凹凸棒石矿物自修复润滑脂

（1）本书研究成果突破了矿物减摩自修复润滑脂的制备、矿物表界面活性激发及多因素调控与材料复配等共性关键技术瓶颈，阐明了凹凸棒石矿物摩擦反应活性调控及其对机械减摩修复效应的作用机制等关键问题。 （2）本书侧重于应用基础研究，内容主要来自作者与所在团队近年来的研究成果，并极可能吸收了本领域同行学者的研究精华。 （3）作者希望通过本书向广大读者介绍凹凸棒石矿物的技术原理、研究现状、摩擦学行为、自修复性能与作用机理，以期更多专家、学者和工程技术人员了解层状硅酸盐矿物减摩自修复材料的特点及应用效果，并促进智能自愈材料与技术的研究发展与工程应用。

摩擦磨损是造成机械设备失效、能源消耗与材料损耗的最主要原因之一，有效地控制摩擦、降低磨损一直是机械工程领域的研究重点。近年来，研发兼具减摩、抗磨和微观损伤原位修复功能的微纳米润滑材料成为摩擦学领域的前沿热点。大量研究证实，凹凸棒石、蛇纹石、海泡石、蒙脱石等层状硅酸盐矿物材料具有独特的亚稳态结构和优异的摩擦表界面反应活性，作为润滑油（脂）添加剂表现出优异的减摩抗磨性能。特别是凹凸棒石矿物粉体经提纯处理后呈纳米纤维结构，具有一系列独特的理化性质，将其作为稠化剂引入润滑脂，可赋予传统极压抗磨润滑脂磨损自修复功能。相关研究是当前摩擦学、表面工程和智能自修复材料研究领域的交叉热点，涉及节能减排和资源节约，符合国家绿色发展战略，具有重要的学术价值和工程意义。
本书围绕凹凸棒石矿物自修复润滑脂的制备、性能与机理等基础科学问题和关键技术难题，对天然凹凸棒石矿物粉体材料的加工处理、理化性质与表面有机改性，及其与不同固体润滑剂、油溶性极压抗磨添加剂、典型纳米金属颗粒等润滑材料复配后的摩擦学性能及自修复行为与机理等内容进行了重点阐述与介绍。本书内容主要来自作者与所在团队近年来的最新研究成果，并尽可能地吸收了本领域同行学者的研究精华。作者希望通过本书向广大读者介绍矿物减摩自修复材料的技术原理、研究现状、摩擦学行为、自修复性能与作用机理，以期更多专家、学者和工程技术人员了解层状硅酸盐矿物自修复材料的特点及应用效果，并推动该材料的深入研究及推广应用，为实现国家"碳达峰""碳中和"目标贡献力量。
全书共分6章，第1章介绍了凹凸棒石矿物的结构、性质及其摩擦学应用；第2章介绍了凹凸棒石矿物粉体的细化、活化、热处理与表面有机化改性等工艺方法；第3 章介绍了以表面改性凹凸棒石粉体为稠化剂制备矿物润滑脂的工艺流程，以及不同稠度等级的3类6种矿物润滑脂的理化性质、摩擦学性能与机理； 第4 章介绍了石墨烯、二硫化钼和二硫化钨等典型固体润滑剂对凹凸棒石矿物润滑脂摩擦学性能的影响及其作用机制；第5章介绍了油溶性添加剂与凹凸棒石对矿物润滑脂性能的影响，以及典型油溶性抗磨剂、固体润滑剂和凹凸棒石矿物复配对矿物润滑脂摩擦学性能、自修复层微观结构及减摩自修复机理的影响规律；第6章介绍了纳米铜和纳米镍颗粒对凹凸棒石矿物润滑脂摩擦学性能的影响。
本书各章编写人员为： 第1章，于鹤龙、许一、张伟、白志民、史佩京、蔡志海；第2章，许一、南峰、尹艳丽、王利民、张博、张仲；第3章，于鹤龙、许一、张博、王红美、周克兵、杨喆、王申；第4章，许一、尹艳丽、吉小超、魏敏、王思捷； 第5章，许一、南峰、周新远、宋占永、俞传永；第6章，于鹤龙、许一、南峰、赵阳、赵春锋。全书由尹艳丽统稿。
本书的顺利出版得益于国家自然科学基金项目"硅酸盐矿物/铁基复合涂层的自修复反应活性调控及其摩擦学行为与机理(52075544)""软金属/类陶瓷复合自修复膜的摩擦原位制备、主动控制与机理(51005243)""亚稳态硅酸盐/金属复合材料的制备及自修复行为与机理研究(50904072)""金属基体上原位形成摩擦修复膜的优化设计与机理研究(50805146)"，国家重点研发计划课题"重大装备用矿物减摩修复材料制备技术及应用示范(2017YFB0310703)"，以及装备预研领域基金重点项目"涂层自修复强化机理研究(61400040404)"等国家和国防项目的资助，在此表示衷心感谢。书中参考了大量国内外文献，谨向相关文献的作者表示衷心的感谢！
由于作者水平有限，对有些试验现象尚未给出深入全面的解释，对此深感遗憾。对于书中的疏漏与不足之处，恳请广大读者和专家提出宝贵意见和建议！

