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作为最新发现的二维纳米结构之一,石墨烯的尺寸细小、径厚比高、层间滑移容易,同时具有超高的力学强度、韧性以及优良的化学稳定性和导热、导电性能,是一种理想的固体润滑材料,同时还可以作为高性能添加剂显著改善润滑油的减摩降损性能。另一方面,石墨烯的表面能高,易于团聚,影响其在润滑油中的分散悬浮能力,削弱了石墨烯的使用性能;此外,不同类型、不同制备方法所得石墨烯在摩擦学性能方面的差异也有待进一步明确。针对润滑油用石墨烯添加剂领域存在的技术问题,本文以插层催化膨胀法(Inserting Catalytic Expansion,ICE)制备的石墨烯为主要研究对象,氧化石墨烯(Graphene Oxide,GO)、氧化还原石墨烯(Reduced Graphene Oxide,rGO)为参比,在系统表征几种石墨烯微观结构的基础上,测试评价石墨烯在润滑基础油中的分散效果和稳定悬浮能力,分析探讨预处理工艺包括粒度分级、表面改性等对石墨烯分散悬浮性能的影响,进而采用四球法检测对比了石墨烯改性润滑油的摩擦学性能特别是摩擦系数和磨斑尺寸。微观结构表征结果说明,ICE石墨烯的片层数目主要在5～10层,片层尺寸1～5μm,片层结构完整,石墨化程度较高;C/O元素比>20,但仍含有少量以氯化铁为主的杂质。ICE石墨烯的比表面积大,径厚比高,易于聚集成团,聚集体颗粒尺寸可达数十微米。采用机械粉碎的方法获得粒度均一的石墨烯,进而选用沉降天平法表征石墨烯的沉降情况。沉降粒度分级的石墨烯经分离、烘干后,以油酸为分散剂,结合适当的搅拌、超声和离心工艺,得到了高度分散、稳定悬浮的ICE石墨烯基础油混合体系,经30d静置后仍保持良好的分散悬浮状态。油酸(C18H3402)分散剂通过对石墨烯表面的改性作用,不仅可以有效阻止石墨烯粒子的团聚和沉淀,获得更佳的分散悬浮能力,而且对石墨烯改性润滑油的减摩降损性能也有一定积极贡献。为考察油酸分散剂对石墨烯改性润滑油的影响,研究选用ICE石墨烯调制出浓度为0.1mg·ml-1的改性润滑油,依次加入体积分数为3%～15%的油酸分散剂,对比测试了相应石墨烯改性润滑油的减摩降损性能。研究结果表明,随着油酸掺量的增加,石墨烯改性基础油的摩擦系数呈显著下降趋势,并在油酸掺量10%情况下达到摩擦系数最低值,相比未掺加油酸情况下的摩擦系数降低了 57.36%,但油酸掺量继续提高反而导致摩擦系数的上升。在长时间摩擦载荷的作用下,掺油酸的石墨烯改性润滑基础油的摩擦系数-时间曲线更为平稳,说明该混合体系具有更为优异的使用持久性。另一方面,油酸分散剂的引入对于润滑油的抗磨损性能也有一定帮助,在10%掺量情况下,磨斑尺寸由 737.21μm 降低至 423.23μm,降幅达 42.59%。研究结果表明,通过分级分离和分散剂的适当结合,可以实现ICE石墨烯在基础油中高度分散和长时间稳定悬浮,同时也可实现优异的耐磨减摩特性。由此可见,ICE石墨烯作为新型纳米添加剂可显著提升润滑油的综合性能,具有极其广阔的应用前景。