一 基本知識(shí)介紹
納米潤滑是在原子、分子尺度研究相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)界面上的摩擦磨損與潤滑行為，而揭示微觀摩擦磨損機(jī)理，設(shè)計(jì)與制備出納米尺度上的潤滑劑及摩耐磨材料的學(xué)科。它是隨著納米科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展而派出來的，是90年代以來摩擦學(xué)研究領(lǐng)域活躍的，也是材料科學(xué)與摩擦學(xué)交叉領(lǐng)域前沿的內(nèi)容。它產(chǎn)生的推動(dòng)力來源于高技術(shù)發(fā)展的需求，同時(shí)近代測試技術(shù)的不斷出現(xiàn)也推動(dòng)了納米摩擦學(xué)的發(fā)展。高技術(shù)中的諸多摩擦學(xué)問題都對(duì)其抗磨、防擦及潤滑提出更高的要求。但是無機(jī)納米粒子油溶性差, 一般是靠分散劑的作用或借助強(qiáng)力攪拌、超聲分散將納米粒子分散在基礎(chǔ)油中。但是由于納米粒子粒度小, 表面能高, 粒子之間容易發(fā)生團(tuán)聚, 納米材料在潤滑油中的分散和穩(wěn)定成為限制其在潤滑油添加劑中應(yīng)用的主要問題。選擇表面修飾劑不僅要考慮其油溶分散性、穩(wěn)定性, 還要考慮表面活性劑解吸后在油中要有良好的摩擦學(xué)性能。目前采用的表面修飾劑主要有: 二烷基二硫代磷酸(DDP)、烷基磷酸醋、硬脂酸、油酸、EHA、含N 有機(jī)化合物等。
二 納米潤滑添加劑的研究進(jìn)展
同常規(guī)材料相比，納米材料是一種低維材料。由于材料的超細(xì)化，其表面層原子占有很大的比重，所以納米材料實(shí)際上是晶粒中原子的長程有序排列與無序界面成分的組合。將納米材料應(yīng)用于潤滑體系，是一個(gè)全新的研究領(lǐng)域。目前，被用作潤滑油添加劑加以研究的納米微粒主要有納米單質(zhì)、納米氧化物、納米氮化物、納米碳化物、納米氫氧化物、納米硫化物、納米稀土化合物以及聚合物納米微粒等。其中低熔點(diǎn)金屬，例如錫、銦、鉍及其合金等，是常用的膜潤滑材料和防護(hù)材料。這類金屬的納米微粒作為潤滑油添加劑有望潤滑油的摩擦學(xué)性能。鉍納米微粒添加劑的研究表明，鉍是“環(huán)境友好”的、與S、P、Cl 等元素有良好協(xié)同性的、可以取代鉛的重金屬元素。但是，目前這類金屬的納米微粒通常是由化學(xué)法來制備的。例如錫和銦納米微粒常常通過相應(yīng)的金屬有機(jī)化合物熱分解來制備，鉍納米微粒是還原法來合成的，這些方法僅適宜于實(shí)驗(yàn)室研究。對(duì)于這類金屬及其合金納米微粒，可以采用直接分散的方法進(jìn)行制備。這種方法的特點(diǎn)是使用單一的試劑（金屬單質(zhì)或合金），并且金屬單質(zhì)的成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其相應(yīng)的金屬鹽、金屬有機(jī)化合物, 因此這種方法有獲得工業(yè)化的可能。
三 可行性和現(xiàn)實(shí)意義
錫、銦、鉍及其合金的熔點(diǎn)都低于300℃，許多有機(jī)溶劑的沸點(diǎn)都高于這一溫度，并能長時(shí)間保持穩(wěn)定，因此便于找到合適的反應(yīng)介質(zhì)。直接分散法制備錫、銦和鉍納米微粒及其摩擦學(xué)性能納米微粒由于具有特殊的物理化學(xué)性能和較小的粒子尺寸在摩擦領(lǐng)域中倍受關(guān)注, 而將納米微粒用作潤滑油添加劑是近年來潤滑領(lǐng)域中的一個(gè)研究熱點(diǎn)。研究表明納米微粒由于自身組成和結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)，具有不同于傳統(tǒng)有機(jī)潤滑添加劑的潤滑特性。具體表現(xiàn)在以下三個(gè)方面：（1）納米微粒多為球形，它們?cè)谀Σ翆?duì)偶面間可能起一種類似“球軸承”的作用，從而有效提高潤滑油的摩擦學(xué)性能；（2）在重載荷和高溫下，摩擦對(duì)偶面間的納米微?？赡鼙粔浩剑纬梢换瑒?dòng)系，從而降低摩擦和磨損；(3) 納米微?？梢蕴畛湓诠ぜ砻娴奈⒖雍蛽p傷部位，有可能實(shí)現(xiàn)摩擦表面的原位修復(fù)。金屬納米微粒潤滑劑兼有納米微粒上述三種機(jī)制的聯(lián)合作用，被認(rèn)為有可能成為新一代的潤滑添加劑。
四  舉例---錫納米微粒潤滑劑的制備和表征及其摩擦學(xué)性能

