锂盐型电力复合脂的导电性和摩擦学性能.pdf

第 5 1 卷第 1 5期 2 0 1 5 年8 月 机械工程学报 J OURNAL OF M ECHANI CAL ENGI NEERI NG VOl _ 5 1 Au g N O 1 5 2 0 1 5 DoI ： 1 0 39 01 J M E 2 01 5 1 5 0 61 锂盐型电力复合脂的导电性和摩擦学性能 葛翔宇 夏延秋 1 , 2 冯 欣 宋玉旺 樊小强 2 f 1 华北电力大学能源动力与机械工程学院北京 1 0 2 2 0 6 ； 2 中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室兰州 7 3 0 0 0 0 ) 摘要：以三种锂盐：四氟硼酸锂( L i B F 4 ) 、六氟磷酸( L i P F 6 ) 和双三氟 甲烷磺酰亚胺( L i N T f 2 ) 作为锂基润滑脂导电剂制得了 三种电力复合脂。分别采用 DDS J 3 0 8 A型电导率仪，GE S T - 1 2 1型体积表面电阻率测试仪和 HL Y - 2 0 0 A型回路电阻测试仪 对电力复合脂的导电性进行了测试。并采用 Op t i mo l S R V - I 型振荡往复摩擦磨损试验机对电力复合脂在室温下的摩擦学性能 进行了测试 。结果表明，三种锂盐可以提高润滑脂的导电性，还可以改善润滑脂的摩擦学性能。利用Mi c r o X AM3 D 轮廓扫 描仪测量了磨痕体积，采用扫描电子显微镜和P HI 5 7 0 2型多功能 x射线光电子能谱仪对磨损表面进行了表征和分析。分析 结果表明，在摩擦过程中形成了包含吸附膜和化学反应膜的边界膜，使得减摩抗磨性能得到了改善。 关键词：电力复合脂；摩擦磨损；锂盐；电导率；体积电阻率：接触 电阻 中图分类号 ：T H1 1 7 El e c t r i c a l Co n du c t i v i t i e s a n d Tr i b o l o g i c a l Pr o pe r t i e s o f Li t hi u m S a l t s Co nd u c t i v e Gr e a s e GE Xi a n g y u XI A Ya nq i u FENG Xi n S ONG Yu wa ng F AN Xi a o q i a n g ( 1 S c h o o l o f E n e r g y P o we r a n d Me c h a n i c a l E n g i n e e r i n g ， No r t h C h i n a E l e c t r i c P o we r U n i v e r s i t y , B e ij i n g 1 0 2 2 0 6 ； 2 S t a t e Ke y La b o r a t o r y o f S o l i d L u b r i c a t i o n ， La n z h o u I n s t i t u t e o f C h e mi c a l P h y s i c s ， C h i n e s e Ac a d e my o f S c i e n c e s ， L a n z h o u 7 3 0 0 0 0 ) Ab s t r a c t ：T h r e e k i n d s o f c o n d u c t i v e g r e a s e a r e p r e p are d b y a d d i n g t h r e e l i t h i u m s a l t s ， i n c l u d i n g l i t h i u m t e t r a fl u o r o b o r a t e ( L i B F 4 ) ， l i thi u m h e x a fl u o r o p h o s p h a t e( L i P F 6 )a n d l i t h i u m b i s( t r i f l u o r o me t h ane s u l f o n a mi d e )( L i NT f 2 )i n l i thi u m gre a s e T h e e l e c t r i c a l c o n d u c t i v e p r o p e r t i e s o f the p r e p are d c o n d u c t i v e gre a s e s are e v a l u a t e d b y u s i n g a DDS J - -3 0 8 A c o n d u c t i v i t y me t e r ,a GES T - 1 2 1 v o l u me s u r f a c e r e s i s t a n c e t e s t e r an d a HL Y- 2 0 0 A c i r c u i t r e s i s t a n c e t e s t e r , r e s p e c t i v e l y An d the t r i b o l o g i c a l b e h a v i o r s o f t h r e e k i n d s o f l i thi um s a l t s a r e i n v e s t i g a t e d b y an Op t i mo l S R V - I o s c i l l a t i n g r e c i p r o c a t i n g f r i c t i o n and we ar t e s t