随着现代工业的迅猛发展,众多运动机构在愈加严苛的环境下服役,边界润滑甚至干摩擦时常发生,对运动机构的使用寿命和可靠性提出严峻挑战。聚合物材料因具有自润滑特性、高化学稳定性和性能可设计性等特点,在现代汽车和高端装备运动机构的摩擦学设计方面发挥着越来越重要的作用。然而,聚合物基体材料的承载力往往较差,苛刻条件下耐磨损性能不足。研究发现纳米颗粒添加到聚合物基体中促使摩擦副界面生成均匀的转移膜,可显著降低聚合物复合材料的摩擦与磨损,但缺乏摩擦机理的研究。本工作研究了在PAO油润滑条件下EP复合材料微观结构和载荷速度对其摩擦学性能的影响规律,并探讨了摩擦副界面物理化学作用以及转移膜生长的影响机制。主要围绕“深入研究转移膜形成机理-分析转移膜结构-设计自润滑材料”的主线,针对PAO润滑油介质,在边界和混合润滑状态下,分析研究了不同物化性质的纳米颗粒以及新型零维石墨烯基材料-石墨烯量子点(N-GQDs)对常规聚合物材料摩擦学性能的影响规律,定量表征了在油润滑介质中形成的转移膜微纳米结构。主要研究内容如下:1.在PAO润滑介质中,研究了不同种类的纳米颗粒对环氧树脂复合材料摩擦学性能的影响。研究了纳米颗粒在苛刻的边界和混合润滑条件下对聚合物复合材料摩擦学行为的作用机理。揭示了不同物化性质的纳米颗粒在苛刻条件下对转移膜的形成和纳米结构的影响机制。实验结果发现在高载荷低速度的条件下,纯环氧易与金属对偶发生粘着,导致复合材料的摩擦系数和磨损率显著增大。而添加的陶瓷Al2O3纳米颗粒更易促进均匀转移膜的形成,显著降低摩擦磨损。同样在高载低速下,在环氧基体中添加其它种类的纳米颗粒也可促进在金属对偶表面形成一层转移膜,例如添加高硬度的纳米Si C和纳米Zr O2颗粒在摩擦过程中释放到摩擦副接触界面能够有效去除金属表面的氧化层从而进一步提高摩擦学性能。分析表明在摩擦副界面形成的高性能转移膜不仅缓和了摩擦副材料表面的直接刮擦,同时还提高了摩擦界面承载能力,从而提高了EP纳米复合材料的摩擦学性能。2.成功合成制备了新型零维结构氮元素掺杂的石墨烯量子点,即N-GQDs。研究了在PAO油润滑状态下N-GQDs和Al2O3颗粒及两者耦合对环氧树脂摩擦学行为的影响。在边界润滑状态下,分析研究了N-GQDs和陶瓷纳米颗粒及耦合对摩擦副界面固体转移膜的形成、结构和影响机理。实验结果表明在EP树脂中添加不同质量分数的N-GQDs,摩擦系数会呈现不同降低的趋势。此外Al2O3/N-GQDs耦合对提高环氧树脂摩擦性能有显著的协同效应,提高了摩擦副界面的整体摩擦学性能,而且金属对偶表面形成的固体转移膜在很大程度上提高了摩擦界面的易剪切特性,此外固体转移膜中烧结的Al2O3颗粒在摩擦过程中承担了大部分载荷,从而降低了摩擦副材料的磨损率。