石墨烯基水润滑添加剂研究进展

随着工业的飞速发展和人们环保意识的日益增强,传统润滑油在避免环境污染等方面越来越难以满足人们的使用要求,而环境友好型润滑剂成为摩擦学研究的重要方向.水基润滑剂具有成本低、冷却性能优、可生物降解和安全性能好等优点,是一种典型的绿色环保型润滑剂,既可以满足生态环境保护的使用要求,又可以满足某些特殊环境的使用需求.但在实际应用中,需要引入纳米添加剂来解决水介质的运动黏度小、润滑性能有限和易腐蚀等问题.石墨烯基材料是一种具有优异力学性能的片层结构纳米材料,且片层之间的滑动属于超润滑滑动,作为水基润滑添加剂使用潜力巨大.然而,石墨烯是由类苯环为单元组合而成的稳定结构,片层之间存在强烈的π-π相互作用,在水基介质中很容易产生聚集沉淀.因此,近年来许多学者开始采用不同的方法对石墨烯基材料进行功能化修饰,逐渐发现修饰后的石墨烯基材料在水基溶液中具有较好的分散稳定性,并且保持石墨烯原有的力学和润滑性能,作为添加剂显著提升了水基介质的润滑性能.本文归纳了目前石墨烯面向水润滑潜在应用的常用改性方法:(1)利用氧化石墨烯等片层上的含氧基团作为"锚固点"与修饰分子发生化学反应的共价键功能化修饰;(2)利用修饰分子与石墨烯基材料之间的π-π相互作用、离子相互作用和氢键等作用力进行结合的非共价键功能化修饰;(3)对石墨烯基材料进行尺寸调控.修饰后得到的石墨烯基水润滑添加剂能够有效降低工件间的摩擦系数和磨损率,并提高水基润滑剂的缓蚀效率.但是,石墨烯基材料作为水基润滑添加剂使用,其在水中达到长期的分散稳定性还具有一定的挑战性.并且目前所采用的多为油基润滑剂的评价体系,缺少对其冷却性能和生物降解性的测试标准与方法,因此需要建立一套针对石墨烯基水润滑添加剂的完整、系统的评价体系.     

凹凸棒石/油溶性纳米铜复合润滑添加剂的摩擦学性能

采用SRV-Ⅳ型摩擦磨损试验机研究凹凸棒石/油溶性纳米铜复合润滑添加剂的摩擦学性能,利用SEM和XPS对磨损表面进行表征分析。结果表明:两种单一添加剂均能明显改善基础油对钢-钢摩擦副的摩擦学性能,而复合添加剂较单一添加剂具有更加优越的减摩抗磨性;载荷越高,复合添加剂的摩擦学性能越好。在复合添加剂的作用下,磨损表面形成了致密光滑的复合摩擦保护膜,该保护膜的主要成分为FeS_2,Fe_2O_3,SiO_2,Cu,FeOOH和有机物。     

氧化石墨烯/镍纳米润滑添加剂的润滑性能

目前有关氧化石墨烯表面负载金属纳米颗粒作为润滑添加剂的研究不多.为此,利用化学沉淀法制备了氧化石墨烯/镍纳米润滑复合材料,利用透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)对样品进行表征.将氧化石墨烯和氧化石墨烯/镍纳米材料作为润滑添加剂分别添加到液体石蜡中,利用四球摩擦磨损试验机分别考察其摩擦学性能.结果表明:相对于纯液体石蜡,添加氧化石墨烯/镍纳米润滑复合材料的液体石蜡和添加氧化石墨烯的液体石蜡的润滑效果都有提高,且添加氧化石墨烯/镍纳米复合材料时润滑效果最好.氧化石墨烯/镍纳米复合材料添加量为0.08％时润滑效果最好,相对于纯液体石蜡,摩擦系数和磨斑直径分别降低了18％和22％.     

