Page 10 - 《摩擦学学报》2021年第2期
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第 2 期                  彭玉兴, 等: 矿井提升钢丝绳改性氧化石墨烯润滑油减摩特性研究                                       155

                  表 3    IRIS及改性油的最大无卡咬负荷值(P B )               优于ODA-GO，这是因为当ODA-GO基面上大部分烷
                                                                            2
                   Table 3    P B  value of IRIS and modified oil  基链去除后，sp 碳原子的重组一定程度上修复了其片

               Oil    IRIS  IRIS+0.1%ODA-GO  IRIS+0.1%ODA-rGO  层状结构，其层间作用力也减弱，更易于摩擦接触面
              P B  value  265 N  334 N          325 N
                                                               间的剪切滑动.

                                                               2.3.2    磨斑微观形貌和润滑机理分析
                由图8(a，b)可知，IRIS具有数值较高且波幅较大                         由图9(a，d)可知，IRIS润滑后磨斑表面犁沟较深、
            的摩擦系数曲线，在2 800 s附近，摩擦系数激增、油膜                       磨屑较多，摩擦界面塑性变形和磨粒磨损严重，磨损
            破裂，说明其减摩能力和极压性能较差. 相比而言，                           量 较 多 .  当 加 入 质 量 分 数 为 0.05%的 ODA-GO和
            ODA-GO和ODA-rGO油样的摩擦系数及其波幅较小，                       0.075%的ODA-rGO后，磨斑表面犁沟深度变浅，表面

            说明改性材料的加入提高了油膜的强度和稳定性，同                            较光滑平整，磨损量相对较少，说明改性材料的加入
            时起到了减摩的作用. 如图8(c)所示，随着添加量的增                        明显提高了IRIS的抗磨损性能.
            多，ODA-GO和ODA-rGO油样的平均摩擦系数都呈现                           为探讨润滑机理，采用EDS面扫分析图9(c)标记
            出先减小、后增大的趋势，这是由于当添加量过少时，                           区域的表面元素分布，如图10(a)所示，在磨斑表面和
            改性材料形成的油膜强度较低，而当添加量过多时，                            沿滑动方向的犁沟处存在片径5~10 μm左右的类片状
            它们又会团聚及沉淀，团聚体不能有效进入极小的摩                            材料，其存在的区域Fe元素的分布密度明显减少、C元

            擦间隙之间或者其充当磨粒产生磨粒磨损. 如图8(c~d)                       素的分布密度明显增大，由于IRIS的主要元素也为C，
            所示，ODA-GO和ODA-rGO的最优添加质量分数分别                       推断该物质为混合IRIS的ODA-rGO纳米片，说明片径

            为0.05%和0.075%，对应改性油平均摩擦系数和平均                       很小的石墨烯基材料会伴随润滑油进入摩擦界面之
            磨斑直径分别为(0.113，537 μm)和(0.104，471 μm)，              间，在挤压力的作用下粘附在接触面上，减少接触面
            较IRIS(0.143，590 μm)分别减少了(21%，9%)和(27%，             的直接接触以降低摩擦磨损，此外，这些材料还可以
            20%). 可以看出，ODA-rGO油样的最优抗磨减摩性能                      填补已磨损区域，减少这些区域的进一步磨损.


                   0.20                                                0.20
                       (a)  Rupture of the  oil film                       (b)
                   0.18                                                0.18
                   0.16                                                0.16
                                                                       0.14
                   0.14
                  Friction coefficient  0.12   IRIS                   Friction coefficient  0.12   IRIS
                                                                       0.10
                   0.10
                                                                       0.08
                   0.08
                   0.06
                   0.04              ODA-GO_0.025%                     0.06              ODA-rGO_0.025%
                                     ODA-GO_0.05%
                                                                       0.04
                                                                                         ODA-rGO_0.05%
                                     ODA-GO_0.075%                                       ODA-rGO_0.075%
                   0.02                                                0.02
                                     ODA-GO_0.1%                                         ODA-rGO_0.1%
                   0.00                                                0.00
                      0  500 1 000 1 500 2 000 2 500 3 000 3 500          0  500 1 000 1 500 2 000 2 500 3 000 3 500
                                  Time/s                                               Time/s
                  0.16
                     (c)                      ODA-rGO                  600  (d)
                 Average friction coefficient  0.12  ODA-GO           Average wear scar diameter/µm  550
                  0.14
                  0.10
                  0.16
                                                                       500
                  0.14
                  0.12
                  0.10                                                 450
                                                                       400
                      0.000  0.025  0.050  0.075  0.100                      IRIS    ODA-GO   ODA-rGO
                     Concentration of ODA-GO/ODA-rGO in IRIS/%                        0.05%    0.075%

             Fig. 8  Friction coefficient curves (a，b)，average friction coefficient (c) and average wear scar diameter (d) of ODA-GO and ODA-
                                               rGO lubricants with different dosage
               图 8    不同添加量下ODA-GO和ODA-rGO改性油的摩擦系数随时间变化曲线(a，b)、平均摩擦系数(c)和平均磨斑直径(d)
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