铜表面石墨烯层的滑动电接触摩擦学特性与润滑机理

发布时间：2020-04-02 10:10

【摘要】：在高接触应力和低滑动速率条件下,自配副铜面临摩擦学性能(强界面粘着和严重磨损)和电接触性能(电开路和不稳定接触电阻)的双重挑战。具有优异导电性和润滑性的石墨烯为解决上述难题提供了思路。本论文以商品少层石墨烯乙醇溶液(1 mg/m L)为石墨烯源,通过滴涂法(drop casting)和自组装法(self-assembling)在T2铜表面制备了石墨烯层(GNP);以载流往复滑动摩擦磨损试验机为评价手段,考察了石墨烯层在非载流和载流条件下的摩擦学性能,探讨了石墨烯层的润滑与失效机理;还考察了石墨烯层在热风循环和热处理的摩擦学特性。本论文得到以下的主要结果和结论。1.与滴涂法相比,自组装法在T2铜表面制备的GNP从宏观和微观上都更加均匀。但在粗糙T2铜表面均只能制备出不连续的GNP,石墨烯的缺陷较多。2.在高接触应力和低滑动速率条件下,无润滑的自配副铜出现高摩擦系数(2.5-3)、严重粘着磨损以及磨损的转变(即初始阶段的船头磨损、中间阶段的加工硬化和销试样磨损三个阶段)。同样条件下,离子液体LP108、Ga-In-Sn液态金属的润滑作用较差或有限。GNP极大地降低了界面粘着,摩擦系数仅为0.3-0.35,摩擦副双方均为轻微磨损。3.铜盘表面GNP的润滑性优于铜销表面GNP的。改变电流方向、电流大小对铜盘表面GNP的摩擦学性能和接触电阻无明显影响。Raman谱表明,石墨烯在摩擦过程中出现缺陷增加和破坏。4.GNP有修复作用,在干摩擦阶段后,加入GNP,磨损机理由黏着磨损变成轻微磨损,而且摩擦系数降低8倍,磨损表面变的光滑。5.在干燥(RH5%)的高速热空气(室温至100℃)中,GNP保持良好的摩擦学性能,即使经过两个室温至100℃的热风循环。6.热处理100℃后的GNP摩擦学性能没有发生明显变化,而400℃热处理后GNP的摩擦学性能明显降低。尤其是载流的情况下,基本无润滑作用。7.GNP的润滑性能与自润滑材料银-二硫化钼、Cu15%Gr相对比,摩擦系数相差不到0.1,而且无磨屑。GNP制作简单,成本较低。8.抛光(PS)与磨削(PG)相对比,在载流情况下,PS体系在2min失效,但PG体系能坚持330 min。主要是PG织构的存在,GNP能够涂抹在平台,嵌入(trapping)在沟槽导致了“原位”Cu-GNP自润滑薄层复合材料的形成,在沟槽里储存,在滑动过程中形成filmy layer,filmy layer铜纳米晶周围被石墨烯包裹,为后续摩擦提供润滑剂。而PS织构磨损表面GNP的扫出及GNP在磨痕行程两端外的堆积。
【图文】：

我们根据文献综述和已有的研究积累，希望通过对其中基本研究方面推动相关太阳能帆板驱动机构的电刷/滑环摩擦副的-13]早在二十世纪六十年代至八十年代的研究工作体现了这方面得到了 Rabinowicz、Peebles 等人研究工作的支持[14-15]。究的研究er 是电接触研究领域公认的科学家，，尽管他在摩擦学中的地位域中的地位。与Rabinowicz的考察不同贵金属摩擦副组合有所不属为研究对象。他揭示了船头的形成(prow formation)，以及随摩擦副宏观形状的影响，这对电刷/滑环的研究有启发性；更 Pope 和 Peebles 实验的证实[15]。国内一些研究中发现了柱状磨揭示[10-11]。图 1.1-1.4 为 Antler 相关研究的核心结果。

4图 1.2 金属销表面的船头 prow（上图为左视图，下图为俯视图）[10],Prow 不同于 wedge，这一点上 Antler 与 Cocks 曾有争议。
【学位授予单位】：西北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O613.71;O313.5

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本文编号：2611810