碳量子点的摩擦学研究进展

机械设备的摩擦和磨损，造成了大量材料和能量消耗。碳量子点（Carbon Quantum Dots,CQDs）是一种新型零维纳米材料，具有独特的物化性质和良好的摩擦学性能，能够提高基础油的润滑性，延长机械设备的使用寿命，逐渐成为润滑领域中绿色、有前途的减摩抗磨材料。首先简要概述制备CQDs的至上而下和至下而上的两大类方法，然后着重介绍了CQDs作为润滑添加剂表面功能化、杂原子掺杂、纳米复合材料制备3种改善摩擦性能的策略，通过梳理CQDs基纳米材料作为减摩抗磨剂添加剂在摩擦学领域的应用实例，发现与其他纳米材料相比，CQDs具有超小的尺寸、表面官能团可调、分散性好、吸附稳定性好、毒性低、环境友好、易合成、成本低等优点，这些独特的性质造就了其优异的减摩抗磨性，证明了CQDs基纳米材料在摩擦学中拥有巨大的应用潜力。之后对CQDs作为润滑油添加剂的滚动轴承效应、形成润滑保护膜、填充修复效应和抛光效应4种润滑机制进行了总结和分析。最后概述了目前CQDs在摩擦学领域一些亟待解决的关键性问题，并展望了CQDs在未来摩擦学领域应用的发展趋势。CQDs在润滑领域的成功应用为具有更好减摩和抗磨性能的下一代碳纳...     

石墨烯负载纳米LaF_3复合材料的摩擦学性能

采用液相超声直接剥离法制备了石墨烯负载纳米LaF_3复合材料,用SEM、TEM对其形貌进行了表征,利用多功能往复摩擦磨损试验仪考察了石墨烯负载纳米LaF_3复合材料在纯水中的摩擦磨损性能。通过SEM、XPS分别分析了磨痕表面的形貌、典型元素的化学状态,初步探讨了石墨烯负载纳米LaF_3复合材料在纯水中的润滑机理。结果表明:纳米LaF_3均匀分布于多层石墨烯片层表面和层间,其粒径为5~50 nm;其作为纯水添加剂具有良好的减摩抗磨性能,如试验载荷10 N,添加剂浓度0.01%(质量分数)时,与纯水润滑时相比,石墨烯负载纳米LaF_3复合材料水分散体系润滑下平均摩擦系数和磨损体积分别下降34.35%和52.40%,这主要是由于复合材料在磨损表面形成的吸附膜、摩擦化学反应膜发生协同作用,改变了水的磨损机理,抑制了Fe的氧化,使得摩擦表面的摩擦磨损得到减轻。     

钛基纳米润滑添加剂的减摩抗磨及自修复特性对比

针对恶劣工作环境会加剧机械设备摩擦副间的磨损而降低其服役寿命的问题,对比研究3种纳米添加剂TiO2、TiN和TiC在不同工况下的摩擦学性能及其自修复性能。根据SH-T0762-2005标准润滑油摩擦因数测定法,并利用MRS-10A型四球磨损试验机磨斑测量光镜、激光共聚焦显微镜和能量色散谱仪(EDS)对磨损表面进行表征,探讨其润滑抗磨及自修复机理。结果表明:钛基纳米添加剂的加入很好地改善了润滑油的抗磨减磨性能,并使其具有一定的自修复性能;当钛基纳米质量分数为0.5%时,其减摩抗磨性能达到最佳。3种纳米添加剂中,对润滑油减摩抗磨性能改善效果最好的是纳米TiO2,而自修复效果最好的则为纳米TiN。故纳米TiN和纳米TiO2作为润滑油添加剂,具有较好的减摩抗磨和自修复能力。     

添加Sb纳米颗粒润滑油的摩擦学性能

采用Sb纳米颗粒作为润滑油添加剂,研究其在不同摩擦条件下的摩擦学性能和抗磨减摩机理。采用CFT-1型材料性能测试仪进行往复摩擦试验,并采用SEM和EDS分析润滑油的润滑效果。结果表明:Sb纳米颗粒的添加可以有效地改善润滑油的抗磨减摩性能;在0.50%(质量分数)的添加量下表现出优异的抗磨减摩效果;Sb纳米颗粒不仅可以吸附在摩擦副表面保护基体材料,还可以对磨损表面进行动态自修复。     

CaCO3纳米粒子在45#钢表面的摩擦学性能

在Tween-80/C10H21OH/H2O体系层状液晶中合成出平均粒径为30～40nm的CaCO3纳米粒子,用四球磨损试验机考察了CaCO3纳米粒子作为润滑添加剂在Tween-80/C10H21OH/H2O体系层状液晶中的摩擦磨损行为,并用X射线光电子能谱对其抗磨减摩机理进行了研究.研究结果表明:CaCO3纳米粒子能提高Tween-80/C10H21OH/H2O体系层状液晶的摩擦学性能,在摩擦过程中,摩擦表面生成了化学反应膜.     

