【摘 要】
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碳纳米材料(包括石墨烯、纳米金刚石、洋葱碳等)具有低摩擦特性、造价低廉、无污染等特点,被广泛研究。根据调研发现,不同碳纳米材料在油润滑中发挥减摩作用的机制各不相同;石墨烯、纳米金刚石在固体润滑条件下形成核壳结构大大提升减摩作用。本文受碳纳米材料自身润滑性以及碳纳米材料与S、C元素相互作用的启发,通过在GCr15轴承钢上的三种不同润滑条件(MoDTC/MoS_x/DLC)中添加碳纳米材料,分别使用C
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碳纳米材料(包括石墨烯、纳米金刚石、洋葱碳等)具有低摩擦特性、造价低廉、无污染等特点,被广泛研究。根据调研发现,不同碳纳米材料在油润滑中发挥减摩作用的机制各不相同;石墨烯、纳米金刚石在固体润滑条件下形成核壳结构大大提升减摩作用。本文受碳纳米材料自身润滑性以及碳纳米材料与S、C元素相互作用的启发,通过在GCr15轴承钢上的三种不同润滑条件(MoDTC/MoS_x/DLC)中添加碳纳米材料,分别使用CSM摩擦磨损试验机与RM-1型真空摩擦磨损试验机进行摩擦实验,探究碳纳米材料对边界/固体润滑下GCr15轴承钢摩擦学性能的影响。研究结果表明:(1)碳纳米材料对GCr15钢边界润滑条件下,向含有MoDTC添加剂的PAO油中,添加纳米金刚石或洋葱碳后,摩擦系数明显降低(摩擦系数由0.16降低到0.05),这是由于碳纳米材料的添加有效促进MoS_x摩擦膜的形成,最终增强其减摩性能,并降低MoDTC的最佳用量(从1 wt%减至0.1 wt%);同时MoDTC的添加有效增强了碳纳米材料在PAO油中的分散稳定性,使得摩擦过程中sp~3碳大量嵌入磨痕表面,大大提升了抗磨损性能;石墨烯对含有MoDTC添加剂的PAO油的减摩和抗磨性能没有帮助。(2)碳纳米材料对MoS_x镀层固体润滑条件下,不同碳纳米材料显示了不同的减摩效果。真空环境下,铺展纳米金刚石摩擦系数最高(约为0.04),铺展石墨烯摩擦系数最低(约为0.018),通入大气后,摩擦系数上升,但规律不变,说明固体润滑下sp~2碳与MoS_x镀层的协同作用最佳。(3)氮气环境中碳纳米材料对DLC薄膜固体润滑条件下,碳纳米材料的铺展率为5%时摩擦系数约为0.02,摩擦学性能未得到提升,是由于跑合期之后碳材料的消耗。铺展率约为15%时,添加洋葱碳后摩擦系数会在极短时间内(700转)大幅度降低至0.008,且在持续了180 min后依然维持;添加石墨烯没有明显变化(约为0.02);添加纳米金刚石摩擦系数反而会提高至0.04~0.05。以上结果说明单独的sp~3碳不利于DLC薄膜的自润滑,超低摩擦系数的产生是sp~2碳、sp~3碳与DLC润滑膜共同作用的结果。
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