凹凸棒石礦物自修復潤滑脂

（1）本書研究成果突破了礦物減摩自修復潤滑脂的制備、礦物表界面活性激發及多因素調控與材料復配等共性關鍵技術瓶頸，闡明了凹凸棒石礦物摩擦反應活性調控及其對機械減摩修復效應的作用機制等關鍵問題。 （2）本書側重于應用基礎研究，內容主要來自作者與所在團隊近年來的研究成果，并極可能吸收了本領域同行學者的研究精華。 （3）作者希望通過本書向廣大讀者介紹凹凸棒石礦物的技術原理、研究現狀、摩擦學行為、自修復性能與作用機理，以期更多專家、學者和工程技術人員了解層狀硅酸鹽礦物減摩自修復材料的特點及應用效果，并促進智能自愈材料與技術的研究發展與工程應用。

摩擦磨損是造成機械設備失效、能源消耗與材料損耗的最主要原因之一，有效地控制摩擦、降低磨損一直是機械工程領域的研究重點。近年來，研發兼具減摩、抗磨和微觀損傷原位修復功能的微納米潤滑材料成為摩擦學領域的前沿熱點。大量研究證實，凹凸棒石、蛇紋石、海泡石、蒙脫石等層狀硅酸鹽礦物材料具有獨特的亞穩態結構和優異的摩擦表界面反應活性，作為潤滑油（脂）添加劑表現出優異的減摩抗磨性能。特別是凹凸棒石礦物粉體經提純處理后呈納米纖維結構，具有一系列獨特的理化性質，將其作為稠化劑引入潤滑脂，可賦予傳統極壓抗磨潤滑脂磨損自修復功能。相關研究是當前摩擦學、表面工程和智能自修復材料研究領域的交叉熱點，涉及節能減排和資源節約，符合國家綠色發展戰略，具有重要的學術價值和工程意義。
本書圍繞凹凸棒石礦物自修復潤滑脂的制備、性能與機理等基礎科學問題和關鍵技術難題，對天然凹凸棒石礦物粉體材料的加工處理、理化性質與表面有機改性，及其與不同固體潤滑劑、油溶性極壓抗磨添加劑、典型納米金屬顆粒等潤滑材料復配后的摩擦學性能及自修復行為與機理等內容進行了重點闡述與介紹。本書內容主要來自作者與所在團隊近年來的最新研究成果，并盡可能地吸收了本領域同行學者的研究精華。作者希望通過本書向廣大讀者介紹礦物減摩自修復材料的技術原理、研究現狀、摩擦學行為、自修復性能與作用機理，以期更多專家、學者和工程技術人員了解層狀硅酸鹽礦物自修復材料的特點及應用效果，并推動該材料的深入研究及推廣應用，為實現國家"碳達峰""碳中和"目標貢獻力量。
全書共分6章，第1章介紹了凹凸棒石礦物的結構、性質及其摩擦學應用；第2章介紹了凹凸棒石礦物粉體的細化、活化、熱處理與表面有機化改性等工藝方法；第3 章介紹了以表面改性凹凸棒石粉體為稠化劑制備礦物潤滑脂的工藝流程，以及不同稠度等級的3類6種礦物潤滑脂的理化性質、摩擦學性能與機理； 第4 章介紹了石墨烯、二硫化鉬和二硫化鎢等典型固體潤滑劑對凹凸棒石礦物潤滑脂摩擦學性能的影響及其作用機制；第5章介紹了油溶性添加劑與凹凸棒石對礦物潤滑脂性能的影響，以及典型油溶性抗磨劑、固體潤滑劑和凹凸棒石礦物復配對礦物潤滑脂摩擦學性能、自修復層微觀結構及減摩自修復機理的影響規律；第6章介紹了納米銅和納米鎳顆粒對凹凸棒石礦物潤滑脂摩擦學性能的影響。
本書各章編寫人員為： 第1章，于鶴龍、許一、張偉、白志民、史佩京、蔡志海；第2章，許一、南峰、尹艷麗、王利民、張博、張仲；第3章，于鶴龍、許一、張博、王紅美、周克兵、楊喆、王申；第4章，許一、尹艷麗、吉小超、魏敏、王思捷； 第5章，許一、南峰、周新遠、宋占永、俞傳永；第6章，于鶴龍、許一、南峰、趙陽、趙春鋒。全書由尹艷麗統稿。
本書的順利出版得益于國家自然科學基金項目"硅酸鹽礦物/鐵基復合涂層的自修復反應活性調控及其摩擦學行為與機理(52075544)""軟金屬/類陶瓷復合自修復膜的摩擦原位制備、主動控制與機理(51005243)""亞穩態硅酸鹽/金屬復合材料的制備及自修復行為與機理研究(50904072)""金屬基體上原位形成摩擦修復膜的優化設計與機理研究(50805146)"，國家重點研發計劃課題"重大裝備用礦物減摩修復材料制備技術及應用示范(2017YFB0310703)"，以及裝備預研領域基金重點項目"涂層自修復強化機理研究(61400040404)"等國家和國防項目的資助，在此表示衷心感謝。書中參考了大量國內外文獻，謹向相關文獻的作者表示衷心的感謝！
由于作者水平有限，對有些試驗現象尚未給出深入全面的解釋，對此深感遺憾。對于書中的疏漏與不足之處，懇請廣大讀者和專家提出寶貴意見和建議！

