硅烷化磁铁矿纳米颗粒作为电动汽车传动基础油(PAO6)添加剂的稳定性及摩擦学性能研究

本研究针对电动汽车传动液(e-fluid)低粘度导致的边界润滑磨损问题，创新性地采用十八烷基三氯硅烷(OTS)修饰的Fe3O4纳米颗粒(14/19?nm)作为PAO6添加剂。发现0.015?wt%浓度下19?nm颗粒可使磨损降低59%，且纳米流体密度/输运性质与基础油无显著差异，为开发高性能电子传动液提供了新思路。

　　

随着电动汽车(EV)的快速普及，其集成动力总成系统面临独特的润滑挑战。传统内燃机车辆使用的自动变速箱油(ATF)含有离合器摩擦添加剂，而EV无需离合器却需应对电机20000?rpm高转速带来的轴承磨损问题。更棘手的是，低粘度传动液(e-fluid)虽有利于散热，却易引发边界润滑状态，导致摩擦磨损加剧。西班牙Repsol润滑油公司联合研究团队在《Applied Surface Science》发表研究，创新性地将硅烷化磁铁矿纳米颗粒(Fe₃O₄-OTS)作为聚α烯烃(PAO6)添加剂，系统评估了颗粒尺寸(14/19?nm)和浓度(0.007-0.030?wt%)对稳定性和摩擦学性能的影响。

研究采用透射电镜(TEM)验证纳米颗粒形貌，通过热重分析(TGA)和傅里叶红外光谱(FTIR)确认硅烷化效果，利用3D光学轮廓仪量化磨损率，并首次通过折射率时变曲线揭示：硅烷化使纳米分散体稳定性显著优于未修饰颗粒，且大颗粒(19?nm)稳定性更佳。

【Materials】
选用Repsol提供的PAO6基础油(293.15?K密度0.8238?g/cm^?3)，与两种商业Fe₃O₄纳米颗粒(标称8?nm和20-30?nm)经十八烷基三氯硅烷(OTS)修饰后形成纳米分散体系。

【Characterization of nanoparticles】
TEM图像分析显示实际平均粒径分别为14?nm和19?nm，呈准球形。TGA证实19?nm颗粒硅烷接枝量更高(7.3?wt% vs 14?nm的5.1?wt%)，FTIR在2920/2850?cm^?1处出现-CH₂-特征峰，验证硅烷化成功。

【Conclusions】

1. 最佳浓度0.015?wt%下，19?nm颗粒使磨损截面面积减少59%，优于先前报道的OA修饰体系；
2. 摩擦学机制涉及摩擦膜形成和"修补效应"，拉曼光谱在磨损表面检测到Fe-O键信号；
3. 纳米流体在密度、粘度、热/电导率方面与PAO6无显著差异，κ值保持在静电耗散范围(10⁶-10⁷?pS/m^?1)，满足EV绝缘要求；
4. 大颗粒因更高磁响应性更易在接触区富集，且硅烷长链增强空间位阻稳定性。

该研究首次证实硅烷化Fe₃O₄在EV传动液中的双重优势：既通过磁导向效应降低磨损，又保持基础油输运特性。Fátima Mari?o等提出的"磁-化学协同润滑"机制，为开发新一代智能纳米润滑剂开辟了道路，特别适用于高转速、高电应力工况的电动动力总成系统。未来可进一步探索磁场辅助润滑策略及铜兼容性优化。