二硫化钼量子点添加剂的摩擦学性能及腐蚀行为研究

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在工业生产中,材料的摩擦磨损是能源损耗、经济损失中常见的突出问题,制备出合适的添加剂达到减摩稳磨的效果至关重要;在海洋环境中,氯化物的侵蚀不断危害着大量建筑材料,用电化学技术探究碳钢的腐蚀行为机理也是本论文研究的重点。目前对石墨烯的探索已有近20年的时间,但是学者们对二维材料的关注依然热度不减。Mo S2作为类似石墨烯的层状二维材料,其特殊的三明治结构,使得在承受剪切应力的时候比石墨烯具有更好的润滑效果。而量子点作为纳米材料中更加微小的部分,其作为添加剂在摩擦学性能及腐蚀行为方面的研究仍需大量工作来做更坚实的奠基。总所周知,纳米材料因其微粒本身的特性,表现出小尺寸效应、表面与界面效应、宏观量子隧道效应以及重力作用等,在宏观上更容易发现被氧化、沉降、团聚等现象,因此纳米材料在润滑领域中的应用受到了限制。常常通过物理吸附修饰、化学修饰等改进方式使得Mo S2量子点获得更优异的性能。本文采用超声空化效应所产生的机械剪切力,以异丙醇为溶剂剥离大块Mo S2粉末从而制得Mo S2量子点。在此基础上,用苯并咪唑、2-巯基苯并咪唑以及石墨烯对Mo S2量子点进行修饰,以改善Mo S2量子点的缺陷,同时以摩擦学性能、腐蚀行为两个视角开展实验研究。本文研究的主要内容及结论如下:(1)Mo S2量子点添加剂的摩擦学性能及腐蚀行为研究。异丙醇将Mo S2量子点成功羟基化,且Mo S2量子点的厚度为1.2 nm相当于单层Mo S2。采用SEM、TEM以及第一性原理,从实验到理论皆可知所制备的Mo S2量子点为球型形貌。四球摩擦磨损试验机性能测试结果表明:Mo S2量子点在异丙醇中表现出良好的抗磨减摩效果。在98 N 600rpm下,Mo S2量子点与异丙醇基础液相比,摩擦系数下降了72.4%,磨斑直径下降了18.1%。在摩擦过程中发现了由异丙醇转化为石墨烯的现象。对浸泡在Mo S2量子点添加剂中的Q235钢进行模拟海水的电化学测试,研究发现,当Mo S2量子点作为薄膜吸附在钢材表面时,阻抗谱出现感抗现象,腐蚀电阻值减小。(2)苯并咪唑@Mo S2量子点添加剂的摩擦学性能及腐蚀行为研究。四球摩擦磨损试验机性能测试结果表明:苯并咪唑@Mo S2量子点在异丙醇中表现出良好的抗磨减摩效果,在98 N 600 rpm下,苯并咪唑@Mo S2量子点与异丙醇基础液相比,摩擦系数下降了17.2%,磨斑直径下降了26.9%。由此可见,苯并咪唑并未进一步提高Mo S2量子点的摩擦学性能。对浸泡在苯并咪唑@Mo S2量子点添加剂的Q235钢进行模拟海水的电化学测试,研究发现,苯并咪唑@Mo S2量子点会加速钢材腐蚀,感抗现象明显。(3)2-巯基苯并咪唑@Mo S2量子点添加剂的摩擦学性能及腐蚀行为研究。四球摩擦磨损试验机性能测试结果表明:2-巯基苯并咪唑@Mo S2量子点添加剂表现出优异的抗磨减摩效果,在98 N 600 rpm下,2-巯基苯并咪唑@Mo S2量子点与异丙醇基础液相比,摩擦系数下降了81.6%,磨斑直径下降了43.6%。并且对比苯并咪唑@Mo S2量子点发现,巯基在减摩方面起到了作用。对浸泡在2-巯基苯并咪唑@Mo S2量子点添加剂中的Q235钢进行模拟海水的电化学测试,研究发现,当2-巯基苯并咪唑@Mo S2量子点吸附在钢材表面时,感抗现象明显,并且随着浸泡时间的加长,腐蚀电阻值减小。(4)石墨烯@Mo S2量子点添加剂的摩擦学性能及腐蚀行为研究。四球摩擦磨损试验机性能测试结果表明:在98 N 600 rpm下,石墨烯@Mo S2量子点与异丙醇基础液相比,摩擦系数下降了51.7%,磨斑直径下降了24.0%。但相对于Mo S2量子点添加剂而言,石墨烯的加入并没有进一步提高摩擦学性能。说明含有三明治结构、独特球型结构的Mo S2量子点比石墨烯在摩擦润滑方面更具优势。对浸泡在石墨烯@Mo S2量子点添加剂中的Q235钢进行模拟海水的电化学测试,研究发现,浸泡短时间1 h时,腐蚀电阻值最大,体现了石墨烯对电解质溶液的短期阻隔作用。
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