纳米金属/层状硅酸盐复合润滑添加剂的摩擦学性能

采用机械化学法制备了纳米铜/蛇纹石复合润滑材料,利用微动摩擦磨损试验机考察了其作为润滑油添加剂的摩擦学性能,借助纳米压痕仪（nano-in-denter）、扫描电子显微镜（SEM）、能量色散谱仪（EDS）及光电子能谱仪（XPS）对磨损表面进行了表征,探讨了减摩抗磨机理。结果表明复合润滑材料具有优异的摩擦学性能,其摩擦因数及磨损率分别较基础油降低约16.4%和69.2%。复合润滑剂颗粒参与了摩擦界面复杂的理化作用,形成了致密光滑的保护膜,主要由Fe、Si等元素组成,具有较高的微观力学性能,提高了摩擦表面的磨损抗力,显著地降低了摩擦磨损。     

石墨烯基复合润滑材料的研究进展

本文简单介绍了石墨烯的各种纳米摩擦机理,另外详细介绍了二维碳纳米材料-石墨烯作为纳米润滑薄膜、润滑添加剂和润滑填料减磨抗磨性能的研究进展,并对石墨烯用于润滑材料的潜力及未来的研究方向做了阐述,研究结果有利于进一步理解石墨烯的摩擦学性能及润滑机理。     

不同相态液晶添加剂的润滑性能及机理分析

为了研究液晶化合物作为润滑添加剂的摩擦学性能及其作用机理,考察了2种向列相液晶和2种胆笛相液晶在矿物基础油中的摩擦学性能,比较了不同结构添加剂抗磨减摩性能的差异并分析了原因,在此基础上简述了液晶化合物的不同相态对于润滑性能的作用机理。结果表明:加入1%的液晶添加剂均可明显改善基础油的润滑性能;向列相液晶添加剂由于分子结构刚性更强,利于增加油膜强度以避免干摩擦产生;而胆备相液晶添加剂分子呈片层、螺旋结构,柔性链易适应磨痕,在同等载荷下有着更好的抗磨效果。     

油酸修饰纳米BN/TiN润滑添加剂的摩擦学性能研究EI北大核心CSCD

使用油酸对BN,TiN,BN/TiN纳米添加剂进行表面改性修饰,通过傅里叶红外光谱仪进行表征,利用四球摩擦磨损试验机考察润滑油纳米添加剂的摩擦学性能。结果表明:油酸成功枝接在纳米颗粒表面,提高其分散性能。与纯基础油相比,纳米添加剂工况摩擦因数降低11.7%,磨斑直径降低29.5%,磨斑表面未出现起皮脱落现象,沟槽深度、宽度明显降低,混合BN/TiN纳米添加剂表现出协同润滑作用。纳米BN,TiN颗粒能够进入摩擦副中,起到微轴承作用,降低摩擦磨损,进入摩擦副中的纳米BN与摩擦副基体材料发生化学反应,生成氮化硼、氧化硼、氧化铁等物质修复磨损表面。     

石墨烯和氧化石墨烯水基润滑添加剂在镁合金冷轧中的摩擦学行为EI北大核心CSCD

选用石墨烯和氧化石墨烯作为水基润滑添加剂,对比研究两种纳米材料对AZ31镁合金在冷轧过程中的摩擦学性能的影响。采用场发射扫描电镜(FESEM)和拉曼光谱仪(Raman)对石墨烯和氧化石墨烯水基润滑液润滑条件下轧后板材表面形貌和成分进行了分析,探讨了石墨烯和氧化石墨烯作为水基润滑添加剂的润滑机理。结果表明,石墨烯和氧化石墨烯在水中最优含量为0.5%(质量分数),摩擦因数分别为0.132和0.038,磨损体积分别为23.1 mm^3和2.59 mm^3。同时氧化石墨烯水基润滑液优良的润滑性能降低了镁合金轧制过程中的轧制力,改善了轧后板材表面质量。相同测试条件下,氧化石墨烯水基润滑液的润滑性能优于石墨烯水基润滑液,主要原因是其在水中良好的分散性和在镁合金表面优异的润湿性。     

纳米硫代钼酸镍润滑添加剂的制备及性能

分别用微乳液反应法和乳状液相转移法合成了新型固体润滑兼油品添加剂-硫代钼酸镍纳米粒子.对它们的结构、形貌进行了分析观察,研究了用两种方法合成的纳米粒子在润滑油中的分散稳定性和摩擦学性能.用两种方法合成的硫代钼酸镍粒子大小均为十几纳米,用后一种方法合成的纳米粒子在润滑油中的分散稳定性更佳,润滑性能也更好.     

