石墨烯复合润滑镀层的制备及减摩性能研究

发布时间：2020-03-22 21:36

【摘要】：本课题通过氧化还原法制备石墨烯以及KH550制备改性氧化石墨烯;并研究石墨烯/镍基镀层、改性氧化石墨烯/镍基镀层以及石墨烯/二硫化钼/镍基镀层的摩擦学性能。利用场发射扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、拉曼光谱仪(Raman)、红外光谱仪(FT-IR)、热失重分析(TAG)、X射线光电子能谱仪(XPS)对不同氧化还原法制备的石墨烯以及KH550改性氧化石墨烯进行形貌成分分析,对比水合肼和柠檬酸三钠还原剂对石墨烯质量的影响。采用双脉冲复合电沉积的技术,在不同电流密度,不同电镀时间,不同添加微粒种类以及不同微粒添加量下,在45#钢基体表面制备镍基复合镀层。复合镀层与摩擦配副氮化硅球在摩擦磨损试验机上进行摩擦学性能测试;利用显微硬度计、共焦三维轮廓仪分析复合镀层的力学性能;利用SEM、EDS、XRD、Raman对复合镀层表面、截面以及磨痕进行形貌成分分析。试验结果表明,相较于水合肼,柠檬酸三钠还原所得石墨烯C/O原子比提高了73.60%,且结构更加有序,热稳定性更高。镀件阴极电流密度对复合镀层磨损率影响较大,从0.67A/dm2到2.00A/dm2,磨损率降低了 83.15%;在阴极电流密度2.00A/dm2基础上提高阳极电流密度,能够进一步提高镀层的致密性且粗糙度、摩擦系数减小。随着石墨烯以及改性氧化石墨烯添加量增加,复合镀层硬度、沉积速率提高,摩擦系数、磨损率降低;相同添加量下,改性氧化石墨烯/镍基复合镀层比石墨烯/镍基复合镀层性能更好,其中0.04g/L添加量下最为显著,对比石墨烯/镍基复合镀层,改性氧化石墨烯/镍基复合镀层晶粒减小了 13.17%,沉积速率提高了 188.00%,硬度提高了24.36%,磨损率降低了 45.10%。在不同石墨烯添加量下,镀液中再添加0.10g/L的二硫化钼,随着石墨烯浓度增加复合镀层晶粒先细化后粗化,0.06g/L石墨烯添加量下镀层晶粒最小为17.85nm;添加了二硫化钼的复合镀层比未添加二硫化钼的复合镀层性能更好,其中0.04g/L石墨烯添加量下最为显著,石墨烯/二硫化钼/镍基复合镀层硬度提高了 60.24%,摩擦系数降低了47.11%,磨损率降低了 87.69%。
【图文】：

对于机械剥离法，操作简单，重复性差，所制石墨烯尺寸存在不确定性，成逡逑本较低，不易批量生产。逡逑图１．２球磨制备石墨烯ｍ逡逑１．２．１．２氧化还原法逡逑氧化还原法制备石墨烯，在氧化的过程中石墨片层之间插入了各种含氧官能团，官逡逑能团的插入可以使片层间距扩大两至三倍，这有利于后续超声分散成单原子层的氧化石逡逑２逡逑

Ｆｕｌｌｅｒｅｎｅｓ邋／邋Ｂｕｃｋｙｂ？ｌｌ￥邋Ｃａｒｂｏｎ邋Ｎａｎｏ邋Ｔｕｂｅｓ逦３Ｄ：邋Ｇｒａｐｈｉｔｅ逡逑图１．１石墨稀及其构成的其他碳材料逡逑１．２．１石墨炼的制备方法逡逑１．２．１．１机械剥离法逡逑Ｇｅｉｍ，Ｎｏｖｏｓｅｌｏｖ等人［５］在２００４年就是通过机械剥离法发现的石墨稀，，这也是人们逡逑第一次成功制备石墨烯，同时也证明了二维晶体结构在常温下是能够存在的。具体操作逡逑是将热解的石墨片利用特制的胶带粘着分片，直到分出石墨烯片层。Ｚｈａｏ等问在大量的逡逑有机溶剂中加入几百纳米厚的石墨，石墨片在缓慢球磨的作用下剥落成石墨烯，如图逡逑１．２，通过３０小时剪切力主导的球磨以及随后４０００ｒｐ邋ｍ转度的离心快速获得单层及少逡逑层石墨烯。对于机械剥离法，操作简单，重复性差，所制石墨烯尺寸存在不确定性，成逡逑本较低，不易批量生产。逡逑图１．２球磨制备石墨烯ｍ逡逑１．２．１．２氧化还原法逡逑氧化还原法制备石墨烯
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG174.4

【参考文献】

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1 武彬;李骏;李康;侯福建;蒋文虎;;发动机低摩擦优化设计及试验[J];吉林大学学报(工学版);2014年01期

2 林志平;黄新民;单传丽;李鹏;郑华明;杨明;;粒径对电沉积Ni-SiC复合镀层性能的影响[J];金属功能材料;2010年05期

本文编号：2595660