石墨烯-蛇紋石添加劑成膜機(jī)理及摩擦磨損性能研究.pdf

1、在潤滑油中添加抗磨減摩添加劑是一種常用的提高零件耐磨性能的手段。近年來，金屬自修復(fù)添加劑因具有修復(fù)磨損表面損傷而使工件達(dá)到零磨損甚至負(fù)磨損狀態(tài)的作用而受到廣泛關(guān)注。金屬自修復(fù)添加劑主要指硅酸鹽類物質(zhì)，其中蛇紋石等天然礦物粉體的應(yīng)用較為廣泛。目前關(guān)于蛇紋石、蛇紋石復(fù)合添加劑的研究已經(jīng)積累了大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和形成了多種自修復(fù)理論體系。研究發(fā)現(xiàn):蛇紋石修復(fù)膜中間含有大量的非晶體石墨、SiO2和FeS等復(fù)雜化學(xué)成分，并證明了潤滑油裂解產(chǎn)生的石墨在

2、修復(fù)膜形成過程中發(fā)揮了關(guān)鍵的作用，但是對不同工況下的成膜機(jī)理存在爭議，有待深入研究。本論文建立了復(fù)合添加劑（石墨烯-蛇紋石）的潤滑、自修復(fù)模型，基于理論分析與實(shí)驗(yàn)對蛇紋石附著于石墨烯層表面與層間與石墨烯發(fā)生協(xié)同潤滑修復(fù)作用和機(jī)理進(jìn)行了系統(tǒng)的分析和驗(yàn)證，主要內(nèi)容包括:
　　磺化石墨烯的加入省去了潤滑油裂解步驟，直接參與成膜過程。磺化石墨烯代替石墨沉積在磨損區(qū)域并吸附蛇紋石中的SiO2、蛇紋石與基體反應(yīng)生成的FeS、Fe2O3等金屬陶

3、瓷顆粒共同形成了修復(fù)層。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)石墨烯-蛇紋石復(fù)合添加劑成膜速度更快并在修復(fù)膜中檢測出含有磺化石墨烯特有的S元素，證明磺化石墨烯能促進(jìn)修復(fù)膜的形成。
　　制備了親油性磺化石墨烯(SGO)并加入合成潤滑油中進(jìn)行摩擦磨損實(shí)驗(yàn)。利用X射線衍射儀(XRD)和掃描電子顯微鏡(SEM)對磺化石墨烯的化學(xué)成分、表面形貌進(jìn)行表征;研究了磺化石墨烯的抗磨減摩性能及其在GCr15鋼表面的成膜性能;表面形成的石墨烯膜能夠有效的隔離空氣和水分子，鹽霧腐蝕

4、試驗(yàn)也證明了成膜后GCr15鋼表面具有較好的耐蝕性能;最后對提出了磺化石墨烯潤滑油的制備方法并對其自修復(fù)性能進(jìn)行了分析證明了磺化石墨烯可以作為一種新型的自修復(fù)添加劑使用，為后續(xù)復(fù)合添加劑的研制提供了理論依據(jù)。
　　結(jié)合目前金屬自修復(fù)添加劑的研究成果，采用磺化石墨烯代替成膜過程產(chǎn)生的納米石墨顆粒與蛇紋石進(jìn)行復(fù)合成膜的研究，借助SEM、EDS、XRD以及超景深顯微鏡等分析了金屬表面修復(fù)膜的成分和結(jié)構(gòu)、復(fù)合添加劑的成膜機(jī)理以及潤滑方式。

5、通過石墨烯-蛇紋石的復(fù)合成膜深化金屬自修復(fù)添加劑的成膜機(jī)理。
　　通過四球摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)研究了不同濃度下磺化石墨烯、蛇紋石以及復(fù)合添加劑的抗磨減摩性能。通過對不同添加劑作用的摩擦副表面宏觀和微觀實(shí)驗(yàn)，重點(diǎn)分析了GCr15鋼表面自修復(fù)膜的形成機(jī)理和作用機(jī)理過程。通過掃描電子顯微鏡觀察金屬表面修復(fù)膜的微觀形貌，對比超景深顯微鏡磨痕大小和三維形貌，利用能譜分析儀(EDS)檢測自修復(fù)膜成分，揭示了復(fù)合潤滑添加劑區(qū)別于傳統(tǒng)添加劑的成膜方式和