作为轧钢机械的支承件,油膜轴承具有承载力大、摩擦系数小、抗冲击力强等众多优点,对轧钢机械的安全运行起到决定性作用。油膜轴承的正常运转取决于衬套和锥套工作区域之间的润滑油膜。但在启动或制动过程中,油膜轴承极易因油膜的不稳定形成而产生磨损,甚至失效。因此,如何保证所使用的油膜轴承油能在摩擦副表面形成稳定的润滑油膜,同时尽可能增强其减摩抗磨性能及稳定性能变得尤为重要。现阶段维持润滑油膜完整性和稳定性的研究多集中于改进轴承润滑系统,如采用磁流体替代常规轴承润滑油作为润滑剂、探究衬套材料对油膜的影响等。而向基础油中添加特定的抗磨剂来增强其润滑性能作为摩擦学领域常用的研究方法,对于改善油膜轴承的润滑性能同样具有应用潜力。传统含硫、磷、硼等元素的润滑添加剂因对环境存在潜在危害,应用日益受到限制。相比之下,碳材料作为具有潜力的环境友好型候选添加剂,对于其在轴承润滑油中的摩擦学性能值得进行研究。不同形状及维度的碳材料凭借其独特的分子结构和原子界面,均可表现出优异的化学稳定性和自润滑性。然而,由于纳米颗粒的增强效应明显受到其几何形状的影响,所以对于不同维度的碳材料,探究其摩擦学性能的差异及优劣极为必要。为此,本文选取不同比例的二维石墨烯(Graphene Nanosheets)作为商用220号油膜轴承油的抗磨添加剂,同时与无定形的活性炭粉(Activated Carbon)和一维的多壁碳纳米管(MWNTs)作添加剂进行对比,深入探讨了石墨烯与活性炭、多壁碳纳米管在油膜轴承油中的润滑性能差异。对样品的微观结构表征表明:Activated Carbon的颗粒尺寸较大且粒度不均匀,样品中存在一定程度的类石墨微晶;MWNTs的管状结构在范德华力的作用下相互缠绕在一起,且其结构缺陷较多;Graphene Nanosheets呈片状结构,片与片之间相互交叠,缺陷较小,且由布拉格方程计算出本工作中所用石墨烯的晶面间距为d=0.335 nm,此时相应石墨烯层间的最大摩擦力较弱,易于层间滑动。对样品的摩擦学性能表征表明:在添加剂浓度为0.1wt%和负载为5 N的条件下,Graphene Nanosheets的润滑性能最优且最为稳定。Graphene Nanosheets的平均摩擦系数和磨损率分别降低了35.2%,21.3%,这归因于其优异的层间滑移和自调控性能。在5-15 N的负载条件下,Graphene Nanosheets因堆叠程度不同导致减摩最优组分发生改变,且其抗磨损性能随着负载的增大呈现出明显的增强趋势,并在0.01-0.4 wt%的低浓度范围内具有较好的稳定性。通过上述工作,期望能够为碳材料添加剂在油膜轴承润滑方面的基础研究提供一定的参考。