汽車制造商和潤滑油提供商認(rèn)識(shí)到，煤煙是加劇引擎磨損并最終導(dǎo)致引擎故障的的有害物質(zhì)。 研究人員希望，在對(duì)煤煙顆粒和聚集物的影響有了基本了解之后，制造商能提供更好的抗磨損保護(hù)并延長引擎壽命。

9月在意大利都靈召開的第五屆世界摩擦學(xué)大會(huì)上，來自法國埃居里里昂中央理工學(xué)院摩擦及系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)室的 Fabrice Dassenoy 教授展示了他的團(tuán)隊(duì)和全球性的添加劑公司潤英聯(lián)合作開展的研究項(xiàng)目成果。 在潤英聯(lián)的資助下，Dassenoy 教授和他的同事目前正就煤煙顆粒和聚集物的硬度和變形展開研究。

Dassenoy 教授解釋說，煤煙指的是碳?xì)浠衔锊煌耆紵a(chǎn)生的非純凈碳顆粒。 碳占到了煤煙顆?？傊亓康?/span> 90% 以上。 單個(gè)的煤煙顆粒呈球形，直徑約為 20-30 微米，通常是在燃燒過程中熔聚在一起的聚合物。

Dassenoy 繼續(xù)說道，在汽車行業(yè)中，煤煙通常在發(fā)動(dòng)機(jī)中的柴油燃料燃燒過程中產(chǎn)生。 盡管大部分煤煙會(huì)隨廢氣排出，一小部分仍會(huì)隨竄氣經(jīng)過活塞環(huán)并通過較薄的吸收層。

“機(jī)油中的煤煙含量過高會(huì)導(dǎo)致低質(zhì)量機(jī)油中的分散添加劑迅速失效，”Dassenoy 說， ““由于聚集物粘度過高，機(jī)油在流經(jīng)發(fā)動(dòng)機(jī)和機(jī)油濾清器時(shí)會(huì)受到阻礙，導(dǎo)致潤滑效果變差。”

“過量的煤煙會(huì)影響抗磨損潤滑油添加劑的性能、加劇磨損并加速引擎故障。”

Dassenoy 指出，現(xiàn)有文獻(xiàn)中已提出了多種磨損機(jī)制。 其中包括：

• ZDDP（二烷基二硫代磷酸鋅）分解產(chǎn)物的優(yōu)先吸附；

• 金屬表面的抗磨損成膜減少和消失，導(dǎo)致金屬之間的直接接觸和煤煙磨損；

• 由于 ZDDP 和煤煙對(duì)金屬表面空間的爭搶，ZDDP 的表面覆蓋率下降；

• 煤煙聚集物導(dǎo)致的可泵性問題。

而 Dassenoy 和他的團(tuán)隊(duì)主要致力于研究與磨粒磨損直接相關(guān)的煤煙顆粒硬度問題。

該研究的目標(biāo)是研究煤煙顆粒和聚集物在機(jī)械應(yīng)力（即壓縮和滑動(dòng)）情況下的行為。 “他認(rèn)為，要建立煤煙顆粒和相關(guān)磨損機(jī)制之間的聯(lián)系，最重要的是基本了解煤煙顆粒和聚集物在摩擦接觸中的行為模式。

研究人員使用配備納米壓痕儀的高分辨率透射式電子顯微鏡，操控亞納米級(jí)的煤煙顆粒，并在施加外部負(fù)載的同時(shí)記錄這些顆粒的機(jī)械性能。 實(shí)驗(yàn)用到的納米壓痕傳感器配有截角鉆石頭。

透射式電子顯微鏡納米壓痕儀可實(shí)現(xiàn)壓縮過程實(shí)時(shí)成像，錄制影像并收集壓縮測(cè)試和滑動(dòng)測(cè)試中的數(shù)據(jù)。 測(cè)試用到的煤煙顆粒提取自某項(xiàng)潤英聯(lián)重型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)功器測(cè)試的曲軸箱，并經(jīng)過凈化處理。

煤煙顆粒聚集物壓縮測(cè)試對(duì)端頭進(jìn)行了 100 納米級(jí)位移控制壓縮，加載率為 5 納米/秒，最大作用力為 60 微牛頓。

研究人員發(fā)現(xiàn)，聚集物抗住了壓力并且沒有分解為原始煤煙顆粒。

在對(duì)單個(gè)煤煙顆粒的壓縮測(cè)試（對(duì)端頭進(jìn)行 40 納米級(jí)位移控制壓縮，加載率為 2 納米/秒，最大作用力為 25 微牛頓）中，Dassenoy 在報(bào)告中稱：“顆粒的形狀稍有變化，但并不存在嚴(yán)重的結(jié)構(gòu)破壞。” 煤煙顆粒可以承受相當(dāng)高的彈性應(yīng)力。”

在聚合物滑動(dòng)測(cè)試中，Dassenoy 發(fā)現(xiàn)聚合物整體可以在接觸表面上滾動(dòng)。 “滾動(dòng)過程中沒有分離出煤煙顆粒。 “顆粒之間的粘附非常緊密，”他說，“發(fā)生滑動(dòng)的情況非常少。””

在對(duì)單個(gè)煤煙顆粒的滑動(dòng)測(cè)試中，顆粒滾動(dòng)和滑動(dòng)的情況均有發(fā)生。 “顆粒并沒有出現(xiàn)嚴(yán)重變形和擠壓。”Dassenoy 說，并補(bǔ)充說滑動(dòng)測(cè)試再次顯示“煤煙顆粒可承受相當(dāng)高的機(jī)械應(yīng)力”。”

Dassenoy 的影像資料吸引了世界摩擦學(xué)大會(huì)與會(huì)觀眾的關(guān)注，形象生動(dòng)地展示了納米級(jí)煤煙顆粒和聚集物輕微變形并恢復(fù)原始形狀，在受壓時(shí)并未發(fā)生結(jié)構(gòu)損壞或擠壓，以及在滑動(dòng)測(cè)試中像軸承塊一樣滾動(dòng)的圖像。

Dassenoy 指出，最關(guān)鍵的是，這表明了他的團(tuán)隊(duì)可以利用配備原位納米壓痕儀的高分辨率透射式電子顯微鏡，對(duì) 20- 30 微米的煤煙顆粒進(jìn)行壓縮和滑動(dòng)測(cè)試。 這使得他們可以研究煤煙顆粒聚集物以及單個(gè)煤煙顆粒在機(jī)械應(yīng)力下的反應(yīng)。

“聚集物和單個(gè)煤煙顆粒都具有抗負(fù)載力。 聚集物不會(huì)分解；煤煙顆粒之間有很強(qiáng)的附著力。”Dassenoy 說。 此外，研究還顯示了聚合物內(nèi)部分可逆的顆粒聚集以及顆粒的彈性行為。

最后，他指出，該研究顯示聚集物和單個(gè)納米顆粒均能在接觸區(qū)滾動(dòng)。 Dassenoy 說，下一步的研究將進(jìn)一步模擬實(shí)際情況，并將使用摩擦膜。

這篇文章最早發(fā)表在 2013 年 12 月期的《Lubes’n’Greases Europe – Middle East – Africa》（第 54 期），標(biāo)題為《抗擊煤煙絕非易事》(Soot is Tough Stuff)。”