农机润滑油中纳米添加剂的应用

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摘要：纳米添加剂的出现，与传统农机润滑油添加剂相比有着无法比拟的优势。针对国内农机润滑油现状及纳米添加剂进行了综述，说明了将纳米添加剂应用于农机润滑油，可以针对农机发动机高温，高压，低速重载的条件，起到降低摩擦系数，减小和修复磨损，增加气缸压力的显著润滑效果。总而言之，纳米添加剂在农机润滑油方面有着较好的发展前景需要继续探究。

关键词：农业机械；纳米添加剂；农机润滑油

引言

润滑油的使用是农业机械正常运行的必要条件，润滑油作为农机发动机良好工作的润滑剂，除了起到润滑和抗磨损的功用之外，也具备冷却、清洁、防锈、防腐和抗氧化的功能。绝大多数农业机械不追求速度而是追求大扭矩和高牵引效率，而交通运输车辆是追求速度与传递效率的均衡。因此，农业机械变速箱与交通运输车辆变速箱的传动比和变速方式明显不同，动力输出和工况也不同。当前高性能农用发动机的工作过程中，润滑油由于接触发动机工作产生的废气、灰尘、磨屑和积炭及其它杂质，会对润滑油造成恶性污染，从而影响机器使用效率。因此，面对农业机械工作所需的特定要求及相对恶劣的工作环境等，农机润滑油应该有其特定的研究方向与重点才更为合适。针对农业机械的作业特性，研发适用于农业机械的新品种润滑油，提高润滑油性能，节省能源消耗，提高工作效率，保护环境已经非常重要。纳米添加剂的出现，不仅对传统发动机和交通运输车辆的润滑油有着很大程度的优化，也非常适合应用在农业机械方面。研究表明，纳米粒子可以明显改善润滑油的摩擦特性，提高抗磨减磨作用，兼有固体与液体两种润滑作用，适用于不同的复杂作业条件。纳米添加剂针对农业机械发动机的高温，高压，低速重载的工况，有着显著的润滑效果，可降低摩擦系数，修复磨损，增加气缸压力，改善润滑质量，提高润滑性能，有传统润滑油添加剂无法比拟的优势。因此，纳米添加剂在农机润滑油方面非常具有发展前途[1]。

1我国农机润滑油应用现状

近年来由于我国车辆产业技术的快速提高，作为车辆产业中的农业机械，如拖拉机和收获机，也取得了快速进步。随着国家对农业政策扶持力度加强，农机购置补贴项目资金的增加，使农机普及率不断上升，伴随而来的是我国农机润滑油行业的迅速发展。在农机润滑油行业迅速发展的同时，也涌现了诸多问题。目前，国内性能优异的农机仍多为进口农机，绝大多数进口农机均有与其配套使用的专用润滑油，价格远远高于国内自主生产的润滑油，同时进口农机的销售者对购买者施行捆绑式销售，要求购买者使用其内部专用润滑油，进口农机在保期间如果不使用销售公司提供的润滑油，出现问题后，销售公司不对购买者进行售后服务，这种要求的出现使得购买者必须花高价购买其专用润滑油，导致作业成本的提高。对于很多已经过保的进口农机，很多购买者考虑到机械的成本，依然不敢使用其他品牌的润滑油，担心对进口机械造成损坏，耽误农忙时节的作业，继续选用高价格的专用润滑油。其实，对这类进口农机专用润滑油取样后，经过专业机构的化验表明，一些进口农机专门配套使用的润滑油在成分上与国内生产的润滑油无异，经过对比试验发现这类进口农机的专用润滑油甚至润滑效果还不及国内生产的润滑油。经过调研，很多农户表示在进口农机润滑油问题上，如果国内自主生产的润滑油，可以充分满足进口农机安全作业的要求，提供合同保证，同时价格合理，他们是非常愿意接受的。这一现象说明了我国应针对这类进口农机的润滑要求进行针对性研究，研发出充分满足其作业条件的润滑油。对于国产农机，在农机润滑油方面，很多使用者考虑到作业成本，切身利益等问题，多采用价格相对低廉的润滑油，甚至用汽车润滑油或部分工业机械润滑油代替农机润滑油。这说明了在我国农机润滑油行业仍然存在无专门用油的现象，使得农机润滑油的质量得不到保证，需尽快制定完整的技术标准，规范的市场要求。针对农机工作环境相对恶劣、机具体型较大、低速重载的特点，使得对农机润滑油有着特殊要求。国内自主研发的农机润滑油与世界先进水平仍然有着一定的差距。为了满足农业机械作业条件，保证润滑油品质，农业机械润滑要求，从基础油到部分添加剂，多数厂家仍选择从国外进口。单从添加剂方面来看，在中低端农机润滑油添加剂我国可以自行生产研发，但在高端添加剂方面，我国仍需进口。我国农机润滑油的研究工作方兴未艾，鉴于此，对其展开深入研究，针对农机作业特点研发出适宜且高效的润滑油变得尤为重要。