e r a t r o o m t e mp e r a t u r e ( R T ) T h e r e s u l t s d e mo n s t r a t e tha t the a d d i t i o n o f l i t h i u m s a l t s c a l l e n h a n c e t h e l i t h i um g r e a s e c o n d u c t i v i ty and a l s o d r a ma t i c a l l y i mp r o v e the t r i b o l o g i c a l p r o p e rti e s o f l i thi u m gre a s e ， th e we ar v o l ume s a r e v a l u e d b y M i c r o XAM 3 D n o n c o n t a c t s u r f a c e m a p p i n g p r o fi l e r , we a r s u r f a c e a r e c h ara c t e r i z e d a n d a n a l y z e d b a s e d o n s c a n n i n g e l e c t r o n mi c r o s c o p e ( S E M)and P H I - 5 7 0 2 mu l t i f u n c t i o n a l X r a y p h o t o e l e c t r o n s p e c t r o me t e r ( xP s ) The r e s u l t s i n d i c a t e the i mp r o v e me n t o f t r i b o l o g i c a l p r o p e r t i e s s h o u l d a t t r i b u t e t o the f o r ma t i o n o f b o u n d a r y fil m c o n s i s t i n g o f b o t h a b s o r p t i o n fi l m an d c h e mi c a l r e a c t i o n fil m Ke y wo r d s ：c o n d u c t i v e gre a s e ；f r i c ti o n and we ar；l i t h i um s a l t s ；c o n d u c t i v i ty；v o l um e r e s i s t i v i ty；c o n t a c t r e s i s t a n c e 0 前言 现代 电力系统、 自动控制系统和信息传输系统 设备 中都存在 电接触现象u J ，电接触广泛应用于电 路开关，电连接器，集成 电路，微 电子机械系统， 动力机械设备和输变 电设备L z j 。 动力机械设备和 电 力设备在使用中均需要涂覆润滑脂( 图 1 ) J ，与传 统润滑脂不 同，电力复合脂在载流条件下工作 ，担 2 0 1 4 0 8 2 8收到初稿，2 0 1 5 0 5 0 8收到修改稿 负着在微动接触状态下传递电能、电信号等重要任 务，因此要求电力复合脂具有 良好的导电性；同时， 电力复合脂还要具有高抗磨损能力和机械强度 ，以 保证具有优 良的减摩抗磨性能，从而保证各种动力 机械设备、 输变 电设备等运行的可靠性和稳定性 J 。 目前的电力复合脂通常选用金粉 、银粉和铜粉 等金属粉末 以及碳系导 电材料作 为润滑脂 的导 电 剂 ，这些金属粉末随润滑脂填充在电接触面的缝隙 中，增大导电接触面，降低接触 电阻。然而 由于金 粉、银粉价格 昂贵，难以大规模使用，铜粉易氧化 ， 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 机械工程学报 第 5 1 卷第 1 5期 5 】陈文华，吴友义，高亮，等电连接器真空环境试验电 压加载方式研究 J 机械工程学报，2 0 0 9 ，4 5 ( 7 ) ：1 - 6 CHE N W e n h u a ，WU Yo u y i ， GAO L i a n g，e t a 1 Re s e a r c h o n e n v i r o n me n t t e s t v o l mg e l o a d i n g me t h o d o f e l e c t r i c a l c o n n e c t o r i n v a c u u m J J o u r n a l o f Me c h a n i c a l E n g l n e e r i n g ，2 0 0 9 ，4 5 ( 7 ) ：1 - 6 。 