【摘 要】
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润滑技术和表面织构技术是改善摩擦状况的两个重要手段。本文选用具有高淬透性,高硬度,高耐磨性的GCr15轴承钢球/环作为摩擦副;选择具有扁平结构刚性链端的4-正戊基-4’-戊级联苯氰（5CB）作为基础润滑油;具有良好力学性能、超大比表面积和超薄片状结构的石墨烯被选作润滑添加剂。通过激光加工技术在摩擦盘表面加工出正方形阵列分布的圆形织构,研究了石墨烯/5CB悬浮液在织构表面的协同润滑作用。本文主要研究
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润滑技术和表面织构技术是改善摩擦状况的两个重要手段。本文选用具有高淬透性,高硬度,高耐磨性的GCr15轴承钢球/环作为摩擦副;选择具有扁平结构刚性链端的4-正戊基-4’-戊级联苯氰（5CB）作为基础润滑油;具有良好力学性能、超大比表面积和超薄片状结构的石墨烯被选作润滑添加剂。通过激光加工技术在摩擦盘表面加工出正方形阵列分布的圆形织构,研究了石墨烯/5CB悬浮液在织构表面的协同润滑作用。本文主要研究内容如下:摩擦表面润滑油膜的形成受润滑油润湿性、流变性的影响。本文通过测量5CB以及不同浓度石墨烯/5CB悬浮液的接触角研究了石墨烯添加浓度对润湿性能的影响,常温下5CB的接触角为19.519°。当石墨烯浓度为0.15wt%时,接触角最小,为10.080°。通过测量不同浓度石墨烯/5CB悬浮液的黏度、剪切应力、粘弹性、粘附性、触变性来研究流变性对润滑性能的影响,实验结果表明添加适量的石墨烯后,石墨烯/5CB悬浮液的流变性能都有一定程度的增强,证明了石墨烯作为润滑添加剂时显著提高了基础润滑油的流变性能。使用脉冲纳秒激光器在GCr15钢环表面加工了一系列具有不同几何参数的表面织构。通过进行摩擦磨损试验,研究了乏油润滑条件下织构深度、面积密度和织构深度等参数对润滑性能的影响,并确定了最佳织构参数（织构深度10μm、织构面积密度8%、织构直径100μm）。最佳织构参数下摩擦系数为0.031,相比于光滑表面的摩擦系数（0.046）下降了32.6%。这是因为织构可以存储润滑油,在摩擦过程中起到二次润滑的作用。而且在摩擦过程中,离心力使润滑油转移出球/环接触区域,而织构表面会阻碍润滑油离开接触区,故摩擦系数出现大幅降低。不同浓度、不同负载、不同转速下,研究了光滑表面及织构表面的减摩抗磨性能,从而确定了石墨烯的最佳添加浓度为0.15wt%,负载为3 N,转速为250 r/min,此时光滑表面的摩擦系数为0.029,织构表面的摩擦系数为0.018。研究其润滑机理发现5CB在滑动剪切方向,表现为低粘度液体,有效降低了摩擦系数。同时SEM证明悬浮液中的石墨烯进入了摩擦界面参与了摩擦反应,并承受了摩擦剪切力,从而阻止了摩擦界面的直接接触。XPS分析证明了悬浮液在摩擦过程中与摩擦表面发生了摩擦化学反应,生成了新的化合物,形成的摩擦化学反应膜保护了摩擦表面,起到了减摩抗磨的作用。
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