑動(dòng)摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)椴糠譂L動(dòng)摩擦，降低摩擦，減少磨損，提高抗擠壓性能。3）發(fā)生摩擦?xí)r，摩擦副表面的納米粒子，從微凸體狀態(tài)在高壓下被壓平，隨著納米粒子沉積的積累增加，逐漸滑落覆蓋到產(chǎn)生磨損的摩擦副凹坑處，填補(bǔ)微坑和損傷的部位，將摩擦副表面修復(fù)平整。

2.2納米添加劑針對(duì)農(nóng)機(jī)潤(rùn)滑油的優(yōu)勢(shì)

目前傳統(tǒng)潤(rùn)滑油只能起到潤(rùn)滑作用，面對(duì)農(nóng)機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)高溫高壓高負(fù)載的條件時(shí)，可能出現(xiàn)結(jié)塊和積碳，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生傷害，增加了發(fā)動(dòng)機(jī)的磨損。納米添加劑的出現(xiàn)很大程度對(duì)農(nóng)機(jī)潤(rùn)滑油性能進(jìn)行了改善，提高潤(rùn)滑效果。針對(duì)農(nóng)機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)工作特點(diǎn)，解決了高溫高壓高負(fù)載工作條件下，傳統(tǒng)潤(rùn)滑油無法解決的問題。1）提高抗磨減磨性。納米添加劑與目前傳統(tǒng)潤(rùn)滑油添加劑相互比較，明顯發(fā)現(xiàn)潤(rùn)滑性能優(yōu)異，大幅度減小摩擦磨損，經(jīng)過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，納米潤(rùn)滑油換油周期延長(zhǎng)，長(zhǎng)時(shí)間工作后的摩擦副表面磨斑磨痕較少，修復(fù)了摩擦表面。2）高溫領(lǐng)域應(yīng)用穩(wěn)定。目前高效的農(nóng)機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)都是在高溫高壓下工作，因此對(duì)潤(rùn)滑油工作溫度的要求也越來越高。納米材料原本在高溫高壓條件下，易發(fā)生團(tuán)聚，沉積，隨著表面改性技術(shù)的提高，對(duì)納米材料表面進(jìn)行修飾，解決了納米材料的團(tuán)聚，沉積的問題，使其在高溫高壓條件下可以穩(wěn)定工作，且具有很好的熱穩(wěn)定性，導(dǎo)熱性。3）節(jié)能環(huán)保，微量高效。納米添加劑的應(yīng)用符合國(guó)家環(huán)保的號(hào)召，對(duì)環(huán)境污染問題有著很大的改善，減少了摩擦過程中產(chǎn)生的有毒有害氣體和雜質(zhì)，降低潤(rùn)滑油中重金屬的含量，避免環(huán)境污染和對(duì)人體的傷害。同時(shí)，提高了機(jī)器工作效率，降低摩擦磨損導(dǎo)致能源的浪費(fèi)，微量的納米添加就可以實(shí)現(xiàn)大幅度降低摩擦因數(shù)，提高潤(rùn)滑油的減磨抗磨能力，起到了節(jié)能環(huán)保，微量高效的作用。

3發(fā)展趨勢(shì)

如今伴隨農(nóng)業(yè)機(jī)械化的飛速發(fā)展，農(nóng)機(jī)潤(rùn)滑油想要符合愈發(fā)先進(jìn)，高效的農(nóng)業(yè)機(jī)械的使用要求，必須要不斷提高質(zhì)量，制造出有著卓越性能的新產(chǎn)品，研發(fā)更為優(yōu)質(zhì)、高效、環(huán)保、節(jié)能的農(nóng)機(jī)潤(rùn)滑油。將納米添加劑應(yīng)用到農(nóng)機(jī)潤(rùn)滑油，可以滿足農(nóng)機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)高溫高壓高負(fù)載的要求，提高潤(rùn)滑性能，降低摩擦磨損，減少排放，提高作業(yè)效率，有著較高的應(yīng)用推廣價(jià)值。由于納米材料自身的性質(zhì)，其穩(wěn)定性與分散性還需要得到進(jìn)一步的提升，選擇最為適宜的活性劑是解決問題的關(guān)鍵，未來應(yīng)深入研究納米材料與油品的兼容性。制備納米添加劑的技術(shù)目前仍然處于實(shí)驗(yàn)室階段，未來能否批量生產(chǎn)也值得探究。綜上所述，納米添加劑在農(nóng)機(jī)潤(rùn)滑領(lǐng)域有著不錯(cuò)的前景也有著諸多問題需要繼續(xù)探究。

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作者：韓嘉慶 周桂霞 賈鴻搏 趙勝雪 胡軍 隋新 單位：黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)