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《东北大学》 2015年
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石墨烯摩擦学性能研究

王锐  
【摘要】:润滑是减少磨损、节约能源、提高工业生产效率和可靠性的重要措施,在我国大力推进节能减排、建立可持续发展型社会的大环境下,探索和开发润滑效果更为优良的环境友好型润滑剂是十分有必要的。碳的同素异形体普遍具备优良的润滑特性,对环境无污染,且我国碳资源储备量大,这也为新型碳类润滑剂的开发和应用提供了充分的物质基础。自从石墨烯被发现以来,石墨烯就凭借着优良的光学、电学、热学和力学等特性很快成为了人们研究的热点。本文从摩擦学的角度出发,深入研究了石墨烯作为润滑剂的摩擦学性能,完善了碳类润滑剂的体系,为石墨烯润滑剂在工程上的应用提供了理论基础。本文中以固体润滑剂常见的三种使用形式,研究了石墨烯的摩擦学性能。首先将石墨烯作为固体润滑剂加入摩擦副接触表面,使用HT-1000型高温摩擦磨损试验机测试石墨烯在不同载荷、滑动速度和温度下的摩擦学性能,应用正交试验法对各因素对石墨烯润滑性能的影响做进一步的分析。其次制备石墨烯-环氧树脂复合材料,考察不同石墨烯添加量对环氧树脂减摩耐磨性能的影响。最后将石墨烯作为润滑油添加剂加入到500SN基础油中,测试石墨烯对润滑油承载能力的影响。并通过SEM照片和EDS能谱分析,深入讨论以上三种情况下石墨烯的减摩耐磨机理。研究结果表明:石墨烯具有良好的润滑作用,当作为固体润滑剂加入摩擦表面使用时,可以有效降低摩擦副的摩擦因数和磨损率,其润滑性能受温度和载荷影响明显。石墨烯润滑膜的寿命较短。石墨烯可以填充摩擦表面的划痕和凹坑,降低接触表面的粗糙度,对摩擦表面也会起到一定的渗碳作用,提高表面强度,同时石墨烯也会划伤摩擦表面。磨损机理主要表现为磨料磨损。适量的石墨烯可以提高环氧树脂的减摩耐磨性能。常温下,当石墨烯添加量为0.25wt%时,石墨烯-环氧树脂复合材料的摩擦因数和磨损率均达到最小值。过多的添加石墨烯会增加环氧树脂的摩擦因数和磨损率。石墨烯的最佳添加量随温度的升高而增加。石墨烯在环氧树脂中会起到骨架的作用,增加环氧树脂的强度,脱落的石墨烯也会起到一定的润滑作用。但过量的石墨烯会破坏环氧树脂交联网络的完整性,应力集中现象明显,降低其强度。磨损机理主要为粘着磨损,伴随着磨料磨损。在润滑油添加剂方面,石墨烯可以显著提高500SN基础油的承载能力,最佳添加量为0.04wt%,此时润滑油的PB值提高了 102.4%,PD值提高了 15.9%,摩擦副的摩擦因数和磨损率也有所减小。适量的石墨烯可以进入摩擦表面并填充表面犁沟,并对摩擦表面起到保护作用,但过多的石墨烯会破坏润滑油膜的完整性,加剧磨损。磨损机理主要为磨料磨损。
【学位授予单位】:东北大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TQ127.11;TH117.22

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