微纳米层状硅酸盐矿物润滑材料的摩擦学性能研究

对微纳米层状硅酸盐矿物粉的摩擦学性能进行了研究.将微纳米层状硅酸盐矿物质量比为0.5%分散在汽油机润滑油SJ10W/40中,利用摩擦磨损实验机考察其减摩抗磨及自修复性能,与润滑油SJ10W/40进行对比.采用扫描电子显微镜(SEM)分析试样磨痕表面的形貌和元素组成,并进行了EDS能谱分析.试验结果表明:与润滑油SJ10W/40相比,含层状硅酸盐矿物油样润滑的摩擦副,摩擦因数降低了71.6%.SEM分析表明磨痕处有着与基体材料不同的修复区域,该修复区域沉积着Si、Mg等元素.这些说明微纳米层状硅酸盐矿物润滑材料具有优良的减摩抗磨和自修复性能.     

烷基胺边缘功能化氧化石墨烯Pickering乳液的摩擦学行为

为探究氧化石墨烯（GO）在金属加工液领域的应用潜能,采用改进Hummers法合成了GO,对其进行正辛胺的边缘功能化修饰,并构建了基于功能化GO的Pickering乳液。研究了功能化GO在液-液界面的油水界面行为,以及GO基Pickering乳液在固-液界面的摩擦学行为。利用全自动界面张力仪研究了功能化GO在不同油水界面的界面张力;利用UMT-tribolab和白光干涉仪研究了GO基Pickering乳液在CoCrMo合金和304不锈钢表面的界面润滑性能;利用Micro-Raman和XPS分析金属摩擦副表面的润滑膜组成,以阐明GO基Pickering乳液的润滑作用机理。研究结果表明：GO基Pickering乳液比空白乳液的减摩性能好,且胺功能化GO在CoCrMo合金上比在304不锈钢上展现出更优的润滑性能。对比空白乳液,在对摩擦副为CoCrMo合金时,GO乳液可降低35.9%的平均摩擦因数和46.7%的钢球磨损率,而Oct-N-GO乳液则可降低48.7%的平均摩擦因数和73.0%的钢球磨损率。机理分析表明,功能化GO良好的界面润湿性能使其所构建的Pickering乳液可以在金属表面形成良好的界面润滑膜;其结构中的烷基胺在摩擦过程中更易发生剪切,降低界面剪切力而起减摩作用;同时,其所形成的润滑膜组分中含有较高的C-O-C/C-OH和C=O,更好地吸附或填补到金属表面而起抗磨作用。     

纳米添加剂对GCr15/1045钢摩擦磨损性能的影响

随着纳米科技的发展和对纳米材料功能特殊性的认识,纳米材料作为添加剂开始越来越多的应用到机械的润滑和抗磨自修复研究中。文中利用PLINT NENE–7型磨损试验机,以中石油兰州润滑油厂生产的中负荷工业闭式齿轮油L–CKC220作为基础油研究了纳米氮化铝、纳米碳化硅和油溶性纳米铜合金作为添加剂对GCr15/1045钢摩擦副滑动摩擦磨损特性的影响。分析不同纳米材料对摩擦因数曲线、磨斑形貌(SEM)及EDX能谱分析图的影响,结果表明：3种纳米添加剂均能使摩擦副的摩擦因数明显降低;纳米氮化铝和油溶性纳米铜合金作为添加剂具有良好的减摩和抗磨性能,分别使摩擦系数降低33.3%和28.6%,并能非常明显的沉积在摩擦副表面;纳米碳化硅的性能较差。     

纳米添加剂对GCr15/1045钢摩擦磨损性能的影响

随着纳米科技的发展和对纳米材料功能特殊性的认识,纳米材料作为添加剂开始越来越多的应用到机械的润滑和抗磨自修复研究中。文中利用PLINT NENE-7型磨损试验机,以中石油兰州润滑油厂生产的中负荷工业闭式齿轮油L-CKC220作为基础油研究了纳米氮化铝、纳米碳化硅和油溶性纳米铜合金作为添加剂对GCr15/1045钢摩擦副滑动摩擦磨损特性的影响。分析不同纳米材料对摩擦因数曲线、磨斑形貌(SEM)及EDX能谱分析图的影响。结果表明:3种纳米添加剂均能使摩擦副的摩擦因数明显降低;纳米氮化铝和油溶性纳米铜合金作为添加剂具有良好的减摩和抗磨性能,分别使摩擦系数降低33.3%和28.6%,并能非常明显的沉积在摩擦副表面;纳米碳化硅的性能较差。     

