Page 61 - 摩擦学学报2025年第4期

第 4 期 于涵, 等: 基于大豆基础油的聚多巴胺改性黑磷纳米添加剂的摩擦学性能研究 549

was investigated at different concentrations, and the results showed that the friction coefficient was found to increase and
then decrease with the increase of concentration at a load of 10 N, a rotational speed of 200 r/min, and a temperature of
22~25 ℃. The optimum concentration was 0.16% by mass fraction. Next, it was explored that the addition of BP-PDA
dispersed oil with a mass fraction of 0.16% reduced the friction coefficient and the width of the abrasion marks by about
43% and 52%, respectively, compared to soybean oil. Through the analysis of the morphology and composition of the
friction products on the surface of the friction marks, it was found that during the sliding process, BP-PDA as an additive
could catalyze and induce the generation of amorphous carbon films from soybean oil molecules under the action of high
contact pressure and shear force as well as frictional heat. With the sliding process, the amorphous carbon film and other
friction products form a composite tribo-film. The tribo-film is mainly composed of amorphous carbon, BP and PDA,
and phosphorus oxides. The formation of the composite tribo-film avoided direct contact at the sliding interface, which
resulted in reduced friction and wear. In addition, the dispersion of BP-PDA in soybean oil was investigated, and the
dispersion stability of PDA modified BP was improved from 7 days to about 20 days compared with that of pure BP
because of the presence of hydrogen-bonding groups in both PDA and soybean oil. This study provided ideas for the
design of additives in biomass lubricants, and provided data support and theoretical guidance for revealing the friction-
reducing and anti-wear mechanism of BP nanocomposites in biomass lubricants.
Key words: black phosphorus nanosheets; polydopamine; nanocomposites; lubricant additives; tribological properties

摩擦磨损会对机械零件表面造成损害，缩短其使 巴胺是1种无毒且具有良好生物相容性以及优异的光
用寿命，增加安全事故发生的机率，还会带来巨大的 热特性的生物高聚物，具有良好的结构稳定性和黏附
能量损失 [1-2] . 目前，研究人员主要使用固体和液体润 能力. 许多研究表明，在弱碱性条件下，多巴胺可以在
滑来减少机械零部件的摩擦磨损 [3-4] ，其中，油润滑是 底物表面通过分子之间或分子内部的重排和交联自
[14]
有效降低机械零部件表面磨损的方法之一. 本文中以 聚合而形成聚多巴胺层. 并且Wang等 发现，采用聚多
生物降解性好的生物质大豆油为基础油，对环境污染 巴胺修饰BP，可以提高BP在PAO油中的分散稳定性.
较小的可降解润滑油进行了润滑性能的探讨 [5-6] . 此 基于此，以聚多巴胺修饰黑磷(BP-PDA)纳米复合
外，在大豆油中加入纳米颗粒可以改善其抗摩擦性 物作为大豆油润滑添加剂，同时制备了纯大豆油和纳
能，使其可适应于摩擦学应用. 作为1种优异的二维材 米BP作润滑添加剂为对照样品. 以钢/钢作为摩擦接
料，纳米黑磷(BP)与石墨烯等二维材料相似，层间通 触副，在球盘摩擦试验仪上进行旋转摩擦试验，测试
过范德华力作用连接而易发生层间滑动，可作为1种 不同润滑添加剂的摩擦学性能. 对磨损疤痕表面形貌
优秀的润滑添加剂，可将其作为大豆油的润滑添加剂 进行观察，通过磨痕宽度的变化判断BP-PDA与对照
使用. 但其在环境中易发生氧化，所以可以通过表面 样品在润滑性能方面是否有提升. 并通过对磨损区域
修饰的方法来抑制其在环境中的氧化. 因此研究人员 的磨斑进行表征测试，分析磨损前后的成分变化，对
提出了一些策略，如有机化合物修饰 [7-9] ，以及纳米金 大豆油中BP-PDA的减摩抗磨机理进行了讨论和揭示.

[10]
[11]
属氧化物 或金属单质粒子修饰 . 而有研究发现环
境降解对BP润滑性能也有显著的促进作用，磷的氧化 1 试验部分

物与水分子的结合形成氢键可能是氧化BP摩擦磨损 1.1 试验材料
降低的原因 . 更值得注意的是BP纳米片还可以作为催 去离子水购自于广州芊荟华玻仪器有限公司；红
[12]
化剂分解润滑剂分子，形成碳基摩擦膜，提升耐磨性 磷(RP)、盐酸多巴胺、Tris盐酸盐(Tris HCL)和试验用
[13]
能，Li等 合成了烷基功能化BP纳米片(DTEOS-BP)， 润滑大豆油(试剂级)由上海阿拉丁生化科技有限公司
摩擦化学反应诱导形成含有磷氧化物和硅氧化物，非 提供；NaOH(分析纯)购于南京化学试剂有限公司.

晶碳包裹的DTEOS-BP纳米片复合摩擦膜，实现超润 1.2 添加剂材料的制备
滑状态. 此外，BP作为磷的1种活性元素，在滑动过程 黑磷(BP)由实验室自制，通过高能球磨法(HEBM)
中容易发生摩擦化学反应，形成磷氧化物膜，该膜可 制备，制备过程如下：球料质量比为40:1，将不锈钢球
以起到减摩耐磨的作用. 虽然BP在提升润滑性能方面 与RP粉末一起放入容积为50 mL的不锈钢球磨罐中.
得到了重视，但对于其在润滑剂中的分散稳定性却少 接下来，反复对球磨罐抽真空以除去罐中的杂质气
有人提及. 为此，本文中采用聚多巴胺修饰纳米BP，多 体，并施加1.2 MPa氩气. 以1 250 r/min 的速度研磨