6 米红英，郭小川，杨廷栋，等 滚动轴承润滑脂的噪声 特性 及 低 噪声 脂 的 合成 J 机 械 工程 学 报 ，2 0 0 6 ， 4 2 ( 9 ) ：2 3 3 2 3 8 MI Ho n g y i n g ，GUO Xi a o c h u a n，YANG Ti n g d o n g，e t a 1 Ro l l i n g b e a r i n g g r e a s e s n o i s e f e a t u r e a n d d e v e l o p me n t o f l o w n o i s e gre a s e J C h i n e s e J o u r n a l o f Me c h ani c a l E n g i n e e ri n g ，2 0 0 6 ，4 2 ( 9 ) ：2 3 3 2 3 8 7 】张晓光，徐健键， 林学栋润滑脂管道流动阻力的测试 研究 J 】 机械工程学报，2 0 0 5 ，4 1 ( 1 0 ) ：1 8 5 1 9 2 Z H AN G Xi a o g u a n g ，X U J i a n j i a n ，L I N X u e d o n g S t u d y o n r e s i s t a n c e t e s t o f t h e flo wi n g o f l u b ri c a t i n g g r e a s e i n p i p e J C h i n e s e J o u r n a l o f Me c h ani c a l E n g i n e e ri n g ， 2 0 0 5 ，4 1 ( 1 0 ) ：1 8 5 1 9 2 8 】Y AS A R I ， C A NAK C I A， A RS L A N F T h e e ff e c t o f b r u s h s p ri n g p r e s s u r e o n t h e we a r b e h a v i o r o f c o p p e r - gra p h i t e b r u s h e s w i th e l e c t r i c a l c u r r e n t J T r i b o l o g y I n t e r n a t i o n a l ，2 0 0 7 ，4 0 f 9 ) ： 1 3 8 1 - 1 3 8 6 【 9 L E R OY S ，MAR T I N E Z H，DE D R Y VE R E R，e t a 1 I n flu e n c e o ft h e l i thi u m s a l t n a t u r e o v e r t h e s u r f a c e f i l m f o r m a t i o n o n a gra p h i t e e l e c t r o d e i n L i - i o n b a t t e rie s ： An X P S s tud y J A p p l i e d S u r f a c e S c i e n c e ，2 0 0 7 ，2 5 3 ( 1 1 ) ： 4 8 9 5 4 9 0 5 1 0 】T A MU R A T ，HA C HI D A T，YO S H I DA K，e t a 1 Ne w g l y me - c y c l i c i mi d e l i thi u m s a l t c o mp l e x e s a s t h e rm a l l y s t a b l e e l e c tr o l y t e s f o r l i thi u m b a tt e r i e s J J o u r n a l o f P o w e r S o u r c e s ，2 0 1 0 ，1 9 5 ( 1 8 ) ：6 0 9 5 6 1 0 0 【 1 1 】F AN M J ，L I A NG Y，Z H OU F ，e t a 1 Dr a ma t i c a l l y i mp r o v e d f ric t i o n r e d u c t i o n a n d we ar r e s i s t an c e b y i n s i t u f o r me d i o n i c l i q u i d s J R S C A d v a n c e s ，2 0 1 2 ，2 ( 1 7 ) ： 6 8 2 4 6 8 3 0 1 2 何懿 峰，孙洪伟 ，段庆华润滑脂合成机理探索 J 】 石 油学报，2 0 0 9 ，2 5 ( B 0 9 ) ：9 8 1 0 2 HE Y i f e n g ， S U N Ho n g we i ， D UA N Q i n g h u a E x p l o r a t i o n o f me c h a n i s m for s y n t h e s i s o f l u b r i c a t i n g g r e a s e J A c t a P e t r o l e i S i n i c a ，2 0 0 9 ，2 5 ( B 0 9 ) ：9 8 - 1 0 2 1 3 】F AN X Q，XI A Y Q，WANG L P S t u d y o f t h e c o n d u c t i v i t y an d t r i b o l o g i c a l p e r f o rm a n c e o f i o n i c l i q u i d a n d l i t h i u m gre a s e s J T r i b o l o g y L e t t e r s ，2 0 1 4 ，5 3 ( 1 ) ： 281 291 【 1 4 Z H ANGHB， X I AYQ， Y A OM H， e t a 1 T h e i n fl u e n c e s o f me t h y l gro u p a t C2 p o s i t i o n i n i mi d a z o l i u m r i n g o n t r i b o l o g i c a l p r o p e r t i e s J T r i b o l o g y L e tt e r s ， 2 0 0 9 ， 3 6 ( 2 ) ： 1 0 5 1 