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50000字硕士毕业论文范文,机械工程师论文:机械活化对高纯度2H-WS2纳米片的影响

论文类型:硕士毕业论文
论文字数:50000字
论点:纳米,性能,润滑油
论文概述:

本文以W03和S为原料,采用机械活化法成功制的了 ws2纳米片,采用XRD、SEM、TEM等手段分析其表征,然后将WS2作为润滑油添加剂研究其摩擦学性能,并对WS2及Ni-WS2纳米片加氢脱氧催化性能进行初步

论文正文:

第1章文献综述

1.1二硫键概述
1.1.1 WS2晶体结构
WS2是一种具有六方晶系的过渡金属硫化物。其结构类似于石墨,具有层状结构,如图1.1所示。石墨由单层碳原子堆叠而成,层中的碳原子通过sp2共价键结合,各层通过范德华力结合。然而,与石墨不同的是,WS2分子层具有夹层结构,一层钨原子夹在两层硫原子之间,硫-钨-硫键通过钨-硫共价键连接,具有很强的结合力,不易断裂。相邻的层通过范德华力连接。结合力很弱,在受到剪切力时容易断裂,导致层间滑动。这也是WS2可以用作固体润滑剂的一个重要原因。虽然WS2层中的原子通过共价键连接,原子外层的电子轨道处于没有空位置的饱和配对状态,但其化学活性相对较弱,稳定性非常好,但边缘的原子由于电子不足以形成共价键而具有空剩余电子轨道,因此其活性相对较高,易于与外界物质结合形成稳定的共价键。
1 . 1 . 2 WS2
起重机二硫化物是起重机和硫的化合物,分子式为WS2,其基本物理性质见表1-2。WS2化学性质稳定,不溶于水和有机溶剂,不与酸和碱反应(浓硝酸和氧氟沙星的混合溶液除外)。WS2还具有良好的耐热性和抗氧化性。即使在50(rc)的工作环境中,WS2 in 空气体的摩擦系数仍然相对较低,并且WS2在保护气氛例如氩气中的较高温度下仍然具有非常低的摩擦系数。当空气体中WS2的温度高于425℃时,它会缓慢氧化,并在表面形成致密的W03保护层,抑制WS2进一步氧化反应,W03的摩擦系数也很低,因此它可以继续起到润滑作用,保护金属摩擦表面不发生凝集。WS2在真空 (lO-lOmmHg)中非常稳定,直到11KTC。在温度超过140℃之前,WS2不会分解。

