汽车制造商和润滑油提供商认识到，煤烟是加剧引擎磨损并最终导致引擎故障的的有害物质。 研究人员希望，在对煤烟颗粒和聚集物的影响有了基本了解之后，制造商能提供更好的抗磨损保护并延长引擎寿命。
9月在意大利都灵召开的第五届世界摩擦学大会上，来自法国埃居里里昂中央理工学院摩擦及系统动力学实验室的 Fabrice Dassenoy 教授
Dassenoy 教授解释说，煤烟指的是碳氢化合物不完全燃烧产生的非纯净碳颗粒。 碳占到了煤烟颗粒总重量的 90% 以上。 单个的煤烟颗粒呈球形，直径约为 20-30 微米，通常是在燃烧过程中熔聚在一起的聚合物。
Dassenoy 继续说道，在汽车行业中，煤烟通常在发动机中的柴油燃料燃烧过程中产生。 尽管大部分煤烟会随废气排出，一小部分仍会随窜气经过活塞环并通过较薄的吸收层。
“机油中的煤烟含量过高会导致低质量机油中的分散添加剂迅速失效，”Dassenoy 说， ““由于聚集物粘度过高，机油在流经发动机和机油滤清器时会受到阻碍，导致润滑效果变差。”
“过量的煤烟会影响抗磨损润滑油添加剂的性能、加剧磨损并加速引擎故障。”
Dassenoy 指出，现有文献中已提出了多种磨损机制。 其中包括：
• ZDDP（二烷基二硫代磷酸锌）分解产物的优先吸附；
• 金属表面的抗磨损成膜减少和消失，导致金属之间的直接接触和煤烟磨损；
• 由于 ZDDP 和煤烟对金属表面空间的争抢，ZDDP 的表面覆盖率下降；
• 煤烟聚集物导致的可泵性问题。
而 Dassenoy 和他的团队主要致力于研究与磨粒磨损直接相关的煤烟颗粒硬度问题。
该研究的目标是研究煤烟颗粒和聚集物在机械应力（即压缩和滑动）情况下的行为。 “他认为，要建立煤烟颗粒和相关磨损机制之间的联系，最重要的是基本了解煤烟颗粒和聚集物在摩擦接触中的行为模式。
研究人员使用配备纳米压痕仪的高分辨率透射式电子显微镜，操控亚纳米级的煤烟颗粒，并在施加外部负载的同时记录这些颗粒的机械性能。 实验用到的纳米压痕传感器配有截角钻石头。
透射式电子显微镜纳米压痕仪可实现压缩过程实时成像，录制影像并收集压缩测试和滑动测试中的数据。 测试用到的煤烟颗粒提取自某项润英联重型柴油发动机测功器测试的曲轴箱，并经过净化处理。
煤烟颗粒聚集物压缩测试对端头进行了 100 纳米级位移控制压缩，加载率为 5 纳米/秒，最大作用力为 60 微牛顿。
研究人员发现，聚集物抗住了压力并且没有分解为原始煤烟颗粒。
在对单个煤烟颗粒的压缩测试（对端头进行 40 纳米级位移控制压缩，加载率为 2 纳米/秒，最大作用力为 25 微牛顿）中，Dassenoy 在报告中称：“颗粒的形状稍有变化，但并不存在严重的结构破坏。” 煤烟颗粒可以承受相当高的弹性应力。”
在聚合物滑动测试中，Dassenoy 发现聚合物整体可以在接触表面上滚动。 “滚动过程中没有分离出煤烟颗粒。 “颗粒之间的粘附非常紧密，”他说，“发生滑动的情况非常少。””
在对单个煤烟颗粒的滑动测试中，颗粒滚动和滑动的情况均有发生。 “颗粒并没有出现严重变形和挤压。”Dassenoy 说，并补充说滑动测试再次显示“煤烟颗粒可承受相当高的机械应力”。”
Dassenoy 的影像资料吸引了世界摩擦学大会与会观众的关注，形象生动地展示了纳米级煤烟颗粒和聚集物轻微变形并恢复原始形状，在受压时并未发生结构损坏或挤压，以及在滑动测试中像轴承块一样滚动的图像。
Dassenoy 指出，最关键的是，这表明了他的团队可以利用配备原位纳米压痕仪的高分辨率透射式电子显微镜，对 20- 30 微米的煤烟颗粒进行压缩和滑动测试。 这使得他们可以研究煤烟颗粒聚集物以及单个煤烟颗粒在机械应力下的反应。
“聚集物和单个煤烟颗粒都具有抗负载力。 聚集物不会分解；煤烟颗粒之间有很强的附着力。”Dassenoy 说。 此外，研究还显示了聚合物内部分可逆的颗粒聚集以及颗粒的弹性行为。
最后，他指出，该研究显示聚集物和单个纳米颗粒均能在接触区滚动。 Dassenoy 说，下一步的研究将进一步模拟实际情况，并将使用摩擦膜。
这篇文章最早发表在 2013 年 12 月期的《Lubes’n’Greases Europe – Middle East – Africa》（第 54 期），标题为《抗击煤烟绝非易事》(Soot is Tough Stuff)。”
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