2纳米添加剂

随着材料科学与摩擦学领域的不断发展，近代测试设备与技术的不断进步，纳米材料作为前沿内容也随之活跃起来，诸多的摩擦学问题也因此得到解决。纳米材料因自身独特的结构，使其具有尺寸效应，表面与界面效应等特性，利用其优质特性，提高润滑油摩擦性能[2]。目前常用的纳米添加剂种类分为纳米金属单质，主要有纳米铜、纳米钛、纳米铅、纳米锌、纳米锡等；纳米金属氧化物与氢氧化物，主要有纳米Fe3O4、纳米n-TiO2、纳米PbO、纳米n-Mg（oh）2等；纳米碳材料及其C衍生物类，主要有纳米石墨、纳米富勒烯、碳纳米管、纳米类富勒烯等；纳米硫化物，主要有ZnS、MoS2等；纳米硼酸盐，主要有硼酸钙、硼酸钛、硼酸铝、硼酸镁等；纳米稀土类化合物，主要有纳米LaF3、纳米CeF3等；纳米聚合物，主要有聚苯乙烯（PS）纳米微球等高分子纳米微球。这七类纳米添加剂经过实验表明，将其加入到润滑油当中，均起到了较好的减磨抗磨作用。

2.1纳米添加剂的作用机理

目前，针对纳米材料作为润滑油添加剂的作用机理没有明确的研究结论，总结起来分为以下三种：1）发生摩擦时，在高温高压条件下，纳米材料因自身的吸附能力较强，在发生摩擦的摩擦副表面形成一层薄膜，这种纳米薄膜具有很好的韧性与抗弯抗磨强度，很大程度提高了摩擦副承载能力，在发生摩擦时优先在薄膜处发生摩擦，减小其摩擦磨损[3]。特别是在无润滑条件时，可起到应急润滑油作用。2）发生摩擦时，纳米粒子的尺寸微小，可以近似为球型，高压下纳米晶格发生滑移现象，在摩擦副表面起到一种类似“滚珠微轴承”的作用，将滑动摩擦转变为部分滚动摩擦，降低摩擦，减少磨损，提高抗挤压性能。3）发生摩擦时，摩擦副表面的纳米粒子，从微凸体状态在高压下被压平，随着纳米粒子沉积的积累增加，逐渐滑落覆盖到产生磨损的摩擦副凹坑处，填补微坑和损伤的部位，将摩擦副表面修复平整。

2.2纳米添加剂针对农机润滑油的优势

目前传统润滑油只能起到润滑作用，面对农机发动机高温高压高负载的条件时，可能出现结块和积碳，对发动机产生伤害，增加了发动机的磨损。纳米添加剂的出现很大程度对农机润滑油性能进行了改善，提高润滑效果。针对农机发动机工作特点，解决了高温高压高负载工作条件下，传统润滑油无法解决的问题。1）提高抗磨减磨性。纳米添加剂与目前传统润滑油添加剂相互比较，明显发现润滑性能优异，大幅度减小摩擦磨损，经过试验发现，纳米润滑油换油周期延长，长时间工作后的摩擦副表面磨斑磨痕较少，修复了摩擦表面。2）高温领域应用稳定。目前高效的农机发动机都是在高温高压下工作，因此对润滑油工作温度的要求也越来越高。纳米材料原本在高温高压条件下，易发生团聚，沉积，随着表面改性技术的提高，对纳米材料表面进行修饰，解决了纳米材料的团聚，沉积的问题，使其在高温高压条件下可以稳定工作，且具有很好的热稳定性，导热性。3）节能环保，微量高效。纳米添加剂的应用符合国家环保的号召，对环境污染问题有着很大的改善，减少了摩擦过程中产生的有毒有害气体和杂质，降低润滑油中重金属的含量，避免环境污染和对人体的伤害。同时，提高了机器工作效率，降低摩擦磨损导致能源的浪费，微量的纳米添加就可以实现大幅度降低摩擦因数，提高润滑油的减磨抗磨能力，起到了节能环保，微量高效的作用。

3发展趋势

如今伴随农业机械化的飞速发展，农机润滑油想要符合愈发先进，高效的农业机械的使用要求，必须要不断提高质量，制造出有着卓越性能的新产品，研发更为优质、高效、环保、节能的农机润滑油。将纳米添加剂应用到农机润滑油，可以满足农机发动机高温高压高负载的要求，提高润滑性能，降低摩擦磨损，减少排放，提高作业效率，有着较高的应用推广价值。由于纳米材料自身的性质，其稳定性与分散性还需要得到进一步的提升，选择最为适宜的活性剂是解决问题的关键，未来应深入研究纳米材料与油品的兼容性。制备纳米添加剂的技术目前仍然处于实验室阶段，未来能否批量生产也值得探究。综上所述，纳米添加剂在农机润滑领域有着不错的前景也有着诸多问题需要继续探究。

参考文献

[1]石琛.纳米WS2环保节能发动机润滑油的研制及其性能研究[D].中南大学，2010.

[2]何成善，权芳民，贾昆.金属磨损自修复技术在齿轮传动系统中的应用[J].化工机械，2019，46（01）：54-57.

[3]李伟.Al2O3/TiO2复合纳米粉体作为润滑油添加剂的性能研究[D].济南大学，2012.

作者：韩嘉庆 周桂霞 贾鸿搏 赵胜雪 胡军 隋新 单位：黑龙江八一农垦大学