含石墨烯固液两相润滑的减摩机理分子动力学模拟与实验研究

来源 :合肥工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:w253602739
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固液两相润滑体系由于既具有固体润滑剂优异的抗磨减摩性能,又具备液体润滑剂良好的润滑性能,近年来广泛应用到多种摩擦体系中。石墨烯是一种由碳原子以sp~2杂化轨道组成的二维层状纳米材料,因其出色的理化性能而被作为固体润滑剂应用于摩擦学领域。为了降低摩擦,提升润滑油的摩擦性能,本文将以石墨烯为研究对象,从摩擦磨损实验和分子动力学模拟两个方面研究其作为纳米添加剂对基础油减摩性能的影响,并探索其减摩机理。具体研究内容如下:(1)在多功能摩擦磨损试验机上进行摩擦实验,研究石墨烯含量、载荷以及速度对摩擦系数的影响。实验结果表明石墨烯的加入可以明显降低摩擦系数,减少摩擦系数的波动,使摩擦更加平稳。(2)建立含石墨烯基础油的分子动力学模型,研究了石墨烯对不同链长基础油减摩性能的影响。发现石墨烯对不同链长基础油的影响不同,其中对聚癸烯润滑油减摩性能的提升最大。(3)以聚癸烯为基础油,研究了石墨烯的含量对其减摩性能的影响,并对其减摩机理进行探究。结果表明石墨烯的加入可以提升润滑油与摩擦副接触面间的吸附能,从而吸附更多的润滑油分子,同时使润滑油分子排列更加紧密、有序,增加所形成油膜的厚度,从而降低摩擦力、提升润滑油减摩效果。(4)探究不同官能团修饰石墨烯的影响。结果表明,石墨烯修饰官能团后能增加润滑油与摩擦副之间的吸附能,从而吸附更多润滑油分子,增加油膜厚度,降低摩擦力。同时使润滑油分子在摩擦副表面排列更加紧密、有序,提升润滑油吸附的稳定性。(5)研究了官能团的数量以及修饰位点对石墨烯减摩性能的影响。结果表明石墨烯对润滑油减摩效果的提升与其修饰官能团的种类、数量、修饰位点有关。随着官能团数量的增加,不同官能团对润滑油减摩效果的影响差异较大,其中-OH、-COOH对润滑油减摩效果的提升最为明显。且在石墨烯边缘修饰官能团时的减摩效果优于在石墨烯表面的修饰。(6)通过给摩擦副施加不同载荷与速度,进一步探究不同官能团对石墨烯减摩性能的影响。结果表明载荷和速度都会对石墨烯的减摩性能产生影响,随着载荷与速度的增加,剪切应力呈线性增加,石墨烯修饰官能团后能增加吸附能,降低剪切应力,从而提升润滑油减摩效果。其中-OH对石墨烯减摩效果的提升最为明显,尤其在低载和高速下最为显著。
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