l 1 1 5 】N I S T S t a n d a r d R e f e r e n c e Da ta b a s e 2 0 ，V e r s i o n 3 5 【 E B C P 2 0 1 2 0 7 - 1 6 h t t p ： s r d a ta n i s t g o v x p s 1 6 】WA NGLB，WA NGB，WA NGXB，e t a 1 T r i b o l o g i c a l i n v e s t i g a t i o n o f C a F 2 n ano c r y s tal s a s gre a s e a d d i t i v e s J T r i b o l o g y I n t e rna t i o n a l ，2 0 0 7 ，4 0 ( 7 ) ：1 1 7 9 - 1 1 8 5 1 7 】J I A Z F ，XI A Y Q，L I J L ，e t a 1 F ri c t i o n a n d we a r b e h a v i o r o f d i a mo n d - l i k e c arb o n c o a t i n g o n p l a s ma ，n i t r i d e mi l d s t e e l u n d e r b o u n d a r y l u b r i c a t i o n J T r i b o l o g y I n t e rna t i o n a l ，2 0 0 9 ，4 3 ( 1 ) ：4 7 4 4 8 2 1 8 】WAG E RCD，R I N GW M，D A VI DS LE H a n d b o o k o f X- r a y p h o t o e l e c t r o n s p e c tr o s c o p y M P e r k i n E l me r ： P h y s i c a l El e c t r o n i c s Di v i s i o n P r e s s ， 1 9 7 9 【 1 9 WAN G Z ，XI A Y，L I U Z C o m p a r a t i v e s tud y o f the t r i b o l o g i c a l p r o p e r t i e s o f i o n i c l i q u i d s a s a d d i t i v e s o f t h e a t t a p u l g i t e a n d b e n t o n e gre a s e s J L u b ri c ant S c i e n c e ， 2 0 1 2 ，2 4 ( 4 ) ：1 7 4 - 1 8 7 2 0 WAN G Z，X Y，L I U Z S tud y t h e s e n s i t i v i t y o f s o l i d l u b ri c a t i n g a d d i t i v e s t o a t t a p u l g i t e c l a y b a s e gre a s e J T r i b o l o g y L e t t e r s ，2 0 1 1 ，4 2 ( 2 ) ：1 4 1 - 1 4 8 2 1 】C O S T E L L O M S t u d y o f s u r f a c e fi l ms o f a mo r p h o u s an d c r y s t a l l i n e o v e r - b a s e d c a l c i u m s u lp h o n a t e b y X P S and AE S J T r i b o l o g y T r a n s a c t i o n ，2 0 0 6 ，4 9 ： 5 9 2 5 9 7 【 2 2 L I S OWS KI W ， V AN D E N B E R GAH J ， S MI T HE RSM， e t a 1 Ch ara c t e r i z a t i o n o f t h i n a l um i n a fi l ms p r e p are d b y me t a l - o r g a n i c c h e mi c a l v a p o ur d e p o s i t i o n( MO C V D) b y h i g h r e s o l u t i o n S E M ， ( A R) XP S a n d AE S d e p t h p r o fi l i n g J F r e s e n i u s J o u r n a l o f A n a l y t i c a l C h e mi s t r y ， 1 9 9 5 ，3 5 3 ( 5 8 1 ：7 0 7 7 1 2 作者简介：葛翔宇，男，1 9 8 7年出生，博士研究生。主要研究方向为电 力复合脂的合成与技术表征 。 E - ma i l ：g e x y h o t ma i l c o rn 夏延秋( 通信作者) ，男，博士，教授，博士研究生导师。主要研究方向 为合成润滑油及高性能添加剂的合成与制各研究、 润滑油及其添加剂的 摩擦化学研究、机械设备的润滑原理和润滑技术研究、功能化材料的制 备和摩擦润滑研究、设备的润滑与监测研究。 E ma i l ：x i a y q n c c p u e d u o i l 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m