著者
2023年10月

本书全面系统地介绍了以凹凸棒石矿物为稠化剂的磨损自修复型润滑脂的制备及其摩擦学行为与机理。主要内容包括： 天然凹凸棒石的结构、性质及其摩擦学应用，矿物粉体的细化、活化、热处理与表面有机改性工艺与评价，以表面改性凹凸棒石粉体为稠化剂的矿物润滑脂制备工艺、理化性质及摩擦学性能，典型固体润滑剂、油溶性抗磨剂、凹凸棒石矿物粉体、纳米金属颗粒及其复配对矿物润滑脂摩擦学行为、自修复层微观结构及减摩自修复机理的影响规律。
本书对层状硅酸盐矿物减摩自修复材料的进一步研究和推广应用具有指导意义和参考价值，可供摩擦学、表面工程、材料科学与工程等专业技术领域，以及机械设备运行与管理、润滑节能材料开发与应用等领域的工程技术人员和生产管理人员，高等院校及研究院所开展相关领域研究或教学人员参考使用。

第1章绪论1
1.1概述 1
1.2凹凸棒石矿物结构与性质 2
1.2.1凹凸棒石矿物简述 2
1.2.2凹凸棒石矿物的成分与结构 4
1.2.3凹凸棒石矿物的理化性质 6
1.2.4凹凸棒石矿物的开发利用 7
1.3凹凸棒石矿物的摩擦学应用 9
1.3.1含凹凸棒石矿物润滑油的摩擦学性能 10
1.3.2含凹凸棒石润滑脂的摩擦学性能 12
1.3.3含凹凸棒石矿物高分子复合材料的摩擦学性能 14
1.3.4含凹凸棒石矿物金属基复合材料的摩擦学性能 16
1.3.5层状硅酸盐矿物的减摩自修复机理 17
参考文献 21

第2章凹凸棒石矿物粉体的细化与改性处理30
2.1概述 30
2.2凹凸棒石矿物粉体的细化处理 31
2.2.1原料 31
2.2.2纳米砂磨机细化处理 32
2.2.3球磨细化处理 35
2.2.4酸活化处理 37
2.3凹凸棒石矿物粉体的热处理及分析 39
2.3.1物相的XRD 分析 39
2.3.2红外光谱分析 40
2.3.3微观形貌与结构分析 42
2.3.4差热-热重分析 43
2.3.5热相变过程 44
2.4凹凸棒石矿物粉体的表面有机化改性 45
2.4.1硅烷偶联剂表面改性 46
2.4.2阳离子表面活性剂改性 49
2.4.3油酸表面改性 52
参考文献 56

第3章凹凸棒石矿物润滑脂的制备与性能/59
3.1概述 59
3.2凹凸棒石矿物润滑脂的制备 60
3.2.1原料与制备工艺 60
3.2.2矿物润滑脂的理化性质 62
3.2.3凹凸棒石矿物润滑脂的成脂过程 64
3.3摩擦学性能 64
3.3.1试验方法 64
3.3.2不同往复频率条件下润滑脂的摩擦学性能 65
3.3.3不同载荷条件下润滑脂的摩擦学性能 66
3.4摩擦表/界面分析 67
3.4.1摩擦表面微观形貌与元素组成 67
3.4.2摩擦表面成分 70
3.4.3自修复层截面形貌与成分 72
3.5减摩自修复机理 74
3.5.1矿物减摩自修复过程的内外驱动力 74
3.5.2矿物减摩自修复机理 76
参考文献 78

