近年来随着纳米科技的兴起，其分支学科之一纳米摩擦学也得到了飞速发展，并成为摩擦学前沿领域之一。将纳米颗粒添加剂用于润滑油中制成固液二相流体润滑剂可以明显改善润滑油的性能。目前，国内外学者针对表面修饰纳米微粒作为添加剂的摩擦磨损性能、表面修饰纳米微粒复合LB膜的摩擦磨损性能、纳米微粒添加剂对磨损表面的修复作用等进行了广泛研究[ 7～10].但迄今尚未见关于含纳米微粒添加剂的二相流体润滑剂对接触疲劳寿命影响的研究报道。为此，本文作者将碳纳米管引入液体润滑剂中，制备了二相流体润滑剂，考察了二相流体润滑剂对接触疲劳寿命的影响，并探讨了含纳米颗粒二相流体润滑剂影响接触疲劳寿命的机理。
1实验部分和原理示意图，该试验机由驱动电机、试验机主体、信号检测系统、计时控制系统和温度控制系统等组成。
加载砝码通过杠杆经次放大后传递给加载套而产生力P，再经锥形环进一步放大，使试验钢球和试验钢棒之间产生较大的相互作用力F.钢棒由驱动电机带动主动旋转，通过试球和试棒之间的相互滚动来模拟轴承转动。试球与试棒的接触为点接触，加载砝码W经2次放大后可使试球与试棒之间产生很大的接触应力。通过上下移动细长杆型试棒及改变接触位置，可以进行多个数据的测量。选择10机械油作为基础油，将碳纳米管（ CNT ）按质量分数1和3加入基础油中，利用超声振动使其分散并悬浮于基础油中，得到二相流体润滑剂将润滑油放入机座缸体的空腔来实现试件的润滑，润滑油温度控制为60℃在 N载荷（接触应力p = 6. 85 GPa）下进行疲劳试验。针对同种油样和同一根试棒进行8次重复试验，以减小数据的离散性。当试件表面出现疲劳点蚀时接触部位将产生振动，此振动信号经过加速度传感器转化成电信号以控制试验机开关系统，当振动信号超过某一数值时将自动停机。设定当疲劳点蚀直径达0. 5 mm左右时发生疲劳失效，此时将自动停机。
选用直径11 mm的GCr15轴承钢球（硬度58～62H RC，表面粗糙度R面粗糙度R纳米管为广州亿安能源科技开发有限公司热解法加工产品，其透射电子显微镜（ TEM ）形貌照片和直径分布分别示于图2和图3.用扫描电子显微镜（ SEM ）观察钢球表面形貌，以分析试件点蚀特征。
2结果与讨论2. 1试验结果利用威布尔参数估计法对疲劳试验结果进行统计处理，图4示出了试验结果的威布尔分布曲线，表1列出了试验结果的威布尔统计参数。可以看出，含1和3碳纳米管添加剂的10机械油均可以提高摩擦副的接触疲劳寿命含碳纳米管添加剂的L寿命同机械油的相比提高了3倍以上，而添加剂质量分数对L寿命的影响不大。
钢球疲劳点蚀表面呈现粘着吸附迹象并存在二次裂纹。
2. 2接触疲劳机理分析提高接触疲劳寿命的途径包括避免裂纹萌生及减慢裂纹扩展速度2个方面。而裂纹的萌生及扩展速度同表层内的切应力及存在于裂纹内部的高压润滑油的状态密切相关。
2. 2. 1微粒吸附机理模型含碳纳米管的二相流体润滑剂中存在大量直径小于油膜厚度的纳米颗粒，具有高表面能的纳米颗粒可部分吸附于摩擦表面，如图6所示。在摩擦热作用下，固体微粒的化学活性显著增强，从而有利于其在摩擦表面产生更强的吸附作用。而纳米颗粒在摩擦副之间可起滚珠效应，从而减小接触表层的剪应力，降低摩擦系数，延缓疲劳裂纹的萌生和扩展，进而提高接触疲劳寿命。
为了考察摩擦系数同含碳纳米管的二相流体润滑剂润滑下钢钢摩擦副接触疲劳性能的相关性，我们采用球盘式摩擦磨损试验机测定相应的摩擦系数钢球直径11 mm，表面粗糙度R硬度为58～62H RC GCr15钢试盘表面粗糙度R荷10 N ，油浴润滑） ，其结果如图7所示。可以看出，含碳纳米管的二相流体润滑剂润滑下的摩擦系数比基础油润滑下的小。这可以在一定程度上说明上述微粒吸附机理模型具有其合理性。
摩擦学学报2. 2. 2粉粒垫衬机理模型当试件工作一段时间后会产生初期疲劳裂纹，随后润滑油进入并逐渐充满裂纹当钢球试件滚动到裂纹开口处时，裂纹开口被封死随着钢球向前滚动，裂纹内部的油被挤压产生高压，在高压作用下裂纹扩展速度加快，从而导致点蚀。当润滑油中加入较硬的固体微粒后，固体微粒随同润滑油渗入至裂纹中当钢球滚动至裂纹开口处时，由于固体颗粒的存在，裂纹开口不会被封死，裂纹内部的润滑油不会产生高压，因而使得裂纹扩展速度减慢，接触疲劳寿命提高。
为了验证粉粒垫衬机理模型，对图5（ a）所示右下角裂纹处的碳含量进行了X射线能量色散谱（ EDA X）分析，结果示于图8.可以看出，裂纹中的含碳量明显较高，这表明裂纹中的确渗入了大量碳纳米管。这些碳纳米管在裂纹内部起到垫衬作用，避免裂纹内部润滑油经受高压，从而延缓裂纹扩展并提高接触疲劳寿命。
3结论a.含碳纳米管同10机械油组成的二相流体宋宝玉等：含碳纳米管二相流体润滑剂对钢钢接触疲劳性能的影响润滑剂可以显著提高钢钢摩擦副的接触疲劳寿命，当其质量分数为1和3时，相应的钢钢体系的疲劳寿命几乎相同。
b.采用碳纳米管微粒吸附机理模型和粉粒垫衬效应模型可以揭示碳纳米管添加剂提高钢钢体系疲劳寿命的原因，而这2种机理模型可分别经由相应的摩擦系数测定结果和裂纹中碳分析结果得以验证。
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纳米微粒水溶液润滑下GCr 15钢米微粒作为液体石蜡添加剂的摩擦学性能研究） [ J] . T ribolo pound containing nitrogen （含氮有机物修饰的纳米三氟化镧的tive in liquid par affin （油酸表面修饰PbO纳米微粒作为润滑油添加剂的摩擦学性能研究） [ J] . Tr ibology （摩擦学学报） ，纳米微粒LB膜在摩擦过程中结构变化的XPS研究）（润滑油中CuS纳米微粒的摩擦学性能研究） [ J] . Lubr ication剂的加速强化发动机台架试验） [ J] . T ribolog y （摩擦学学摩擦学学报宋宝玉等：含碳纳米管二相流体润滑剂对钢钢接触疲劳性能的影响
