微间隙受限生物柴油成膜特性及润滑性能研究

Biodiesel is a promising alternative diesel fuel to solve the global energy and environmental problems. In diesel engine, a lot of high precision frictional pairs are lubricated by diesel. When biodiesel is employed, lubricating properties of biodiesel are key factors determining performance and service life of diesel engine. This project aims to reveal mechanism of biodiesel lubrication by investigating film forming ability and lubricating properties of confined biodiesel at microgap. In this project, relationship between impact factors (components of biodiesel, load, speed and temperature) and lubricating properties will be qualitatively or quantitatively investigated. Wear process will be monitored in situ to study wear mechanism of frictional pair under lubrication of biodiesel. Structures and elementary compositions of worn surface will be characterized. It has been reported that biodiesel is easily oxidized. Lubricating properties of biodiesel after oxidation will studied as well. Finally, a physical model describing formation of lubricating film and evolution of wear at the contact will be proposed based on obtained results. Results in this study will provide profitable information for further application of biodiesel.

将生物柴油作为石化柴油的替代品是我国发展绿色能源、解决能源供需矛盾和环境污染问题的重要途径之一。在发动机运行过程中，大量的滑动摩擦副依靠燃油自身进行润滑，因此燃油的润滑性能在很大程度上决定了发动机的运行稳定性和寿命。本项目以研究生物柴油在微间隙受限条件下的成膜能力为基础，探索生物柴油的润滑机理和摩擦学性能；研究主要影响因素（成分、载荷、速度、温度）对润滑性能的作用规律;在线监测摩擦副表面磨损产生和发展的过程，分析磨损表面的结构和成分，探索摩擦副磨损原理；研究氧化对生物柴油成膜能力和润滑性能的影响。建立符合实际的生物柴油润滑条件下摩擦副接触区物理模型，探讨改善生物柴油体系润滑性能的有效途径，为生物柴油的应用与推广提供理论依据。

生物柴油由于其良好的排放性能而受到广泛的关注，欧美及我国都将其作为未来最有潜力的石化燃料替代品之一。发动机中大量重要摩擦副在运行过程中都需要燃油来进行润滑，因此，当生物柴油作为替代燃料的时候，除了燃烧性能外，它的润滑能力也是衡量其综合性能的重要指标。由于对生物柴油的研究刚刚兴起，目前对生物柴油润滑性能及影响因素作用规律的研究尚不充分，对生物柴油润滑条件下机械摩擦副磨损产生的机制、发展规律认识也不全面。. 针对目前存在的问题开展课题，经过三年的研究：（1）明确了钢-钢、钢-陶瓷和钢-类金刚石三种接触副在生物润滑条件下的摩擦学行为规律及磨损机理，以及影响因素对摩擦学行为的作用规律。研究结果表明在使用生物柴油作为燃料时，由于陶瓷材料会增加磨损，因此发动机相关部件不宜采用陶瓷材料，适合采用钢材或类金刚石材料，这为发动机材料选择提供了依据。（2）探讨了二维纳米颗粒作为表面涂层材料在生物柴油润滑条件下的性能以及二维材料的作用机理。结果表明在石化柴油和低含量生物柴油润滑条件下，石墨烯与二硫化钼涂层能有效降低摩擦和磨损。但在纯生物柴油润滑条件下，研究涉及到的涂层都不能起到明显减磨和抗磨的作用。（3）考察了抗氧化剂对生物柴油腐蚀性能的影响。当在生物柴油中加入抗氧化剂后，抗氧化剂的基团与生物柴油的游离脂肪酸结合形成了较为稳定的自由基，减缓和阻止了生物柴油对金属表面的腐蚀。研究明确了抗氧化剂减少腐蚀的作用机理，探明了生物柴油对多种金属材料的腐蚀性能，为预测生物柴油对不同材料在的腐蚀效果提供参考。