第4章固体润滑剂对凹凸棒石矿物润滑脂摩擦学性能的影响/80
4.1概述 80
4.2石墨烯对矿物润滑脂摩擦学性能的影响 81
4.2.1润滑脂制备及摩擦学试验 81
4.2.2石墨烯含量对矿物润滑脂摩擦学性能的影响 81
4.2.3载荷对含石墨烯矿物润滑脂摩擦学性能的影响 82
4.2.4滑动频率对含石墨烯矿物润滑脂摩擦学性能的影响 82
4.2.5温度对含石墨烯矿物润滑脂摩擦学性能的影响 83
4.3二硫化钼对矿物润滑脂摩擦学性能的影响 84
4.3.1MoS2 含量对矿物润滑脂摩擦学性能的影响 84
4.3.2载荷对含MoS2 矿物润滑脂摩擦学性能的影响 85
4.3.3滑动频率对含MoS2 矿物润滑脂摩擦学性能的影响 86
4.3.4温度对含MoS2 矿物润滑脂摩擦学性能的影响 86
4.4二硫化钨对矿物润滑脂摩擦学性能的影响 87
4.4.1WS2 含量对矿物润滑脂摩擦学性能的影响 87
4.4.2载荷对含WS2 矿物润滑脂摩擦学性能的影响 88
4.4.3滑动频率对含WS2 矿物润滑脂摩擦学性能的影响 89
4.4.4温度对含WS2 矿物润滑脂摩擦学性能的影响 89
4.5磨损表/界面分析 90
4.5.1磨损表面微观形貌与元素组成 90
4.5.2磨损表面成分 97
4.5.3磨损表面微观力学性能 104
4.5.4自修复层截面形貌与成分 106
参考文献 111

第5章油溶性添加剂与凹凸棒石对矿物润滑脂性能的影响115
5.1概述 115
5.2油溶性添加剂对矿物润滑脂理化性能的影响 116
5.2.1油溶性添加剂对润滑脂锥入度的影响 116
5.2.2凹凸棒石粉体对润滑脂锥入度的影响 116
5.2.3与成品润滑脂理化性能对比 117
5.3油溶性添加剂对矿物润滑脂摩擦学性能的影响 119
5.3.1润滑脂摩擦学性能 120
5.3.2磨损表面分析 121
5.4凹凸棒石粉体对矿物润滑脂摩擦学性能的影响 125
5.4.1润滑脂摩擦学性能 126
5.4.2磨损表面分析 127
5.5多种添加剂复配对矿物润滑脂摩擦学性能的影响 130
5.5.1润滑脂摩擦学性能 131
5.5.2磨损表面分析 131
5.5.3自修复层截面分析 135
参考文献 138

第6章纳米金属颗粒对凹凸棒石矿物润滑脂摩擦学性能的影响140
6.1概述 140
6.2纳米铜颗粒对矿物润滑脂摩擦学性能的影响 141
6.2.1润滑脂制备及摩擦学试验 141
6.2.2纳米铜含量对矿物润滑脂摩擦学性能的影响 142
6.2.3载荷对含纳米铜矿物润滑脂摩擦学性能的影响 142
6.2.4滑动频率对含纳米铜矿物润滑脂摩擦学性能的影响 144
6.2.5温度对含纳米铜矿物润滑脂摩擦学性能的影响 144
6.3纳米镍颗粒对矿物润滑脂摩擦学性能的影响 147
6.3.1纳米镍含量对矿物润滑脂摩擦学性能的影响 147
6.3.2载荷对含纳米镍矿物润滑脂摩擦学性能的影响 148
6.3.3滑动频率对含纳米镍矿物润滑脂摩擦学性能的影响 148
6.3.4温度对含纳米镍矿物润滑脂摩擦学性能的影响 148
6.4磨损表/界面分析 150
6.4.1磨损表面微观形貌与元素组成 150
6.4.2磨损表面成分 155
6.4.3磨损表面微观力学性能 161
6.4.4自修复层截面形貌与成分 162
参考文献 167