聚四氟乙烯润滑添加剂的使用性能与发展

研究了固体润滑剂聚四氟乙烯的结构特征和润滑原理,使用四球摩擦试验机研究了聚四氟乙烯的摩擦学性能,探讨了聚四氟乙烯作为润滑添加剂的应用现状与发展前景。     

含磷润滑添加剂在钢-镁摩擦副间摩擦学特性的研究

利用MRH-3环块摩擦试验机实验考察了4种商用含磷润滑添加剂在钢-镁摩擦副间的摩擦学性能.研究表明:考察的磷酸酯能显著提高基础油的承载能力,且比基础油具有更优良的减摩效果;但在轻载下导致的镁合金体积磨损量均较基础油大.探讨了磷酸酯添加剂摩擦学特性与其反应活性的相关性.     

纳米偏硼酸钙/还原石墨烯润滑添加剂的制备及摩擦学性能

为了研究表面改性纳米偏硼酸钙/还原石墨烯润滑添加剂的合成方法,以偏硼酸钙、还原石墨烯为原料,油酸为修饰剂,利用等离子体辅助球磨制备纳米偏硼酸钙/还原石墨烯复合粉体,并测试其摩擦学性能.采用扫描电镜、透射电镜、X射线衍射仪和红外光谱仪对纳米偏硼酸钙/还原石墨烯复合粉体进行形貌观察;采用形状测量激光显微镜、扫描电镜对摩擦副表面进行测试;采用MOAⅡ油液分析光谱仪对摩擦油样进行检测.结果表明:在钢球机械研磨和等离子体热效应的耦合作用下,等离子体辅助球磨10 h的偏硼酸钙与还原石墨烯继续球磨10 h后,被细化为10 nm左右的颗粒状,并均匀地负载于还原石墨烯上.等离子体快速加热使得偏硼酸钙粉体表面发生热爆,部分偏硼酸钙飞溅在还原石墨烯上,并随即被其包裹为球状复合结构.等离子体辅助球磨10 h为偏硼酸钙表面引入羧基基团,并在后续球磨中与还原石墨烯表面的羟基发生酯化反应,原位完成油酸对偏硼酸钙和还原石墨烯的表面改性,使得纳米偏硼酸钙/还原石墨烯复合粉体在5W-40型机油中具有良好的分散性.在摩擦过程中,比表面积大的还原石墨烯不断吸附在摩擦表面,同时被还原石墨烯包裹为球状的纳米偏硼酸钙粒子,使摩擦副表面产生多活动中心的滚动摩擦,从而有效改进复合油的减摩抗磨性能.     

纳米硫化钼酸镍润滑添加剂的制备及性能

分别用微乳液反应法和乳状液相转移法合成了新型固体润滑兼油品添加剂-硫代钼酸镍纳米粒子。对它们的结构、形貌进行了分析观察,研究了用两种方法合成的纳米粒子在润滑油中的分散稳定性和摩擦学性能。用两种方法合成的硫代钼酸镍粒子大小均为十几纳米,用后一种方法合成的纳米粒子在润滑油中的分散稳定性更佳,润滑性能也更好。     

Graphene/SiO2纳米复合材料作为水基润滑添加剂的摩擦学性能

以石墨烯和正硅酸乙酯为原料用溶胶-凝胶法制备了Graphene/SiO₂纳米复合材料，用球盘式摩擦磨损试验机评价其作为水基润滑添加剂在不同载荷和浓度下的摩擦学性能。用扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)等手段表征了摩擦副的表面形貌和元素特征。结果表明：在15N载荷工况下，Graphene/SiO₂纳米复合材料作为添加剂在超纯水中含量为0.2%(质量分数)时具有最佳的摩擦学性能，比超纯水的摩擦系数降低了17.9%，钢球磨损率降低了61.7%。基于磨损表面分析提出的润滑机制为：在摩擦过程中，Graphene/SiO₂纳米复合材料在磨损表面生成的物理吸附膜、Graphene的层状剪切作用以及SiO₂在磨损表面的修复作用和滚珠轴承作用，使超纯水的摩擦学性能提高。     

