【摘要】：為設(shè)計(jì)與潤滑油互補(bǔ)適配的多功能納米復(fù)合潤滑添加劑,以提高船用潤滑油的性能和承載能力,本文采用等離子體輔助球磨工藝制備Cu/石墨烯復(fù)合粉體、Fe/石墨烯復(fù)合粉體和W/石墨烯復(fù)合粉體等石墨烯負(fù)載金屬納米粒子,采用SEM、TEM、XRD、Raman和FT-IR紅外光譜等分析手段對(duì)其進(jìn)行形貌觀察與結(jié)構(gòu)表征,并探究石墨烯負(fù)載金屬納米粒子作為復(fù)合潤滑添加劑在基礎(chǔ)油中的分散性及摩擦學(xué)性能。本文研究內(nèi)容主要包括:(1)研究石墨烯的形成機(jī)制。試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn),經(jīng)過等離子體輔助球磨10h后,莫氏硬度最高的W作為球磨介質(zhì)所得石墨烯層數(shù)為3層,ID/IG值為0.493,莫氏硬度居中的Fe作為球磨介質(zhì)所得石墨烯的層數(shù)為6層,ID/IG值為0.292,莫氏硬度最低的Cu作為球磨介質(zhì)所得石墨烯的層數(shù)為6層,ID/IG值僅為0.193。在等離子體輔助球磨過程中產(chǎn)生的熱效應(yīng)、磨球的撞擊剪切作用和金屬顆粒的刮擦嵌入?yún)f(xié)同作用下,可以有效地促進(jìn)膨脹石墨剝離成石墨烯,且莫氏硬度越高的金屬作為球磨介質(zhì)對(duì)膨脹石墨的刮擦剝離效果越顯著。(2)研究不同金屬的形態(tài)演變規(guī)律。試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn),經(jīng)過等離子體輔助球磨10h后,熔點(diǎn)最低的Cu全部轉(zhuǎn)化為球形,而熔點(diǎn)居中的Fe呈無規(guī)則和球狀兩種形態(tài),熔點(diǎn)最高的W依然呈無規(guī)則狀形貌。在等離子體輔助球磨過程中,金屬熔點(diǎn)越低,越易產(chǎn)生熱爆飛濺形成球形金屬粒子。(3)研究不同金屬的晶粒細(xì)化程度。試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn),經(jīng)過等離子體輔助球磨10h后,Cu的晶粒尺寸為22.1nm,W的晶粒尺寸為31.5nm,而Fe的晶粒尺寸為40.2nm。這是由于在三種金屬中,Cu的塑性最好,熔點(diǎn)最低,因此在等離子體輔助球磨過程中Cu更容易發(fā)生變形及熱爆,獲得最小的晶粒尺寸;而對(duì)于晶體結(jié)構(gòu)相同的Fe和W,由于W的熔點(diǎn)更高,因此比Fe更易得到晶粒細(xì)化。(4)研究金屬/石墨烯添加劑在基礎(chǔ)油中的分散性和摩擦學(xué)性能。試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn),等離子體輔助球磨時(shí)間越長,制備的金屬/石墨烯添加劑在潤滑油中的分散性越好。球磨10h制備的Cu/石墨烯添加劑的減摩性能最好,W/石墨烯添加劑的減摩性能最差。負(fù)載金屬的硬度和形態(tài)對(duì)復(fù)合潤滑油的減摩抗磨效果有較大影響,負(fù)載金屬的硬度越小且球形的納米金屬粒子越多,復(fù)合潤滑油的減摩抗磨效果越顯著。
【圖文】：

鈉經(jīng)超聲分散2h后，獲得了石墨烯負(fù)載多金屬粒子復(fù)合材料。Yang等[34]先分別得到石墨烯和納米鈷顆粒，后將石墨烯與納米鈷顆�；旌喜⑶蚰�10h獲復(fù)合材料，該復(fù)合材料具有Co/石墨烯/Co夾層結(jié)構(gòu)。但同時(shí)存在球磨效率嚴(yán)重的問題。體輔助球磨工藝，實(shí)現(xiàn)了在球磨過程中等離子體與機(jī)械球磨的有效耦合，材料方面具有突出的優(yōu)點(diǎn)。與普通球磨相比，由于等離子體的微區(qū)熱爆效用，等離子體輔助球磨可以快速細(xì)化粉體和高效激活粉體[35,36]。[37]發(fā)現(xiàn)等離子體輔助球磨在制備石墨烯復(fù)合材料方面具有顯著的優(yōu)勢(shì)，該石墨烯復(fù)合儲(chǔ)能材料表現(xiàn)出優(yōu)異的性能，并且利用膨脹石墨代替石墨可以間，僅用10h可獲得5-8nm厚的多層石墨烯。他們分析認(rèn)為，磨球和無機(jī)粒產(chǎn)生協(xié)同剝離作用，同時(shí)等離子體的熱效應(yīng)耦合作用導(dǎo)致石墨熱膨脹促進(jìn)石墨烯在等離子體輔助球磨中的形成機(jī)理如圖1-1所示。該課題組[38]還發(fā)現(xiàn)ZnO、Fe2O3、GeO2、WC、Mg2Si對(duì)制備的低層石墨烯形貌影響不大，但對(duì)較大；球磨介質(zhì)的莫氏硬度越高，制備的石墨片層越薄；當(dāng)球磨介質(zhì)介電，制備的石墨烯片質(zhì)量最佳，石墨烯層數(shù)小于7層。

2.2 粉體的結(jié)構(gòu)表征2.2.1 粉體的形貌分析圖2-1為Cu原始粉、膨脹石墨以及不同球磨時(shí)間下制備的Cu/石墨烯復(fù)合材料SEM圖。從圖(a)可以看出，Cu原始粉粒徑為1-2μm，呈不規(guī)則狀，并相互聚集在一起。從圖(b)可以看出，膨脹石墨的尺寸有數(shù)微米，保持良好的片狀晶體結(jié)構(gòu)，表面平整光滑，存在的褶皺和缺陷很少。從圖(c)中可看出，球磨到2.5h時(shí)，石墨保持大塊層片狀結(jié)構(gòu)，且較大尺寸的石墨片層的主體表面平整、無褶皺；從圖(d)中可看出，球磨時(shí)間為5h時(shí)，，石墨仍保持大塊的層片狀結(jié)構(gòu)
【學(xué)位授予單位】：集美大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TE624.81

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本文編號(hào)：2589548