石墨烯作為潤(rùn)滑油添加劑時(shí)摩擦學(xué)特性與作用機(jī)理分析

石墨烯作為潤(rùn)滑油添加劑時(shí)摩擦學(xué)特性與作用機(jī)理分析

減少摩擦引起的能源損耗和材料損失，是當(dāng)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(rùn)滑劑，但是尋找一種高效潤(rùn)滑、環(huán)境友好和價(jià)格低廉的潤(rùn)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(dǎo)熱、力學(xué)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(tuán)聚而難以形成穩(wěn)定的分散液，使其在潤(rùn)滑領(lǐng)域的應(yīng)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(chǔ)油中以考察其摩擦學(xué)性能，發(fā)現(xiàn)當(dāng)石墨烯濃度為0.025 mg/mL時(shí)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(duì)石墨烯進(jìn)行表面改性，阻止石墨烯的團(tuán)聚和沉淀現(xiàn)象以使其均勻分散在基礎(chǔ)潤(rùn)滑油中。結(jié)果表明，當(dāng)石墨烯添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)（下同）為0.075%時(shí)表現(xiàn)出優(yōu)異的摩擦學(xué)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(qiáng)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(rùn)滑油表現(xiàn)出良好的減摩性能。近年來(lái)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(xué)性能，因?yàn)楸砻婵棙?gòu)有利于產(chǎn)生流體動(dòng)壓潤(rùn)滑、儲(chǔ)存潤(rùn)滑油和容納磨屑。本文以石墨烯作為潤(rùn)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(xué)特性，并分析其作用機(jī)理。

1實(shí)驗(yàn)方法
實(shí)驗(yàn)材料：石墨烯和青銅材料。石墨烯的牌號(hào)為MX-AL;下試樣青銅材料的牌號(hào)為633（%，6.1Sn，6.5Zn，2.1Pb，bal-Cu，質(zhì)量分?jǐn)?shù)），尺寸為25 mm×12 mm×6 mm，通過(guò)激光刻蝕制備。采用脈沖Nd:YAG激光器加工系統(tǒng)，波長(zhǎng)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(lái)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(duì)應(yīng)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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