石墨烯/高密度聚乙烯在水润滑条件下的摩擦学性能研究

目的 探究石墨烯/高密度聚乙烯高分子材料在水润滑条件下的摩擦学性能,提高高密度聚乙烯的自润滑和耐磨损性能.方法 采用石墨烯纳米片填充高密度聚乙烯材料,利用RTEC摩擦磨损试验机,开展新型复合材料在水润滑条件下的摩擦学性能研究.通过分析新型复合材料的典型机械性能、摩擦系数、磨损形貌以及摩擦副接触表面的元素成分及分布情况,揭示石墨烯/高密度聚乙烯在水润滑条件下的摩擦磨损机理.结果 新型复合材料的拉伸强度、撕裂强度和肖氏硬度均随着石墨烯纳米片含量的增加而先增高后降低,1.5％石墨烯纳米片改性高密度聚乙烯表现出最高的强度,分别为19.81 MPa、31.34 MPa和92.6HSA.新型复合材料的平均摩擦系数和体积行程磨损率总体随着石墨烯含量的增加而减小,1.5％石墨烯纳米片改性的高密度聚乙烯平均摩擦系数和体积行程磨损率比纯高密度聚乙烯分别降低了53.6％和73.9％.Si3N4陶瓷球与1.5％、0.6％石墨烯纳米片改性高密度聚乙烯进行3600 s对磨试验,其磨损区域的碳元素质量分数分别约为3.5％和0.3％,表明含量较高的石墨烯纳米片有利于在微观界面形成石墨烯润滑层,从而降低摩擦系数.结论 石墨烯纳米片显著影响高密度聚乙烯的自润滑性能和耐磨损性能,适量的石墨烯纳米片促进了高密度聚乙烯磨损界面石墨烯润滑层的形成,降低摩擦系数和磨损量.该研究可为设计低摩擦、耐磨损的水润滑轴承复合材料提供参考.     

层状双氢氧化物的制备及其摩擦学性能研究进展*

具有特殊层状结构的双氢氧化物(LDHs)作为润滑添加剂能极大地降低机械系统的摩擦和材料磨损,但在摩擦学领域对该材料的研究还相对较少。概述了 LDHs 的结构、性能和制备方法,并对不同制备方法进行比较和评价,重点综述 LDHs 材料作为油基、脂基以及水基润滑添加剂时的摩擦学行为。相关研究结果表明：LDHs 材料作为油基、脂基以及水基润滑添加剂时可以形成含有金属氧化物的保护膜,该保护膜具有高耐磨性和自润滑能力,可以达到减摩降磨的效果。但是 LDHs 材料作为油基润滑添加剂时,存在尺寸效应以及分散稳定性差的问题,成为制约其广泛应用的关键因素。通常采用表面改性剂来改善 LDHs 材料在润滑油中的分散性,如月桂酸、油酸和油胺等。对于层状双氢氧化物的研究和应用具有参考意义。     

润滑油纳米添加剂的研究进展

随着纳米技术与润滑剂研发领域的结合，将纳米材料作为润滑油添加剂，有效提升其摩擦学性能，已为业界所认可。在机械工业现代化高速发展的背景下，近年来，润滑油纳米添加剂开发领域的研究进展备受关注。其中，关于纳米添加剂的制备工艺、材料组成以及性能和应用等研究进展迅速，大量相关成果不断被报道。以近年来应用于润滑油开发领域的纳米添加剂研究成果为基础，从降粘性能探索、多功能化研究、与商用润滑油复配、匹配特殊材料摩擦副和适应极端苛刻环境等5个方面，对纳米添加剂的制备、性能和作用机理的研究进展进行了全面细致地梳理。评述了纳米添加剂所具备的突出功能和应用前景，并从生产制备、性能优化和机理研究三个方面指出了在纳米添加剂相关研发领域未来可能出现的新热点。在生产制备方面，规模化、工业化将被努力推动；在性能优化方面，实现多功能化纳米粒子、复配增益商用润滑油、匹配特殊材料摩擦副、适应极端苛刻摩擦条件等，都有广阔的探索空间；在机理研究方面，纳米添加剂的降粘机理、无溶剂离子型纳米流体的流动与摩擦学特性机理，也将成为科研人员未来关注的重点。     

