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石墨及石墨烯润滑剂

时间:2020-12-28 19:13:31  来源:  作者:

         固体润滑剂中石墨粉价格低廉性能优异所以应用最为广泛,适用于各行各业的润滑。石墨属于六方晶系,其质地柔软化学性质稳定,一般情况下不会与酸、碱等发生反应。若石墨结构为鳞片状那么其润滑性会更加优异,可塑性也会比其它形状的石墨更佳。石墨润滑性与其片层结构有很大关系,其鳞片越大添加后展现出的摩擦系数越小,润滑性能越高。Lai等采用放电等离子烧结工艺制备了高性能石墨/铜复合材料,镍包石墨颗粒在铜基体和网状铜基体中具有良好的分散性。此外,石墨和Ni的引入,提高了复合材料的硬度、耐磨性、抗压强度和相对密度,材料的物理性能也有所提高。

石墨等润滑剂在关节轴承上也有应用,且润滑效果很优异还可以增加材料使用寿命。曹军等为解决关节轴承摩擦系数高而不能在高温下工作的问题,设计了镶嵌石墨和液态喷涂MoS2两种方法。并通过有限元分析的方法,对结构的变形和疲劳寿命进行了分析。结果表明,这两种方法都可以有效的提高关节的摩擦磨损性能;减少磨损带来的危害。李迎春等也对关节减磨方面做出研究,采用MoS2和石墨这两种润滑剂共同减磨,以喷涂方式在关节轴承表面制备不同配比的复合涂层,研究表明所有MoS2/石墨复合涂层都呈现出良好的耐磨性能。MoS2与石墨的配比为31时减磨涂层各项性能最优,摩擦系数也最低。

Trabelsi等制备出在钢基体上电沉积镍-石墨复合镀层,用直线往复摩擦磨损试验机研究了高铬钢球的摩擦学响应。结果表明,随着石墨含量的增加,摩擦系数减小。这主要归因于磨损轨迹上摩擦学层和摩擦副表面转移膜的形成。研究还发现,当石墨浓度达到最佳值时,耐磨性得到了提高,并且提高了摩擦层稳定性和保持基体完整性。

石墨烯是近年来研究比较多的一种材料,它是单层原子厚度的显微结构,这样的特性使得多层石墨烯耐磨材料具备了优异的摩擦润滑性能,良好的摩擦润滑性能致使多层石墨烯耐磨材料在各种高性能金属复合材料、智能材料、和太阳能电池制备等耐磨材料领域的应用上具有十分广阔的市场应用和前景。多层石墨烯因为它具有密集的层状和微观结构,所以多层石墨烯材料具备了耐磨材料作为添加剂所需要的另一个特性即摩擦润滑性优异。还有诸如较低的切变强度和低的表面摩擦粘着力等。此外,由于多层石墨烯材料拥有超薄的片层和微观结构,所以它极易使物体进入两个接触面之间,这将会很大程度的可以减少石墨烯与两个粗糙物体表面的直接摩擦和接触。因此,石墨烯材料可以直接作为石墨烯固体的润滑剂直接添加到石墨烯材料中以大大提高石墨烯的摩擦润滑性能。

Feng等发现多层石墨烯相较于单层石墨烯具有更高效的纳米润滑效果。WC-Co硬质合金涂层具有良好的耐磨性,而通过一些研究发现:石墨烯的添加会使涂层具有更好的自润滑、减磨效果。石墨烯的纳米级摩擦性能受到层数等因素的显著影响。田浩亮等项目负责人为了有效降低与WC-Co氧化改性涂层的摩擦系数,采用湿法球磨混合工艺成功实现了氧化改性石墨烯和与WC-Co氧化改性喷涂石墨烯粉末的均匀球磨混合,基于爆炸效应的喷涂球磨混合技术成功制备了新型的氧化石墨烯改性涂料WC,基于爆炸喷涂技术制备了氧化石墨烯改性WC-Co涂层。结果表明:氧化石墨烯改性后涂层内均匀分布有片层状氧化石墨烯,涂层组织致密、均匀,结合强度约82MPa,氧化石墨烯改性后涂层相比WC-Co涂层摩擦系数降低了30%,氧化石墨烯的添加提高了WC-Co涂层的抗磨损、减磨性能。


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