1.2铭二硫化物
WS2的主要应用具有优异的润滑效果。早在20世纪60年代,美国就使用WS2作为Tai 空航天器的润滑剂。然后,在航空空航天和国防工业领域,这种高性能固体润滑剂被缓慢地应用于工业生产。直到1984年,这种性能优异的固体润滑剂才由于其应用行业的技术保密和封锁而被引入一般工业领域。随着纳米技术的发展,近年来国内外对纳米WS2进行了大量的研究。研究发现,WS2在许多方面具有优异的性能,具有非常广阔的应用前景。目前,WS2的应用主要表现在以下几点。
1.2.1固体润滑剂
WS2由于其特殊的层状结构,使其在剪切力作用下易于层间滑动,可用作性能优异的固体润滑材料。WS2在室温下具有非常低的摩擦系数[5](约0.08),抗压强度为2100兆帕,良好的极压和抗氧化性,在425℃以下长期稳定润滑。WS2家族在某些特定的排列方式下可以产生磁性,因此在润滑过程中可以很好地吸附在摩擦金属表面,从而形成一层纳米保护润滑膜,可以减少磨损面积,保护金属表面。此外,WS2不仅在正常工作条件下具有良好的润滑效果,而且在高温、高压、高负荷、高真空、幸福射线和腐蚀性烛介质摩擦环境下也具有良好的润滑效果。近年来,随着对空富勒烯结构WS2研究的深入,发现它可以将滑动摩擦转化为滚动摩擦,大大降低摩擦系数。因此,这种新型纳米WS2材料优异的润滑性能受到越来越多的关注。
1.2.2自润滑涂层
WS2纳米粒子可以作为添加剂添加到合金元素中,以制备具有自润滑特性的材料,或者与其他材料混合,以制备待镀在金属表面上的膜,以提高其耐磨性。例如,20世纪80年代,美国一些人在金属表面喷涂纳米WS2颗粒,形成一层WS2润滑膜,这大大降低了金属间的摩擦系数,提高了磨具的耐磨性,大大延长了磨具的使用寿命[6]。朱丽娜等人[7]以高纯薄膜为原料,通过两步反应在钢表面获得了厚度约为1/2的32层薄膜,大大降低了钢板之间的摩擦系数和磨损层深度。GiliRSamorodnitzky-Naveh等人通过电沉积在NiTi合金表面涂覆了co和IF-WS2复合涂层,使其摩擦系数降低了66%。
1.2.3润滑油(润滑脂)添加剂
纳米WS2是一种非常好的润滑油(润滑脂)极压添加剂。以色列科学家R. Terme领导的研究小组首先制备了富勒烯结构的WS2,并将其作为添加剂添加到润滑油中,以检测其润滑性能[9]。结果表明,添加无机富勒烯结构的纳米WS2颗粒后,润滑油的润滑性能有了很大的提高。随后,人们对WS2作为润滑油(油脂)添加剂进行了更多的研究。研究表明,纳米WS2颗粒在润滑油(油脂)中具有良好的分散稳定性。纳米WS2颗粒润滑剂不仅具有良好的流体润滑摩擦性能,还具有固体润滑承载能力强的优点。如果在润滑油中加入适量的纳米WS2颗粒(月令),润滑油(润滑脂)的润滑性能会大大提高,其摩擦系数可以降低20%?50%,油膜强度可提高30%~40%,因此纳米WS2的润滑性远远优于纳米MoS2颗粒和石墨[2]。纳米WS2作为一种高性能极压润滑油添加剂,具有非常广阔的应用前景。
1.2.4催化剂
由于WS2内部特殊的层状结构,板材表面和外露边缘的化学活性相对较高,容易发生化学反应,可用于制备高效催化剂。WS2具有良好的裂化性能,作为以WS2为活性成分制备的催化剂,性能稳定可靠,可循环使用,催化寿命长。因此,WS2引起了石化企业的广泛关注,常被用于制备高效加氢脱硫催化剂。此外,WS2还用于催化重整、聚合、脱水、水合、光碱化等过程。WS2在无机功能材料制备领域也是一种性能优异的催化剂。具有单分子层的二维纳米WS2材料可以根据人们的需要重新排列和堆叠,形成具有内部空的新材料。在重排和结合的过程中,可以将其它添加的元素或物质插入层间或颗粒内部,得到复合催化剂或超导材料。颗粒中有巨大的空和内表面积,活性促进剂易于与它们混合,有利于新型高效催化剂的制备。根据日本名古屋工业研究所的研究,WS2在减少二氧化碳产生一氧化碳的过程中可以起到很大的催化作用,这将极大地促进碳循环利用技术的发展,减缓全球变暖的趋势。

1.3二硫化钨的制备工艺1...................2-15
1.4纳米润滑油添加剂概述...................15-19
1.5加氢脱氧催化剂概述...................19-23
1.6本专题的意义和内容...................23-24
第2章实验方案和方法...................24-30
2.1实验流程图...................24[/比尔/] 2.2实验原料和设备...................24-26[/溴/]2.3 WS _ 2纳米片的制备...................26-27
2.4WS _ 2摩擦学性能测试...................27-28[/溴/] 2.5WS _ 2加氢脱氧催化性能测试...................28-30
第三章WS_2纳米片的制备与表征;形态学...................30-41[/溴/] 3.1 WS _ 2纳米片及其表征...................30-35[/溴/] 3.2镍-钨_ 2的表征...................35-39[/溴/] 3.3WS_2反应机理分析...................39-40
3.4本章总结了WS _ 2在...................40-41
第4章...................41-54
4.1 WS _ 2在润滑油中的分散机理...................41-45[/溴/]4.2 WS _ 2作为润滑油添加剂的减摩性能...................45-48
4.3WS _ 2作为润滑添加剂抗磨性能...................48-50[/溴/] 4.4WS _ 2作为润滑剂添加剂的极压性能...................50-53
4.5 WS _ 2作为润滑油添加剂的摩擦机理...................53[/比尔/] 4.6本章概述...................53-54
第五章WS _ 2加氢脱氧催化性能研究...................54-58
5.1 WS _ 2状态对加氢脱氧催化性能的影响...................54-55[/溴/] 5.2镍添加剂添加对WS _ 2加氢脱氧性能的影响...................55-56
5.3不同硫化温度对镍钨加氢脱氧催化性能的影响……56-57 [/BR/] 5.4本章概述...................57-58

