Graphene/SiO2 納米復合材料作為水基潤滑添加劑的摩擦學(xué)性能

鈦合金輕質(zhì)、耐高溫、耐腐蝕、生物相容性好且無(wú)磁性，在航空、航天、兵器、艦船、醫療等領(lǐng)域得到了廣泛的應用[1,2] 但是，鈦合金的導熱系數低、高溫化學(xué)活性高和彈性模量小，在切削加工過(guò)程中工件與刀具的粘連使其磨損嚴重、加工后的工件表面質(zhì)量較差、加工成本提高，限制了鈦合金的應用[3~5] 提高鈦合金切削性能的關(guān)鍵，在于改善切削界面摩擦狀態(tài)，實(shí)現高效潤滑 但是，鈦合金獨特的摩擦學(xué)特性使傳統金屬加工潤滑液難以在鈦合金表面有效潤滑 在基礎液中添加納米材料，是提高潤滑介質(zhì)加工性的主要手段[6~8] 石墨烯(Graphene)是一種典型的二維材料，層與層之間依靠弱范德華力連接，具有較弱的剪切力、優(yōu)異的機械性能、大比表面積和較高的熱導率，在潤滑領(lǐng)域受到了極大的關(guān)注[9,10] Ming等[11]在植物油中添加石墨烯用于TC4合金切削加工潤滑，可增強銑削區域油膜的潤滑性能 Ning等[12]將Graphene、磷酸鹽、納米ZrO2等按一定比例混合制備石墨烯水基潤滑劑應用于鈦合金熱軋，降低了熱軋過(guò)程的摩擦磨損和氧化 Ibrahim等[13]將石墨烯加入棕櫚油中，摩擦系數和切削能耗比Acculube LB2000商用潤滑油大幅降低 但是，結構完整的Graphene因化學(xué)穩定性高而難以在溶劑中穩定分散，容易產(chǎn)生不可逆團聚使摩擦過(guò)程中難以進(jìn)入工況表面，無(wú)法發(fā)揮抗磨減磨的作用[14,15] 納米復合材料在基礎液中的分散性高，且不同納米材料之間的協(xié)同作用可進(jìn)一步提高潤滑性能 Meng[16,17]等在氧化石墨烯(GO)表面沉積Au或Cu，降低了石墨烯片層間的π-π鍵的相互作用減少了團聚 與單一納米材料(GO、Au和Cu)相比，復合材料之間的協(xié)同作用使其具有更優(yōu)異的潤滑性能 Li等[18]用激光輻射制備的Ag/Graphene復合材料可穩定在油中懸浮60 d以上，這種潤滑添加劑不會(huì )產(chǎn)生金屬腐蝕和環(huán)境污染 Graphene與金屬納米材料復合的成本高，回收難，因此難以推廣 SiO2中的Si-O親水性和耐磨性較好，且成本較低[19,20] Na等[21]用原位引發(fā)聚合法制備的PTFE/SiO2復合材料，提高了PTFE在純水中的分散性和摩擦性能 Zhang等[22]用溶膠-凝膠法制備Fe3O4@SiO2納米復合材料，提高了Fe3O4在環(huán)氧樹(shù)脂中的分散性 在Graphene表面原位生成SiO2制備Grap