石墨烯在水中的分散稳定性及其减摩性能研究

考察不同分散剂对石墨烯在水中的分散稳定性的影响,研究不同石墨烯含量、不同试验载荷和频率下石墨烯水溶液的减摩性能,分析石墨烯水溶液润滑下GCr15/45#钢摩擦副表面的形貌,初步探讨其减摩机制。结果表明,分散剂KH560和CTAB可以改善石墨烯在水中的稳定分散性能,而且能降低石墨烯水溶液的摩擦因数,随着分散剂含量的增加,石墨烯水溶液的摩擦因数呈降低的趋势;石墨烯水溶液的减摩性能与试验载荷、频率等因素有关,其中载荷对石墨烯水溶液的减摩性能影响较大;去离子水润滑时GCr15/45钢摩擦副表面摩擦机制为腐蚀磨损和磨粒磨损,石墨烯水溶液润滑时摩擦机制为磨粒磨损。     

油溶性氧化石墨烯的制备及在润滑油中的摩擦学性能

以长链脂肪族十八烷基胺(ODA)为改性剂,对氧化石墨烯(GO)进行表面化学修饰得到改性氧化石墨烯(GO-ODA)。考察GO-ODA作为CD/10W-40润滑油添加剂的分散稳定性,采用红外光谱、X射线衍射谱、扫描电镜和X射线光电子能谱等手段对GO-ODA的结构和形貌进行表征,采用四球摩擦试验机对GO-ODA在CD/10W-40润滑油中的摩擦学性能进行测试。结果表明:通过酰胺化反应可以在GO表面成功接枝ODA,改性后GO在润滑油中分散稳定性显著提高,静止30天没有任何沉淀。摩擦磨损测试发现,质量分数为0.01%的GO-ODA,可使CD/10W-40润滑油的摩擦因数下降16%左右,磨斑直径减小10%;GO-ODA的磨损机制主要表现为塑性变形、黏着磨损和磨粒磨损。     

表面粗糙度和润滑油黏度对活塞裙-缸套摩擦副润滑性能的影响

以一多缸内燃机为对象,研究表面粗糙度和润滑油黏度对活塞裙-缸套摩擦副润滑性能的影响。建立活塞二阶运动方程与平均Reynolds方程相结合的活塞裙-缸套摩擦副润滑分析模型。活塞二阶运动方程采用Broyden方法求解,应用有限差分法进行活塞裙-缸套摩擦副的润滑分析。结果表明,表面粗糙度对活塞裙-缸套摩擦副润滑性能影响不明显,而随润滑油黏度增加,活塞裙-缸套摩擦副的最小油膜厚度、摩擦力和摩擦功率增加,最大油膜压力在进气和排气行程随润滑油黏度变化比较明显,在其他行程变化较小。     

石墨烯/纳米铜复合润滑油添加剂摩擦学性能研究

采用改进的Hummers方法制备石墨烯,并采用纳米激光粒度仪和X射线衍射仪对其进行表征。使用油酸和十八胺对纳米铜和石墨烯进行表面修饰,以改善其在润滑油中的分散稳定性;通过四球实验及缸套-活塞环变载荷摩擦磨损实验,评价石墨烯和纳米铜复合添加剂在润滑油中的减摩抗磨特性。采用金相显微镜和扫描电镜（SEM）观察试样磨损表面形貌,分析石墨烯和纳米铜复合添加剂的减摩抗磨机制。结果表明,石墨烯/纳米铜复合添加剂的加入使润滑油具有更加优异的抗磨减摩性能,且优于单一纳米铜或石墨烯添加剂;在摩擦过程中,石墨烯和纳米铜对摩擦副表面的凹槽和划痕进行了填充,使得磨损表面珩磨纹更加细密;同时,复合添加剂在摩擦过程中在摩擦表面形成了含有铜元素和碳元素的薄膜,起到了自修复作用。     

