石墨烯作为一种优异的润滑材料,可有效提高基础润滑剂的摩擦学性能,受到了研究者们的广泛关注。本文使用了一步离子交换法制备的三维分层多孔石墨烯(3D HPGS)和电弧法制备的三维石墨烯(3D GNS)分别作为锂基润滑脂、聚α-烯烃合成基础油(PAO-6)和蓖麻油的润滑添加剂,研究了三维石墨烯对基础润滑剂摩擦学性能的影响以及相应的润滑机理。首先,本文研究了重载条件下作为添加剂的3D HPGS在三种不同的运动模式中对锂基润滑脂摩擦学性能的影响。实验结果表明,在重载条件下,不同浓度的3D HPGS在空间旋转、平面旋转、平面往复运动中均可有效提升锂基润滑脂摩擦学性能。其中,浓度为0.3 wt%的3D HPGS润滑脂实现了最好的减摩抗磨效果,磨损量和摩擦系数分别下降了52.0%和20.3%。3D HPGS这种优异的减摩抗磨性能源自于其极小的尺寸,使其能进入摩擦界面并沉积下来形成摩擦保护膜,阻止了摩擦副间的直接接触从而降低了磨损,并且由于3D HPGS层间易滑动特性,使得摩擦系数下降。然后,本文研究了3D GNS作为PAO-6基础油添加剂对其摩擦学性能的影响。实验结果表明,不同浓度的3D GNS在各工况下均可提升PAO-6的摩擦学性能,其减摩抗磨性能最多可提升29.1%和55%。然而,3D GNS的效果对浓度、摩擦副间载荷和相对滑动速度存在高度依赖性。对浓度来说,0.2 wt%的3D GNS润滑油具有最佳的减摩抗磨性能。对载荷来说,过高或过低都会造成不利影响。对速度来说,速度越低,减摩抗磨效果越明显。3D GNS减摩抗磨效果来源于其在磨损表面形成的摩擦保护膜。随着速度下降,润滑油膜厚度减小,使得更多的3D GNS参与到摩擦过程之中。载荷上升虽然同样会使得润滑油膜厚度减小,但是过高的载荷会严重破坏3D GNS结构使其失去润滑能力。总之,3D GNS在适当的浓度和载荷以及低的滑动速度下可最大程度提高PAO-6的摩擦学性能。最后,本文研究了0.2 wt%浓度的纳米二氧化硅、3D GNS以及二者的混合纳米粒子作为蓖麻油添加剂对其摩擦学性能的影响。实验结果表明,这三种纳米粒子均能有效提高蓖麻油的摩擦学性能,其中混合纳米粒子润滑油在本实验所用各工况下均取得了最好的效果。同时,这三种纳米粒子的效果对施加的载荷和速度存在高度的依赖性。在高速重载条件下(16 Hz-10N),减摩和抗磨性能仅能提升8.6%和10.2%。随着速度降低至2 Hz,减摩抗磨效果显著增强,可提升至17.6%和23.1%。在保持低速的条件下继续加大载荷(2 Hz-80 N)减摩和抗磨效果还能进一步增强,最多可提升至27.6%和35.7%。纳米二氧化硅和3D GNS在摩擦过程中在磨损表面上形成了摩擦保护膜,以此提高蓖麻油的摩擦学性能。同时,二者的混合粒子还存在协同作用,加强了纳米二氧化硅和3D GNS单独作用时的效果。总的来说,三维石墨烯作为添加剂可有效提升润滑剂摩擦学性能,显示了其在润滑添加剂领域的广阔应用前景。