著者
2023年10月

本書全面系統地介紹了以凹凸棒石礦物為稠化劑的磨損自修復型潤滑脂的制備及其摩擦學行為與機理。主要內容包括： 天然凹凸棒石的結構、性質及其摩擦學應用，礦物粉體的細化、活化、熱處理與表面有機改性工藝與評價，以表面改性凹凸棒石粉體為稠化劑的礦物潤滑脂制備工藝、理化性質及摩擦學性能，典型固體潤滑劑、油溶性抗磨劑、凹凸棒石礦物粉體、納米金屬顆粒及其復配對礦物潤滑脂摩擦學行為、自修復層微觀結構及減摩自修復機理的影響規律。
本書對層狀硅酸鹽礦物減摩自修復材料的進一步研究和推廣應用具有指導意義和參考價值，可供摩擦學、表面工程、材料科學與工程等專業技術領域，以及機械設備運行與管理、潤滑節能材料開發與應用等領域的工程技術人員和生產管理人員，高等院校及研究院所開展相關領域研究或教學人員參考使用。

第1章緒論1
1.1概述 1
1.2凹凸棒石礦物結構與性質 2
1.2.1凹凸棒石礦物簡述 2
1.2.2凹凸棒石礦物的成分與結構 4
1.2.3凹凸棒石礦物的理化性質 6
1.2.4凹凸棒石礦物的開發利用 7
1.3凹凸棒石礦物的摩擦學應用 9
1.3.1含凹凸棒石礦物潤滑油的摩擦學性能 10
1.3.2含凹凸棒石潤滑脂的摩擦學性能 12
1.3.3含凹凸棒石礦物高分子復合材料的摩擦學性能 14
1.3.4含凹凸棒石礦物金屬基復合材料的摩擦學性能 16
1.3.5層狀硅酸鹽礦物的減摩自修復機理 17
參考文獻 21

第2章凹凸棒石礦物粉體的細化與改性處理30
2.1概述 30
2.2凹凸棒石礦物粉體的細化處理 31
2.2.1原料 31
2.2.2納米砂磨機細化處理 32
2.2.3球磨細化處理 35
2.2.4酸活化處理 37
2.3凹凸棒石礦物粉體的熱處理及分析 39
2.3.1物相的XRD 分析 39
2.3.2紅外光譜分析 40
2.3.3微觀形貌與結構分析 42
2.3.4差熱-熱重分析 43
2.3.5熱相變過程 44
2.4凹凸棒石礦物粉體的表面有機化改性 45
2.4.1硅烷偶聯劑表面改性 46
2.4.2陽離子表面活性劑改性 49
2.4.3油酸表面改性 52
參考文獻 56

第3章凹凸棒石礦物潤滑脂的制備與性能/59
3.1概述 59
3.2凹凸棒石礦物潤滑脂的制備 60
3.2.1原料與制備工藝 60
3.2.2礦物潤滑脂的理化性質 62
3.2.3凹凸棒石礦物潤滑脂的成脂過程 64
3.3摩擦學性能 64
3.3.1試驗方法 64
3.3.2不同往復頻率條件下潤滑脂的摩擦學性能 65
3.3.3不同載荷條件下潤滑脂的摩擦學性能 66
3.4摩擦表/界面分析 67
3.4.1摩擦表面微觀形貌與元素組成 67
3.4.2摩擦表面成分 70
3.4.3自修復層截面形貌與成分 72
3.5減摩自修復機理 74
3.5.1礦物減摩自修復過程的內外驅動力 74
3.5.2礦物減摩自修復機理 76
參考文獻 78