常用碳基固体润滑薄膜的研究现状与展望

首先从碳基固体润滑薄膜的应用需求与成本效益出发,探讨了研究碳基固体润滑薄膜的迫切要求和重要意义,然后对类金刚石(DLC)薄膜、类富勒烯(FLC)薄膜及石墨烯薄膜三类最常用的碳基固体润滑薄膜的研究现状进行了较详细的介绍。其中,重点介绍了DLC薄膜的三种减摩抗磨机理,探讨了掺杂元素改性对DLC薄膜硬度、摩擦系数和磨损率等多个方面的影响,并指出外部因素(基体材料、过渡层和应用环境等)对DLC薄膜性能的重要作用。探讨了掺氢、掺氟和掺氮对FLC薄膜构性转变和摩擦学性能的影响。总体来说,氟掺杂导致FLC结构变化,并显著改变薄膜硬度;掺氮会诱导类富勒烯微结构的增加;掺氢FLC薄膜热处理后可达到超润滑状态。总结了石墨烯薄膜制备工艺的发展、石墨烯基复合薄膜的摩擦学性能和石墨烯薄膜在不同基体材料的应用。最后,指出了碳基润滑薄膜领域亟待解决的关键难题,并对未来的研究方向做出了预测。     

黑磷的力学及摩擦学性能研究进展

归纳了黑磷在力学和摩擦学方面的理论计算和实验研究进展,重点总结了黑磷因其独特的褶皱结构而导致的负泊松比及力学性质的各向异性,关注了厚度、缺陷、预应变以及环境降解等因素对其力学性能的影响。黑磷优异的力学性能为运动传感器、柔性器件、安全装备以及微机电系统等的设计与开发提供了新的选择。应变以及缺陷对其力学性能的调控可以为黑磷的应用推广提供新的思路。大气环境条件下,黑磷的表面降解是阻碍其应用的一大瓶颈,但其化学活性可以在摩擦学领域中加以利用,实现超润滑。同时重点概述了近年来对黑磷的微观摩擦学研究,主要集中在黑磷摩擦性能的各向异性、厚度和载荷的影响,以及表面降解对润滑的贡献。黑磷纳米片、黑磷量子点等纳米材料在油基润滑、水基润滑以及聚合物复合材料方面的摩擦学研究表明,高载下黑磷的润滑性能优异,有望推动工程领域超润滑的实现。最后,对二维纳米材料黑磷未来的研究与发展做了进一步的展望。     

石墨烯对铜基制动材料的性能影响

目的为了提高铜基制动材料的力学性能和摩擦学性能,选用石墨烯作为增强填料添加到铜基制动材料中,研究石墨烯对铜基制动材料性能的影响。方法采用粉末冶金的方法制备了石墨烯含量(质量分数,后同)分别为0%、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%的铜基复合材料,并对不同试样的力学性能和摩擦磨损性能进行比较。结果含有石墨烯的试样硬度为46.4~54.2HB,高于未添加石墨烯试样的硬度(44.5HB)。含有石墨烯的试样抗弯强度为250~418 MPa,均高于未添加石墨烯试样的抗弯强度(218 MPa),其中石墨烯含量为0.4%的试样的硬度和抗弯强度最大,分别为54.2HB和418 MPa。随着石墨烯含量的增加,材料的密度逐渐下降。当石墨烯含量为0.2%~0.4%时,材料摩擦系数的稳定性提高且磨损率降低;当石墨烯含量为0.6%~0.8%时,材料摩擦系数的稳定性下降且磨损率变大。当石墨烯含量为0.4%时,材料的摩擦系数最稳定,摩擦系数的方差为0.3×10~(-3)(未添加石墨烯的试样为1.4×10~(-3)),磨损率最低,位于0.136×10~(-6)~0.185×10~(-6) mm~3/(N·m)之间(未添加石墨烯的试样位于0.42×10~(-6)~0.82×10~(-6)mm~3/(N·m)之间)。结论少量的石墨烯(0.2%~0.4%)可以显著提高铜基制动材料的硬度和弯曲强度,其中石墨烯含量为0.4%时,制成的制动材料的机械性能最佳,同时试样的摩擦系数稳定,磨损率较低。     

新型碳纳米材料用于有机防腐涂层的研究进展

综述了碳纳米材料用于腐蚀防护中的研究进展,重点介绍了几种碳纳米材料,包括富勒烯、碳纳米管、碳纳米纤维、石墨烯、石墨炔以及碳点.碳纳米材料具有优异润滑性能、导电导热性能和屏蔽性能等,在涂层防护领域具有广阔应用前景.具有二维片层结构的碳纳米材料,可在涂层内部构建多重高效屏障,有效提升涂层的屏蔽性能.碳纳米材料的表面存在负电荷,可有效地抑制氯离子和氢氧根离子的渗透过程,降低涂层与金属界面间的阴离子浓度,减缓涂层与金属界面发生腐蚀的几率.碳纳米材料本身具有润滑性能,可实现减摩,提升涂层的耐磨性能.此外,对碳纳米材料涂层的制备、性能及防腐机理等进行了详细阐述,对碳纳米材料在有机防腐涂层中的发展前景进行了展望.     

