石墨烯作为润滑油添加剂在青铜织构表面的摩擦学行为研究

发布时间：2017-07-07 20:17

  本文关键词：石墨烯作为润滑油添加剂在青铜织构表面的摩擦学行为研究

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【摘要】：摩擦磨损是造成机械零件失效的主要原因之一,同时,据权威统计,世界能耗的近50%是由摩擦磨损引起的,因此,减少摩擦引起的设备损失和能源消耗是当今社会的巨大挑战。石墨烯是一种新型材料,由于其独特的结构和优异的性能,引起了广泛的关注和研究,但是将石墨烯作为添加剂应用到润滑领域,还是一个全新的方面。同时,表面织构技术可以改善接触面的摩擦学性能,起到减磨抗磨的效果,也受到了广泛的研究。本文采用UTM-2摩擦磨损实验机,采用球面接触往复移动方式,用基础油和含有石墨烯添加剂的基础油分别作为润滑油,在不同温度和不同表面织构情况下进行实验。通过XRD、红外光谱(FTIR)、拉曼光谱(Raman)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、原子力显微镜(AFM)对石墨烯结构和形貌进行表征,利用光学显微镜(OM)、二维轮廓仪、扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDX)、硬度仪等材料分析手段,对磨痕进行分析,系统研究了摩擦磨损行为,并推测其作用机理,得到以下结论：1.在25℃、60℃、100℃、150℃工况下,无论何种织构表面,相比较PA04基础润滑油,添加石墨烯润滑油表现出良好的减磨抗磨效果,在60℃和100℃时表现最为明显。在PA04基础油下,60℃和100℃时摩擦系数较高且磨痕较大,除150℃之外,磨痕表面都有较明显的犁沟现象和剥层现象存在,并且存在氧化迹象,疲劳磨损、粘着磨损和磨粒磨损为主要磨损机制。添加石墨烯润滑油下,各个温度摩擦系数值相近,较低且稳定,磨痕特征相似,磨痕表面细腻平整,无明显氧化迹象。2.在PA04基础油,25℃、60℃、100℃、150℃工况下,0%、5%、10%、20%织构率表面摩擦学性能有所差别。25℃和150℃时,摩擦系数表现较低,并且随着织构面积率的变大,其平均摩擦系数呈降低趋势,磨痕宽度深度减小。60℃和100℃时,摩擦系数表现较高,随着织构面积率增大,平均摩擦系数也随之增大,磨痕宽度深度增大。在添加石墨烯润滑油,25℃、60℃、100℃、150℃工况下,无论何种温度,磨痕宽度深度差别不大,其中5%面积率织构摩擦学性能表现最好,平均摩擦系数和磨损率较低；20%面积率织构平均摩擦系数和磨损率较大。3.在PA04基础油,25℃、60℃、100℃、150℃工况下,30。、60。、90。角度排列织构摩擦学性能有所差别。不论何种温度,60。织构摩擦系数较低,通过光镜设备观察可以发现,其球冠磨痕面积和板试样磨痕宽度最小,磨损率也表现最低,总体表现出最优的抗磨性。在添加石墨烯润滑油下,不论何种温度,同样60。排列织构摩擦系数较低,对磨痕形貌观察发现球冠磨痕面积和板试样磨痕宽度深度比较近似,但60。织构同样表现最好,磨损率也最低,抗磨性最优。
【关键词】：润滑 石墨烯 摩擦 磨损 表面织构
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH117
【目录】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-13
• 第1章 绪论13-23
• 1.1 引言13-14
• 1.2 润滑油添加剂的发展与分类14-15
• 1.2.1 润滑油添加剂的发展14
• 1.2.2 润滑油添加剂分类14-15
• 1.3 纳米润滑油添加剂的摩擦学研究15-17
• 1.3.1 研究现状15-17
• 1.3.2 作用机制17
• 1.4 石墨烯简介17-21
• 1.4.1 石墨烯结构18-19
• 1.4.2 石墨烯的性质19-20
• 1.4.3 石墨烯的应用前景20-21
• 1.5 论文选题的意义和研究内容21-23
• 1.5.1 研究意义21-22
• 1.5.2 研究内容22-23
• 第2章 实验方法与材料23-30
• 2.1 试验材料23-25
• 2.1.1 材料选择23
• 2.1.2 表面织构设计23-25
• 2.2 石墨烯表征和分散性实验25-27
• 2.2.1 石墨烯表征25-26
• 2.2.2 石墨烯分散性实验26-27
• 2.3 摩擦磨损实验27-29
• 2.3.1 实验装置27-28
• 2.3.2 实验参数28
• 2.3.3 摩擦磨损实验操作步骤28-29
• 2.4 微观分析方法29-30
• 2.4.1 磨痕形貌分析29
• 2.4.2 磨损率分析29
• 2.4.3 硬度分析29
• 2.4.4 微区化学成分测试29-30
• 第3章 石墨烯作为润滑油添加剂在无织构青铜表面的摩擦磨损特性30-41
• 3.1 摩擦磨损的运动行为30-31
• 3.1.1 摩擦系数曲线30-31
• 3.2 磨损特性31-36
• 3.2.1 二维轮廓曲线31-32
• 3.2.2 磨损形貌32-36
• 3.3 温度对摩擦学特性的影响36-39
• 3.3.1 摩擦系数36
• 3.3.2 磨痕二维轮廓36-37
• 3.3.3 磨痕形貌37-39
• 3.4 减磨机理分析39
• 3.5 本章小结39-41
• 第4章 织构对石墨烯添加剂的摩擦学特性影响41-57
• 4.1 不同面积率织构的摩擦学研究41-48
• 4.1.1 平均摩擦系数41-42
• 4.1.2 磨痕宽度深度的影响42-43
• 4.1.3 磨痕形貌分析43-48
• 4.1.4 磨损率分析48
• 4.2 不同角度织构排列的摩擦学研究48-55
• 4.2.1 平均摩擦系数48-49
• 4.2.2 磨痕宽度深度对比49-50
• 4.2.3 磨痕形貌分析50-55
• 4.2.4 磨损率分析55
• 4.3 本章小结55-57
• 结论57-59
• 展望59-60
• 致谢60-61
• 参考文献61-65
• 攻读硕士期间发表论文65

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