编号：CYYJ04533
篇名： 改性石墨烯及其与炭黑复合添加剂的摩擦学性能和润滑机制研究
作者： 费晶晶
关键词： 石墨烯; 炭黑; 润滑剂添加剂; 减摩; 抗磨; 分子动力学;
机构：广西大学
摘要： 石墨烯不仅具有极高的机械强度可以抑制材料磨损,而且还提供防腐蚀和抗氧化保护,因此石墨烯作为润滑剂添加剂具有很好的应用前景。但由于比表面积较大和片层之间的范德华力较大,石墨烯容易团聚。当团聚发生时,石墨烯会在润滑剂中沉积,严重影响了润滑剂的性能,所以分散稳定性成为了石墨烯作为优质润滑剂添加剂的前提条件。在本文中,通过用柠檬酸修饰三维立体构造石墨烯,制备柠檬酸改性石墨烯(CAG),在无需分散剂的情况下达到自分散效果,在润滑油中达到优异的分散稳定性。 制备了具有“片-球”结构的CAG和炭黑(CB)的复合材料(CC),CC同样具有优异的分散稳定性。在柠檬酸改性形成的化学键和“片-球”结构的加持下,CAG和CC除了在静置沉降实验下表现出优异的静态分散稳定性,在冷热循环实验和离心实验中也表现出优异的动态分散稳定性。 使用四球机对CAG和CC进行宏观摩擦磨损学试验和极压试验,CAG和CC都具有良好的减摩抗磨效果和油膜强度。在392 N的载荷条件下,相比基础油(蓖麻油),分别添加CAG和CC后润滑剂的的摩擦系数分别减少了16.95%和24.57%,磨损体积分别减少64.67%和70.27%,最大无卡咬负荷分别提高105.10%和125.26%。 通过宏观实验、材料表征和分子动力学模拟,多尺度分析材料物化特性和润滑机理。实验结果分析和磨损痕迹表征分析表明:片状CAG吸附在摩擦表面上增强了油膜的抗磨性能和承载能力,而球形CB则作为微型轴承将部分滑动摩擦转化为滚动润滑,同时观察到CAG与炭黑之间的协同效应。以实验结果和材料表征为依据得到的纳米材料微观结构,化学官能团,化学改性机制和润滑机制,使用Materials Studio软件进建立材料吸附模型和摩擦模型。仿真模拟结果表明:单独添加CAG可增强润滑剂的吸附性。在CAG与CB的复合添加下,在保持强吸附性的同时,增强了润滑剂的流动性,进一步证实了CAG与CB之间的协同作用。