胆碱氨基酸离子液体水润滑添加剂的原位制备及性能研究

目的研究原位制备胆碱氨基酸离子液体水润滑添加剂的摩擦学性能、物理化学性能及其毒性。方法以氨基酸和胆碱为原料,在去离子水中原位制备7种氨基酸离子液体水润滑添加剂([Ch][AA] ILs)。以去离子水为对照样,对其摩擦学性能、物理化学性质进行系统研究。以传统离子液体1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐(L-B104)为对照样,绿藻和海虾作为实验对象,对其水生生物毒性进行评价。结果添加不同种胆碱氨基酸离子液体添加剂后,水溶液的运动黏度明显增加,并且呈现出递增的趋势。浸泡在含400 mmol/L胆碱氨基酸离子液体的水基润滑剂中时,铸铁棒条的腐蚀极为轻微。作为润滑剂使用时,测试原位制备的胆碱氨基酸离子液体水基润滑剂的浓度为400 mmol/L时的减摩抗磨性能,其摩擦系数都比水小。毒性试验显示,[Ch][AA]ILs的半抑制浓度(EC50)和半致死浓度(LC50)值远远大于L-B104。结论与去离子水相比,以胆碱氨基酸离子液作为水润滑添加剂,在钢/钢摩擦副上表现出优异的润滑性能。其中,含有芳杂环的[Ch][Trp]具有最优异的减摩抗磨性能,其摩擦学系数和磨损体积最小。这可能归因于芳杂环的引入使得含有该离子液体添加剂的水溶液黏度显著增大,在摩擦过程中能够形成更牢固的润滑保护膜,从而使该氨基酸胆碱离子液体具备优越的减摩抗磨性能。在毒性试验中发现,氨基酸胆碱离子液体水润滑剂的毒性远小于传统离子液体(L-B104),对试验生物体基本无毒害作用。     

石墨烯在不锈钢材料应用中的减摩和耐磨特性研究进展

材料间的摩擦和磨损会产生能源和经济上的损耗,高强度的石墨烯为提高材料的减摩和耐磨特性提供了新的途径.不锈钢材料已经在工业领域获得广泛的应用,根据石墨烯和不锈钢材料的结合方式分类,总结了国内外关于石墨烯应用于不锈钢材料减摩降损的研究进展,从不锈钢材料的加工到应用,揭示了石墨烯降低不锈钢摩擦因数的规律.石墨烯纳米颗粒作为切削液添加剂,可以极大降低不锈钢和刀具摩擦界面的摩擦因数,从而提高不锈钢工件表面加工质量.先制备后转移仍是当前石墨烯应用于不锈钢表面的主要方式,石墨烯以固体润滑剂的形式作用于摩擦界面,不锈钢表面的磨损率可以实现下降.激光熔化增材制造技术的不断发展,为石墨烯增强不锈钢复合材料提供有效途径,极大地推动该材料的工程应用进程,也为石墨烯降低不锈钢材料的摩擦磨损提供了新的研究方向.最后,通过对石墨烯降低不锈钢材料摩擦磨损的研究总结,指出了当前研究存在的部分问题并提出了解决措施,展望了该方向的应用前景.     

风力发电机传动系统的润滑油改性

利用基液置换法,将稳定性较好的磁流变体作为润滑油添加剂,以合理的配比加入到润滑油中,并对合成后的润滑油进行黏度测量及摩擦性能测试。由于稳定的磁流变体具有较宽的使用温度范围,良好的抗沉降团聚稳定性能,以及良好的润滑抗磨损性能,可以作为润滑油的添加剂,以适当提高润滑油黏度,降低磨损。实验及测试结果表明,磁流变体添加剂质量分数在3%~5%之间,最大无卡咬负荷为80kg~100kg,磨斑直径为0.48mm~0.51mm。稳定的磁流变体可以应用于风力发电机传动系统中的润滑,且添加剂质量分数在3%~5%的范围。