纳米润滑添加剂的润滑自修复效应

采用湿式机械化学法制备纳米铜并对其进行二次化学修饰，使其稳定地分散在基础油中；获得了自修复纳米润滑添加剂NT1。用透射电镜观察了纳米铜的表面形貌；用XP销-盘试验机考察了NT1的摩擦学性能。试验结果表明：自修复纳米润滑添加剂具有良好的分散稳定性、抗磨性和自修复性。     

纳米碳管/石墨烯导电硅脂的性能

分别以不同含量的纳米碳管和石墨烯为添加剂,二甲基硅油为基础油,聚四氟乙烯作稠化剂,制备了导电润滑硅脂.分别采用SYP4110-I润滑脂宽温度范围滴点测试仪、GEST-121体积电阻测定仪和MFT-R4000往复摩擦磨损试验机对硅脂的滴点、体积电阻率和摩擦学性能进行测试,采用扫描电子显微镜观察钢盘磨斑表面形貌,XPS能谱仪分析磨损表面元素组成.结果表明,两种添加剂都可以提高硅脂的滴点、导电性和摩擦学性能;且在添加量相同时,纳米碳管对硅脂滴点、导电性和摩擦学性能的改善优于石墨烯,当纳米碳管和石墨烯含量为0.2％时,制备的导电硅脂均具有更优异的抗磨减摩性能.XPS分析表明,在金属表面生成的摩擦保护膜是提高摩擦副抗磨减摩性能的根本原因.     

油溶性有机钼的发展和研究现状

油溶性有机钼是一类可溶于润滑油的钼化合物,其在润滑剂中常用作摩擦改进剂或抗磨减摩添加剂。简述了有机钼润滑添加剂的发展情况及基本类型,对其在润滑油和润滑脂中的研究现状进行了介绍,并归纳了不同类型有机钼添加剂的摩擦学机理。最后,针对有机钼添加剂研究中存在的一些问题,提出了相应建议。     

富勒烯和碳纳米管在润滑体系中的研究进展

纳米材料改善润滑体系是摩擦学研究的热点之一.综述了富勒烯和碳纳米管改善流体润滑体系、固体润滑体系(固体膜、碳基、聚合物基、金属基、陶瓷基润滑体系)摩擦性能的研究进展.富勒烯和碳纳米管可使体系的摩擦系数减小、磨损率减小、硬度增大,从而优化摩擦性能.富勒烯和碳纳米管具有优良的自润滑性,有成为"分子滚珠(轴)"润滑添加剂的潜力.     

少层石墨烯负载纳米SiO2复合材料对水润滑性能的影响

采用液相超声直接剥离法制备了少层石墨烯负载纳米SiO₂复合材料,采用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少层石墨烯负载纳米SiO₂复合材料对水润滑性能的影响。通过SEM、XPS分别分析了磨损表面的形貌、元素组成及典型元素的化学状态,初步探讨了石墨烯负载纳米SiO₂复合材料在水中的润滑机理。结果表明:纳米SiO₂均匀分布于少层石墨烯片层表面和层间;其作为水润滑添加剂具有良好的减摩抗磨性能,这主要是由于石墨烯负载纳米SiO₂复合材料在磨损表面形成的摩擦化学反应膜与纳米SiO₂的自修复效应发生协同作用,抑制了Fe的氧化,并填补和修复了磨损表面,使磨痕表面的摩擦磨损减轻。     

Al2O3/SiO2／MgO复合纳米添加剂的抗磨减摩性能

采用超声机械法制备纳米Al2O3、SiO2、MgO等颗粒，并对其进行化学修饰，使其稳定地分散在基础油中，获得自修复纳米润滑添加剂。通过四球试验与止推圈试验考察摩擦学性能。试验结果表明：自修复纳米润滑添加剂具有良好的分散稳定性、抗磨减摩性和自修复性。