第4章固體潤滑劑對凹凸棒石礦物潤滑脂摩擦學性能的影響/80
4.1概述 80
4.2石墨烯對礦物潤滑脂摩擦學性能的影響 81
4.2.1潤滑脂制備及摩擦學試驗 81
4.2.2石墨烯含量對礦物潤滑脂摩擦學性能的影響 81
4.2.3載荷對含石墨烯礦物潤滑脂摩擦學性能的影響 82
4.2.4滑動頻率對含石墨烯礦物潤滑脂摩擦學性能的影響 82
4.2.5溫度對含石墨烯礦物潤滑脂摩擦學性能的影響 83
4.3二硫化鉬對礦物潤滑脂摩擦學性能的影響 84
4.3.1MoS2 含量對礦物潤滑脂摩擦學性能的影響 84
4.3.2載荷對含MoS2 礦物潤滑脂摩擦學性能的影響 85
4.3.3滑動頻率對含MoS2 礦物潤滑脂摩擦學性能的影響 86
4.3.4溫度對含MoS2 礦物潤滑脂摩擦學性能的影響 86
4.4二硫化鎢對礦物潤滑脂摩擦學性能的影響 87
4.4.1WS2 含量對礦物潤滑脂摩擦學性能的影響 87
4.4.2載荷對含WS2 礦物潤滑脂摩擦學性能的影響 88
4.4.3滑動頻率對含WS2 礦物潤滑脂摩擦學性能的影響 89
4.4.4溫度對含WS2 礦物潤滑脂摩擦學性能的影響 89
4.5磨損表/界面分析 90
4.5.1磨損表面微觀形貌與元素組成 90
4.5.2磨損表面成分 97
4.5.3磨損表面微觀力學性能 104
4.5.4自修復層截面形貌與成分 106
參考文獻 111

第5章油溶性添加劑與凹凸棒石對礦物潤滑脂性能的影響115
5.1概述 115
5.2油溶性添加劑對礦物潤滑脂理化性能的影響 116
5.2.1油溶性添加劑對潤滑脂錐入度的影響 116
5.2.2凹凸棒石粉體對潤滑脂錐入度的影響 116
5.2.3與成品潤滑脂理化性能對比 117
5.3油溶性添加劑對礦物潤滑脂摩擦學性能的影響 119
5.3.1潤滑脂摩擦學性能 120
5.3.2磨損表面分析 121
5.4凹凸棒石粉體對礦物潤滑脂摩擦學性能的影響 125
5.4.1潤滑脂摩擦學性能 126
5.4.2磨損表面分析 127
5.5多種添加劑復配對礦物潤滑脂摩擦學性能的影響 130
5.5.1潤滑脂摩擦學性能 131
5.5.2磨損表面分析 131
5.5.3自修復層截面分析 135
參考文獻 138

第6章納米金屬顆粒對凹凸棒石礦物潤滑脂摩擦學性能的影響140
6.1概述 140
6.2納米銅顆粒對礦物潤滑脂摩擦學性能的影響 141
6.2.1潤滑脂制備及摩擦學試驗 141
6.2.2納米銅含量對礦物潤滑脂摩擦學性能的影響 142
6.2.3載荷對含納米銅礦物潤滑脂摩擦學性能的影響 142
6.2.4滑動頻率對含納米銅礦物潤滑脂摩擦學性能的影響 144
6.2.5溫度對含納米銅礦物潤滑脂摩擦學性能的影響 144
6.3納米鎳顆粒對礦物潤滑脂摩擦學性能的影響 147
6.3.1納米鎳含量對礦物潤滑脂摩擦學性能的影響 147
6.3.2載荷對含納米鎳礦物潤滑脂摩擦學性能的影響 148
6.3.3滑動頻率對含納米鎳礦物潤滑脂摩擦學性能的影響 148
6.3.4溫度對含納米鎳礦物潤滑脂摩擦學性能的影響 148
6.4磨損表/界面分析 150
6.4.1磨損表面微觀形貌與元素組成 150
6.4.2磨損表面成分 155
6.4.3磨損表面微觀力學性能 161
6.4.4自修復層截面形貌與成分 162
參考文獻 167