錫納米微粒的形成機(jī)理分析：
根據(jù)以上的分析，可以看出錫納米微粒形成過程主要涉及到以下幾個(gè)方面：錫液滴在剪切力作用下的分散和再分散、錫液滴表面的氧化鈍化以及液滴表面吸附溶劑分子等。錫納米微粒可能是通過以下的機(jī)制形成的：首先較大的金屬液滴在剪切力的作用下被分散成較小的滴，這是一個(gè)動(dòng)力學(xué)不穩(wěn)定過程。在這個(gè)分散過程中體系總的界面能是增加的，這些小液滴傾向于團(tuán)聚成大的液滴以降低體系總的表面能，所以單一的剪切作用并不能完成金屬液滴的超細(xì)化。另一方面，金屬液滴的新生表面具有很高的活性，易與介質(zhì)中的氧發(fā)生反應(yīng)形成氧化物殼層。一旦液滴表面形成了氧化物殼層，氧化物殼層將有效地阻止液滴間的熔合；同時(shí)，氧化物層能夠有效地吸附溶劑分子，在液滴表面形成有機(jī)分子包覆層，這個(gè)有機(jī)包覆層將大大提高金屬液滴在溶劑中的穩(wěn)定性。其次，在氧化物層的存在下，金屬液滴被進(jìn)一步分散成更小的液滴，形成納米量級(jí)的金屬液滴。，通過降低體系的溫度，這些小液滴就轉(zhuǎn)變成金屬納米微粒。

錫納米微粒的摩擦學(xué)性能
 

以上給出了摩擦系數(shù)與添加濃度的關(guān)系曲線, 固定載荷300 N。一般認(rèn)為納米微粒的添加對(duì)系統(tǒng)減摩性能產(chǎn)生兩種相反的效應(yīng): 一方面, 納米微粒在摩擦表面能夠有效的滾動(dòng)從而降低摩擦系數(shù); 另一方面納米微粒的加入破壞了摩擦表面潤滑油膜的完整性, 引起油膜局部擾動(dòng), 使摩擦系數(shù)增大。納米微粒的減摩效果主要取決于這兩種效應(yīng)的加和, 當(dāng)滾動(dòng)效果占優(yōu)勢時(shí), 表現(xiàn)為摩擦系數(shù)減小, 否則, 摩擦系數(shù)增大。從圖上可以看出, 摩擦系數(shù)對(duì)添加濃度的變化非常敏感。在錫納米微粒添加量為0.25%-1%時(shí), 納米微粒呈現(xiàn)出良好的減摩性能。
減摩抗磨機(jī)理分析：
其作用機(jī)理可歸納如下: ①納米微粒大多為球狀, 能起到類似“球軸承”的作用, 從而提高潤滑性能; ②在重載或高溫條件下, 兩摩擦表面間的球形顆粒壓扁, 形成金屬- 金屬滑動(dòng)系, 從而具有優(yōu)異的極壓和抗磨性能; ③納米微?？梢蕴畛淠Σ帘砻娴奈⒖雍蛽p傷部位, 起到自修復(fù)作用; ④滲透和摩擦化學(xué)反應(yīng)膜機(jī)制, 納米顆粒吸附摩擦表面形成物理吸附膜, 在摩擦過程中通過擴(kuò)散、滲透作用在金屬表面形成具有良好摩擦學(xué)性能的滲透層和擴(kuò)散層, 納米微粒中元素滲透到金屬表面或亞表面與基體組分形成固溶體, 同時(shí)納米微粒也可以在摩擦表面上發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。生成耐磨的化學(xué)反應(yīng)膜; ⑤超光滑表面作用機(jī)制, 硬制納米微粒添加到潤滑油中的作磨光材料的精密拋光; ⑥復(fù)合納米添加劑協(xié)同作用。

前瞻：這不僅是一種簡單使用的方法，而且進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)這還是一種普適的方法對(duì)于錫、銦、鉍及其合金都可用這種方法