【摘要】：隨著全球氣候的惡化,不可再生能源的日益短缺,人們的環(huán)境保護意識日益增強,以綠色環(huán)保、廉價易得的水作為潤滑介質(zhì),開發(fā)新型水基潤滑劑來減小甚至消除摩擦具有重要意義,也將為世界各國帶來巨大的環(huán)境和經(jīng)濟福祉。然而,由于水本身的粘度和壓黏系數(shù)都非常低,導(dǎo)致邊界潤滑狀態(tài)時潤滑不足,實現(xiàn)流體動力潤滑更加困難,水與金屬部件的化學(xué)反應(yīng)還將導(dǎo)致金屬的腐蝕問題。本論文通過磁控濺射技術(shù)在304不銹鋼材料表面沉積了類金剛石碳基薄膜(diamond-like carbon films,DLC films)、合成了二氧化硅/氧化石墨烯納米復(fù)合材料和黑磷/氧化石墨烯納米復(fù)合材料作為水基潤滑添加劑,探討了DLC薄膜在純水環(huán)境和納米材料添加劑環(huán)境中的摩擦學(xué)行為及其協(xié)同潤滑機理,研究結(jié)果表明:(1)對于在粗糙不銹鋼鋼片上沉積的DLC薄膜,其表面粗糙度將對水環(huán)境下的摩擦學(xué)行為產(chǎn)生影響。表面光滑的DLC薄膜與氮化硅在水環(huán)境下對摩時摩擦系數(shù)不穩(wěn)定,表面粗糙的DLC薄膜反而顯示出了非常穩(wěn)定的低摩擦系數(shù),并且具有較長的壽命。研究發(fā)現(xiàn)粗糙DLC薄膜優(yōu)異的摩擦學(xué)性能歸因于邊界潤滑時摩擦化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的保護性潤滑膜。(2)通過化學(xué)接枝合成了二氧化硅/氧化石墨烯納米復(fù)合材料,該復(fù)合材料完美繼承了二維層狀納米材料氧化石墨烯與零維納米顆粒二氧化硅的優(yōu)勢,作為水基添加劑時發(fā)揮出了混合維度納米復(fù)合材料的優(yōu)異潤滑性能,在高接觸壓力下除了產(chǎn)生非常低的摩擦系數(shù)外,磨痕特別是對偶球的磨損率大幅度降低,同時還保護了沉積在鋼基底上的DLC薄膜免受撕裂。氧化石墨烯納米片優(yōu)異的力學(xué)性能和二氧化硅納米顆粒的微觀滾珠效應(yīng)是其潤滑和抗磨作用的主要機制。(3)采用改進的液相剝離法合成的二維層狀納米材料黑磷成功地與二維層狀納米材料氧化石墨烯通過自組裝法合成了黑磷/氧化石墨烯納米復(fù)合材料。當(dāng)該二維層狀納米復(fù)合材料作為水基添加劑時,與單一的黑磷和氧化石墨烯相比,表現(xiàn)出了優(yōu)越的潤滑性能。該親水化納米復(fù)合材料表面吸附和層間滲入的水分子和微觀二維層狀異質(zhì)結(jié)構(gòu)使層間剪切力顯著降低,從而導(dǎo)致了DLC在水環(huán)境中的低摩擦行為。
【學(xué)位授予單位】：蘭州交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TB383.2
【圖文】：

蘭州交通大學(xué)碩士學(xué)位論文Li+、Na+、K+）的宏觀超潤滑，通過與酸溶液的磨合，產(chǎn)生易于剪切的硅膠層，提供了良好的邊界潤滑；磨合化硅層，在水溶液中帶負(fù)電荷，將水合鉀反離子圈閉，生水化斥力，提供良好的水化潤滑，從而能夠支撐較大響應(yīng)，水化程度越高，潤滑效果越好，摩擦越小[39]。命的潤滑劑 ，在生物水基潤滑系統(tǒng)中表現(xiàn)出無與倫比使在科技如此發(fā)達的當(dāng)下對自然界生物體的優(yōu)異的摩擦戰(zhàn)[3, 42]。自然界的水基潤滑系統(tǒng)給仿生水基潤滑提供了枝[43, 44]、仿鯊魚皮的水潤滑尾軸承[45]、仿生微膠囊水潤

蘭州交通大學(xué)碩士學(xué)位論文也可能在大范圍的內(nèi)變化[54]。DLC 的另一個獨特之處是它底材料上，然而，DLC 薄膜建立強結(jié)合或粘附的能力會因這很大的不同，對于大多數(shù)摩擦學(xué)應(yīng)用，DLC 膜必須與它們的，在滑動接觸過程中產(chǎn)生的高法向力和/或剪切力的影響下離。DLC 與碳化物、硅基（如 Si、Ti、W、Cr）基體之間容著力。DLC 涂層與其他金屬和陶瓷基板的粘附性可能不那上沉積一個初始粘結(jié)層來改善，然后再沉積 DLC。這些鍵層硅化物元素中選擇的，例如 Cr、W、Si、Ti 和 Nb，這些元生化學(xué)反應(yīng)，從而保證了強鍵合。理想情況下，這些界面層 DLC 沉積開始之前進行的，這種做法使疊加層之間引入的小化，并允許對整個沉積方法進行高精度控制[54]。

）評估碳原子鍵，并確定原始薄膜和磨痕表面的結(jié)構(gòu)。 類金剛石薄膜在水環(huán)境中的摩擦學(xué)性能 CSM 摩擦磨損試驗機（瑞士 CSM TRN 0204015）上，對沉積的 DLC 膜測試。在去離子水和空氣做比較測試，值得注意的是滑動方向垂直于打進行的試驗中，球和 DLC 膜被浸入去離子水下，如圖 2.1 所示。氮化硅（為 6mm，固定在靜止的夾具中，其載荷為 5N。赫茲接觸壓力為 1.55GP在水槽的底部，進行往復(fù)運動，頻率為 5Hz，振幅為 5mm，測試周期為 200 m）。該測試距離足以在不同的滑動階段內(nèi)獲得摩擦性能信息，經(jīng)過我們還可以有效地獲取磨損信息，并通過各種方法對潤滑機理進行探討。 1 ~ 2 mm，足以產(chǎn)生水潤滑，在滑動試驗中，水的阻力（1.24×10-28以忽略。試驗中的溫度 25 2 ℃，相對濕度 35 5 %RH，不會影響結(jié)果和。數(shù)據(jù)的采集頻率和摩擦力的分辨率分別為 50 Hz 和 0.005 N。水膜厚度算。摩擦學(xué)試驗經(jīng)過多次重復(fù)以檢驗重復(fù)性，平均摩擦系數(shù)值由 25~20計算出。

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 魏強兵;蔡美榮;周峰;;表面接枝聚合物刷與仿生水潤滑研究進展[J];高分子學(xué)報;2012年10期

2 付俊興;王謙之;周飛;;類金剛石薄膜水潤滑摩擦學(xué)特性研究進展[J];潤滑與密封;2012年07期

本文編號：2801032