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为设计与润滑油互补适配的多功能纳米复合润滑添加剂,以提高船用润滑油的性能和承载能力,本文采用等离子体辅助球磨工艺制备Cu/石墨烯复合粉体、Fe/石墨烯复合粉体和W/石墨烯复合粉体等石墨烯负载金属纳米粒子,采用SEM、TEM、XRD、Raman和FT-IR红外光谱等分析手段对其进行形貌观察与结构表征,并探究石墨烯负载金属纳米粒子作为复合润滑添加剂在基础油中的分散性及摩擦学性能。本文研究内容主要包括:(1)研究石墨烯的形成机制。试验结果发现,经过等离子体辅助球磨10h后,莫氏硬度最高的W作为球磨介质所得石墨烯层数为3层,ID/IG值为0.493,莫氏硬度居中的Fe作为球磨介质所得石墨烯的层数为6层,ID/IG值为0.292,莫氏硬度最低的Cu作为球磨介质所得石墨烯的层数为6层,ID/IG值仅为0.193。在等离子体辅助球磨过程中产生的热效应、磨球的撞击剪切作用和金属颗粒的刮擦嵌入协同作用下,可以有效地促进膨胀石墨剥离成石墨烯,且莫氏硬度越高的金属作为球磨介质对膨胀石墨的刮擦剥离效果越显著。(2)研究不同金属的形态演变规律。试验结果发现,经过等离子体辅助球磨10h后,熔点最低的Cu全部转化为球形,而熔点居中的Fe呈无规则和球状两种形态,熔点最高的W依然呈无规则状形貌。在等离子体辅助球磨过程中,金属熔点越低,越易产生热爆飞溅形成球形金属粒子。(3)研究不同金属的晶粒细化程度。试验结果发现,经过等离子体辅助球磨10h后,Cu的晶粒尺寸为22.1nm,W的晶粒尺寸为31.5nm,而Fe的晶粒尺寸为40.2nm。这是由于在三种金属中,Cu的塑性最好,熔点最低,因此在等离子体辅助球磨过程中Cu更容易发生变形及热爆,获得最小的晶粒尺寸;而对于晶体结构相同的Fe和W,由于W的熔点更高,因此比Fe更易得到晶粒细化。(4)研究金属/石墨烯添加剂在基础油中的分散性和摩擦学性能。试验结果发现,等离子体辅助球磨时间越长,制备的金属/石墨烯添加剂在润滑油中的分散性越好。球磨10h制备的Cu/石墨烯添加剂的减摩性能最好,W/石墨烯添加剂的减摩性能最差。负载金属的硬度和形态对复合润滑油的减摩抗磨效果有较大影响,负载金属的硬度越小且球形的纳米金属粒子越多,复合润滑油的减摩抗磨效果越显著。