结论本文以

W03和S为原料。采用机械活化法成功制备了Ws2纳米片。通过XRD、SEM、TEM等手段对其表征进行了分析。然后以WS2为润滑油添加剂研究其摩擦学性能,并初步探索WS2和镍-WS2纳米片的加氢脱氧催化性能。主要结论如下:
(1)以W03和S为原料,通过机械活化和加热制备了厚度约为30纳米的高纯度2H-WS2纳米片。将自制的WS2纳米片球磨并退火,以获得尺寸在130-150纳米范围内的均匀六边形WS2纳米片。讨论了固化温度和保温时间对WS2纳米片形貌的影响,研究了“82”的固化和自加载过程及其可能的反应机理。
(2)以W03、S和镍(N03)r6H20为原料,采用机械活化法制备了尺寸在100-200 nm范围内的全硫化镍-WS2纳米片。结果表明,当W03与镍(N03)2的摩尔比为3: 1时,镍的硫化物产物在较低的反应温度(600℃)下为NiS,在较高的温度(700℃,840℃)下为NiS;当W03与镍(N03)2的摩尔比为5∶1时,镍在较低温度下以镍的形式存在于产品中。
(3)在润滑油中添加WS2纳米片可以有效提高减摩抗磨性能和极压性能,随着WS2添加量的增加,润滑油的减摩抗磨性能和极压性能也会提高。然而,提高硫化温度会降低润滑油的润滑和抗磨性能,后续处理如WS2的球磨和退火也会降低润滑油的抗磨和抗磨性能以及极压性能。实验结果表明,添加2对% WS2(温度保持在60℃15分钟)基础油的综合摩擦学性能最佳。根据摩擦数据和相关文献,探讨了可能的摩擦学机理。

参考

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[2]杨坤宇。毛大恒。纳米二硫化钨的基本应用和制备方法比较[。中国钨业,2008,23 (4): 42-45 [/BR/] [3]王海都,徐施斌,刘佳俊。微纳硫固体润滑[。北京:科学出版社,2009。
[4]陈石冯昊。毛大恒。纳米WS2在润滑油中的应用及机理研究[。中南大学学报。[2007,42(3):62-65
[5]格雷戈里·S·W,蒂埃里·B .磨损,1999,225/226:581-586
[6]孙惠科,秦伟,罗文东,等.纳米固体润滑材料的制备及微观结构分析[.采矿与冶金,2001,(1): 46-48
[7]朱利玛,王成彪,王海斗,等.两步法制得的WS2复合薄膜的摩擦学性能[J],真空,2010,85:16-21
[8]萨莫洛德尼茨基-纳维·格勒,雷德里奇姆,拉普波特,等.用于镍钛合金减摩的无机物类二硫化钨纳米涂层《纳米医学》,2009,4(8):943-950
[9]格林伯格,赫伯特,乔治,艾锡昂,田纳西。WS2纳米粒子在不同润滑状态下对摩擦减少的影响[。特里博。列特;[2004,17(2):179-186
[10]孙克群,秦伟,罗文东,等.纳米ws2固体润滑材料的制备及微观结构分析[.采矿和冶金,2001,(1): 46-48