含石墨烯润滑油润滑机制的分子动力学模拟

采用分子动力学方法研究石墨烯作为正十六烷烃(C_(16)H_(34))润滑油的添加剂对氮化硅-轴承钢(Si_3N_4-GCr15)摩擦副润滑性能的影响,分析石墨烯质量分数、压力及剪切速度对薄膜润滑区域范德华能、剪切应力及类固膜厚度的影响规律。研究表明:适量的石墨烯可以提高润滑区域的范德华能,增加类固膜厚度,降低Si_3N_4-GCr15摩擦副的剪切应力,减少摩擦副间摩擦力;石墨烯摩尔质量分数为2.5%时,润滑区域范德华能最大,剪切应力最小;添加石墨烯后,范德华能、剪切应力及类固膜厚度随着压力和剪切速度的变化而较为平稳,而没有添加石墨烯时三者出现较大的波动。可见,石墨烯作为添加剂,改变了压力、剪切速度影响下润滑区域范德华能、剪切应力、类固膜厚度的变化规律。     

超声振动对不同黏度润滑油摩擦学性能的影响

研究GCr15/45#钢摩擦副在4种不同黏度的润滑油润滑时,有和无超声振动下的摩擦磨损性能,采用扫描电子显微镜分析磨痕表面形貌,探讨在不同黏度润滑油作用下,超声振动对润滑油摩擦学性能的影响机制。结果表明:超声振动对不同黏度润滑油摩擦学性能的影响是不同的;超声振动可以提高低黏度润滑油润滑的减摩抗磨性能,如在6#白油润滑时施加超声振动后,摩擦副间的摩擦因数和磨损体积分别减小了13.6%和17.5%;高黏度润滑油润滑时,超声振动会加剧摩擦副的摩擦磨损,如在150BS润滑时施加超声振动后,摩擦副间的摩擦因数和磨损体积分别增加了10.4%和50%。     

化学法石墨烯分散液的制备及其摩擦学性能的研究

采用化学氧化还原法,得到的石墨烯薄片,用油酸、硬脂酸对其进行改性,通过分光光度法考察石墨烯作为润滑油添加剂的分散稳定性。使用四球摩擦磨损试验机考察了石墨烯分散液的摩擦学性能,利用扫描电镜和能谱仪对摩擦表面的微观形貌和组成结构进行了表征分析。结果表明:对石墨烯改性处理是将其均匀分散到润滑油中的必要条件,改性后的石墨烯分散液表现出良好的抗磨减摩性能,平均摩擦系数为0.078,降低约12%,磨斑直径也有明显下降,且实验验证了磨损表面有石墨烯颗粒堆积现象。     

改性纳米h-BN润滑油添加剂对缸套-活塞环摩擦学性能的影响

在缸套-活塞环摩擦副中,当活塞在上、下止点处为零速,难以形成油膜,且在气缸的高温工况下,其他部位的油膜也会被破坏,从而造成缸套-活塞环的摩擦功耗增加和磨损加剧。采用优质润滑油是提高缸套-活塞环润滑与摩擦特性的重要手段。制备改性纳米六方氮化硼(h-BN)颗粒并将其按不同质量分数分散至聚α-烯烃（PAO10）基础油中,使用R-tec摩擦磨损试验机开展不同载荷下的往复摩擦试验,通过观测摩擦因数、磨损体积和缸套磨损表面、磨损元素及三维形貌参数,研究改性纳米h-BN添加剂对缸套材料摩擦学性能的影响以及减摩抗磨润滑机制。结果表明：加入改性纳米h-BN添加剂可以显著降低缸套-活塞环摩擦副的摩擦因数,减少磨损量,加入质量分数0.25%的添加剂在50 N、3 Hz工况下可使摩擦因数降低33.87%,磨损体积降低23.32%;在载荷及摩擦热作用下纳米h-BN添加剂可以在磨损表面形成摩擦保护膜,可以改善缸套的表面粗糙度,创造优良的润滑环境,提升其摩擦学性能。     

