石墨烯作为润滑油添加剂时摩擦学特性与作用机理分析

石墨烯作为润滑油添加剂时摩擦学特性与作用机理分析

减少摩擦引起的能源损耗和材料损失，是当今的重要挑战之一。控制摩擦磨损最传统的方法是在接触表面采用固体或者液体润滑剂，但是寻找一种高效润滑、环境友好和价格低廉的润滑剂比较困难。作为一种新兴材料，石墨烯具有高的比表面积、突出的导热、力学性能和非凡的电子传递性能等一系列优异的特性，引起了科技工作者的极大兴趣。石墨烯在溶液中极易团聚而难以形成稳定的分散液，使其在润滑领域的应用受到限制。Varrla等用超声分散法将石墨烯均匀的分散在基础油中以考察其摩擦学性能，发现当石墨烯浓度为0.025 mg/mL时摩擦系数下降了80%，磨痕直径减小33%。Lin等用硬脂酸（C18H36O2）和油酸（C18H34O2）对石墨烯进行表面改性，阻止石墨烯的团聚和沉淀现象以使其均匀分散在基础润滑油中。结果表明，当石墨烯添加质量分数（下同）为0.075%时表现出优异的摩擦学性能。

张伟等用N-甲基吡咯烷酮（N-methyl-2-pyrrolidone，NMP）与石油醚清洗增强石墨烯的亲油性，以聚异丁烯丁二酰亚胺为分散剂制备了0.001%和0.005%的石墨烯稳定悬浮液，发现含有石墨烯的润滑油表现出良好的减摩性能。近年来的研究结果表明，表面织构化可改善两接触表面的摩擦学性能，因为表面织构有利于产生流体动压润滑、储存润滑油和容纳磨屑。本文以石墨烯作为润滑油添加剂研究其在不同温度和不同织构面积率工况下的摩擦学特性，并分析其作用机理。

1实验方法
实验材料：石墨烯和青铜材料。石墨烯的牌号为MX-AL;下试样青铜材料的牌号为633（%，6.1Sn，6.5Zn，2.1Pb，bal-Cu，质量分数），尺寸为25 mm×12 mm×6 mm，通过激光刻蚀制备。采用脉冲Nd:YAG激光器加工系统，波长1064 nm，平均功率10 W，脉宽5~25 ns;加工参数脉冲10 kHz，扫描速率5 mm/s，改变微凹坑平面间隔（X、Y）来获得不同的面积率，制备了3种不同面积率的织构，分别记做1#、2#、3#，对应面积率5%、10%、20%，原始表面记为0#，表面织构的特征参数列于表1。

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