石墨烯作為潤滑油添加劑時摩擦學特性與作用機理分析

石墨烯作為潤滑油添加劑時摩擦學特性與作用機理分析

減少摩擦引起的能源損耗和材料損失，是當今的重要挑戰(zhàn)之一。控制摩擦磨損最傳統(tǒng)的方法是在接觸表面采用固體或者液體潤滑劑，但是尋找一種高效潤滑、環(huán)境友好和價格低廉的潤滑劑比較困難。作為一種新興材料，石墨烯具有高的比表面積、突出的導熱、力學性能和非凡的電子傳遞性能等一系列優(yōu)異的特性，引起了科技工作者的極大興趣。石墨烯在溶液中極易團聚而難以形成穩(wěn)定的分散液，使其在潤滑領域的應用受到限制。Varrla等用超聲分散法將石墨烯均勻的分散在基礎油中以考察其摩擦學性能，發(fā)現(xiàn)當石墨烯濃度為0.025 mg/mL時摩擦系數(shù)下降了80%，磨痕直徑減小33%。Lin等用硬脂酸（C18H36O2）和油酸（C18H34O2）對石墨烯進行表面改性，阻止石墨烯的團聚和沉淀現(xiàn)象以使其均勻分散在基礎潤滑油中。結(jié)果表明，當石墨烯添加質(zhì)量分數(shù)（下同）為0.075%時表現(xiàn)出優(yōu)異的摩擦學性能。

張偉等用N-甲基吡咯烷酮（N-methyl-2-pyrrolidone，NMP）與石油醚清洗增強石墨烯的親油性，以聚異丁烯丁二酰亞胺為分散劑制備了0.001%和0.005%的石墨烯穩(wěn)定懸浮液，發(fā)現(xiàn)含有石墨烯的潤滑油表現(xiàn)出良好的減摩性能。近年來的研究結(jié)果表明，表面織構(gòu)化可改善兩接觸表面的摩擦學性能，因為表面織構(gòu)有利于產(chǎn)生流體動壓潤滑、儲存潤滑油和容納磨屑。本文以石墨烯作為潤滑油添加劑研究其在不同溫度和不同織構(gòu)面積率工況下的摩擦學特性，并分析其作用機理。

1實驗方法
實驗材料：石墨烯和青銅材料。石墨烯的牌號為MX-AL;下試樣青銅材料的牌號為633（%，6.1Sn，6.5Zn，2.1Pb，bal-Cu，質(zhì)量分數(shù)），尺寸為25 mm×12 mm×6 mm，通過激光刻蝕制備。采用脈沖Nd:YAG激光器加工系統(tǒng)，波長1064 nm，平均功率10 W，脈寬5~25 ns;加工參數(shù)脈沖10 kHz，掃描速率5 mm/s，改變微凹坑平面間隔（X、Y）來獲得不同的面積率，制備了3種不同面積率的織構(gòu)，分別記做1#、2#、3#，對應面積率5%、10%、20%，原始表面記為0#，表面織構(gòu)的特征參數(shù)列于表1。

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