基于FTIR的水分对柴油机油添加剂的影响研究

为了研究水分对不含金属磨粒的润滑油新油和含金属磨粒的润滑油旧油的添加剂消耗的影响,在CD15W-40柴油机润滑油中加入蒸馏水配制水分质量分数为0～0.8%的润滑油样;模拟柴油机气缸套-活塞环摩擦副的磨损工况,对各润滑油样进行磨损实验;对磨损实验后的润滑油样进行傅里叶红外(FTIR)光谱分析,分析油样在无光照的环境中贮存不同时间时各添加剂含量的变化,并与磨损实验前的润滑油新油的FTIR分析结果进行比较。结果表明:未进行磨损实验的润滑油新油,在水分质量分数为0.2%及以上时,抗泡沫添加剂和清净剂的消耗速度随着水分质量分数的增加而加快,而抗磨损添加剂的消耗速度和润滑油中的水分没有直接关系;磨损实验后含有金属磨粒的旧油,在水分质量分数为0.1%及以上时,抗泡沫添加剂、抗磨损添加剂和清净剂的消耗速度都会随着水分质量分数的增加而增加。     

基于石墨烯的新型润滑体系设计及特性研究

有减摩、抗磨和修复功能的新型纳米润滑材料,是近年来摩擦与润滑领域研究的热点,也是微纳米材料与润滑剂相结合的切入点。从石墨烯这种碳基纳米材料入手,研究其作为润滑油添加剂的摩擦学性能。在研究中,用十六烷基三甲氧基硅烷改性氧化石墨来进行实验。基础油中添加石墨烯的质量分数分别是0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%,对这5组润滑油以及基础油进行摩擦学实验发现:在不添加石墨烯时,基础油的摩擦因数要大于其他5组有石墨烯添加剂的润滑油,而石墨烯质量分数为0.2%和0.3%的润滑油的摩擦因数则一直平稳地保持在比较低的区间。由此得出结论:基础油中添加石墨烯后,润滑性能得到改善,且最佳添加浓度为0.3%左右。     

纳米蒙脱石添加剂对45~#钢摩擦副摩擦学性能的影响

将KH550偶联剂修饰的纳米蒙脱石(MMT)按不同质量分数加入150N基础油中,制备质量分数1%~5%的5种纳米MMT润滑油体系,采用MMU-10G摩擦磨损试验机考察纳米MMT对45#钢摩擦副减摩抗磨性能的影响,采用SEM和EDX等分析试样形貌与表面元素成分的变化,分析影响摩擦学性能的机制。结果表明:质量分数3%的纳米MMT润滑油和具有最好的抗磨减摩性能,相对于基础油润滑体系,可使金属摩擦副磨损失重量最小降低45.5%;所有试样表面均形成了以MMT特征元素和Fe元素为主体组成的自修复膜层,使试样磨损损失获得补偿,其中质量分数3%的纳米MMT润滑油润滑时摩擦副表面MMT特征元素的含量最高,故试样磨损率最小;纳米MMT润滑体系润滑时的摩擦因数均低于纯基础油,但是不同含量的纳米MMT对改善45#钢摩擦副的减摩性没有明显的区别。     

油溶性纳米铜的制备、表征及其对SF15W/40汽油机油摩擦性能的影响

采用界面生长法,以醋酸铜为母体,抗坏血酸(Vc)为还原剂,吐温-85为修饰剂,正丁醇为生长剂,合成了粒径约15.5 nm的油溶性球形纳米铜粉;通过X-射线衍射(XRD)和透射电子显微镜(TEM)对纳米铜粉进行了表征;将其作为润滑油添加剂分散于SF15W/40汽油机油中制得纳米润滑油;通过高浓度激光粒度仪考察了纳米润滑油的分散稳定性;通过UMT-Ⅱ摩擦磨损实验机考察了纳米润滑油的摩擦学性能;采用扫描电子显微镜(SEM)分析了磨损表面形貌.结果表明:纳米铜粉在润滑油中具有优异的分散稳定性;纳米铜粉显著改善了SF15W/40汽油机油的润滑性能,其最佳添加量为0.8%.分析认为纳米铜在摩擦表面的划痕和犁沟处沉积并铺展成膜,从而改善了摩擦磨损性能.     

苦参碱-6、左旋肉碱-柠檬酸离子液体的制备及润滑特性研究

制备苦参碱-6和左旋肉碱-柠檬酸2种离子液体,分析其结构和热稳定性。研究Si_3N_4球与316不锈钢、Al、Cu、Ti 4种金属基体对摩时,2种离子液体作为润滑剂的润滑性能,并与美孚一号润滑油的润滑性能进行比较。结果表明:2种离子液体在不同基体上具有不同的润滑效果,其中左旋肉碱-柠檬酸具有较低的摩擦因数和较高的热稳定性,其润滑下基体表面磨痕较均匀光整且磨损体积小;左旋肉碱-柠檬酸润滑效果较美孚一号润滑油更好,这是因为其在摩擦过程中形成了有效的物理吸附保护膜和摩擦化学反应膜,并生成了更加复杂的含铁化合物润滑涂层,二者共同作用提高了润滑效果。     

银吡唑甲基吡啶配合物的制备及其摩擦学性能研究

针对润滑油高温润滑性能突变失效问题,设计制备3种高温自适应的微纳米级别的银吡唑甲基吡啶配合物（配合物1[Ag(LMe)\]2(BF4)2,配合物2[Ag(Li-Pr)n](BF4)n和配合物3[Ag(LMe)(NO3)]2）;考察银吡唑甲基吡啶配合物作为润滑油添加剂的摩擦学性能,并分析其摩擦磨损机制。结果表明：配合物1、2在200~400 ℃温度区间内表现出良好的抗磨减摩性能,而配合物3由于严重的团聚现象,并没有起到预期的抗磨减摩效果;具有层状结构的配合物1的抗磨减摩效果最好,其质量分数为0.5%时的润滑油的润滑性能最好。热重分析结果表明,银吡唑甲基吡啶配合物在高温下生成的银微粒能够有效填补摩擦表面的凹坑,使摩擦副的磨损形式由二体磨损向三体磨损,降低材料表面的磨损程度。因此银吡唑甲基吡啶配合物可作为可控后备润滑添加剂。     

超声分散对石墨烯润滑油分散稳定性影响的仿真与实验研究

基于LAMMPS分子动力学模拟石墨烯润滑油在超声环境中的分子运动轨迹,通过分子均方根位移方程,计算石墨烯分子扩散系数,从微观角度揭示了超声分散机理。实验通过调节超声分散机功能参数,改变超声时间和超声功率,将所得石墨烯润滑油混合液进行Zeta电位测量,通过Zeta电位表征石墨烯在润滑油中的分散稳定性。结果显示,石墨烯润滑油的分散稳定性与超声时间和超声功率在一定程度上呈正相关曲线,但当超声时间超过105 min,超声功率超过600 W后,分散稳定性有所下降。     

石墨烯和聚四氟乙烯微粉共混物作为润滑油添加剂的摩擦磨损行为研究

采用CETR UMT-2摩擦磨损试验机考察不同质量配比的石墨烯和聚四氟乙烯(PTFE)微粉作为润滑油添加剂时65Mn弹簧钢的摩擦磨损性能,采用扫描电子显微镜、三维形貌仪、拉曼光谱等表征手段观察和分析磨痕形貌及化学成分,探究石墨烯和聚四氟乙烯润滑下的摩擦磨损机制。实验结果表明:相对单纯石墨烯添加剂,其与聚四氟乙烯微粉混合后具有更优异的减摩抗磨性能。当石墨烯与聚四氟乙烯微粉质量配比为6∶4时,平均摩擦因数相比于单纯石墨烯低了44.3%,磨损率降低了77.75%。在含石墨烯和聚四氟乙烯微粉的润滑油润滑下,65Mn弹簧钢磨损机制主要表现为磨粒磨损。     

功能化氧化石墨烯-酞菁复合物的润滑特性*

以无金属酞菁复配胺边缘功能化氧化石墨烯制备一种环境友好型润滑油添加剂,采用SEM、FTIR、Raman、TGA验证其结构。采用UV-Vis考察其在偏苯三酸酯TM320基础油中的分散性,发现胺边缘功能化氧化石墨烯-酞菁复合物分散稳定性好。利用四球摩擦磨损试验机MS-10A评价其在偏苯三酸酯TM320基础油中的润滑特性,结果发现其具有优异的减摩抗磨性能,摩擦因数和磨斑直径分别较纯基础油下降了25.3%和24.1%。通过XANES和SEM-EDS分析发现,摩擦表面的摩擦膜由功能化氧化石墨烯-酞菁复合物组成,表明可能是酞菁的强配位空穴和胺边缘功能化氧化石墨烯的强吸附协同增效,使其在摩擦过程中能在摩擦副表面快速形成有效的界面润滑膜。     

石墨烯对蓖麻油润滑性能影响的试验研究

新型碳纳米材料石墨烯(Gr)作为添加剂在矿物油中已有广泛的应用研究,但是在植物油中应用研究相对较少。以植物油蓖麻油作为润滑基础油,油酸修饰的石墨烯(mGr)作为添加剂,配制不同质量分数mGr的混合蓖麻油,在四球摩擦试验机上开展混合蓖麻油的润滑性能研究,讨论mGr和蓖麻油相互作用的机制。试验结果发现,功能团修饰后的mGr能够改善蓖麻油润滑性能,含质量分数0.002%mGr的混合蓖麻油润滑下的磨斑直径和平均摩擦因数最低,比纯蓖麻油润滑分别减小14.8%和23.7%,其对应的钢球表面磨损程度最轻;mGr在试验初始阶段与蓖麻油的协同润滑作用不明显,而在中后阶段能改善蓖麻油的润滑性能。     

添加剂对7075铝合金润滑性能影响的研究

选用新型的高分子聚合酯GY25、三羟甲基丙烷单酸酯PRIOLUBE2044、PAG合成酯SGL、氯化石蜡P51NR、磷酸烷基酯360P和二烃基五硫化物RC2540作为润滑添加剂,采用MPX-2000销盘式摩擦磨损试验机,研究不同含量的上述6种添加剂对7075铝合金/45#钢摩擦副润滑性能的影响,并通过扫描电镜(SEM)和能量色散谱(EDS)观察摩擦表面形貌及元素分布。结果表明:在钢/铝摩擦副中,7075铝合金主要表现为黏结磨损;随着添加剂含量的增加,P51NR和360P能显著提高润滑性能,GY25和SGL对润滑性有一定的改善作用,2044的改善效果不明显,而RC2540产生负面影响,增大了铝合金的磨损。     

羟基硅酸镁粉体添加剂含量对金属表面自修复膜生成的影响及机制

采用羟基硅酸镁粉体作为润滑油添加剂,在MMU-5G材料端面摩擦磨损试验机上,研究了不同添加剂含量对45#钢/45#钢摩擦副磨损表面自修复膜生成的影响及其机制,借助SEM及EDX测试分析摩擦副的表面形貌及表面成分组成。结果表明,自修复添加剂的含量对羟基硅酸镁粉体添加剂在磨损表面形成自修复膜影响显著。在添加剂质量分数为2%,3%和5%的工况条件下,试样磨损表面有自修复膜生成。添加剂质量分数为2%时,易于短时间内达到磨损-自修复动态平衡,自修复效果最为理想。自修复膜的生成过程包含磨粒磨损和摩擦化学反应2个阶段。自修复膜的生成使得试样摩擦磨损表面平整光滑,可以有效降低金属磨损。