一种织构摩擦副与氧化石墨烯涂层协同润滑减磨的方法

本发明涉及机械运动摩擦副表面，具体涉及一种织构摩擦副与氧化石墨烯涂层协同润滑减磨的方法。

背景技术：

1、随着微观摩擦学的发展，纳米材料作为减摩润滑材料被广泛应用。氧化石墨烯作为一种微纳米石墨烯基材料，因具有独特的纳米层状结构和极高的比表面积，使其十分容易在摩擦界面吸附而降低摩擦系数和磨损率，显示出了优异的润滑性能，在航天航空、国防、军事工业和机械制造等领域有着广泛的应用前景。现有润滑减磨领域存在以下几个问题：

2、1.单一润滑方法的局限性：现有技术往往依赖于单一的润滑方法，如润滑脂、润滑油等，这些方法在一定程度上可以减小摩擦副的摩擦磨损，但对于特定的工况条件或材料要求，单一润滑方法往往难以满足要求。因此，需要综合运用多种润滑方式以达到更好的润滑减磨效果。

3、2.摩擦副表面缺乏储存润滑油的能力：摩擦副表面的润滑效果往往依赖于润滑油的供应和形成的润滑膜，然而，现有技术中常常缺乏摩擦副表面储存润滑油的能力。这样一来，摩擦副在摩擦过程中润滑膜的供应不足，会导致摩擦副表面的摩擦磨损增加。

4、3.摩擦副表面润滑膜的承载能力不足：摩擦副表面的润滑膜在摩擦工况下需要承受一定的载荷，然而，现有技术中常常缺乏润滑膜的足够承载能力。这会导致润滑膜在摩擦过程中容易破裂或失效，从而增加了摩擦副的摩擦磨损。

5、4.摩擦副表面的耐蚀性和耐磨性不足：现有技术中对于摩擦副表面的耐蚀性和耐磨性的要求较高，然而，常规的表面处理方法难以满足这些要求。这样一来，摩擦副在恶劣工况下容易出现腐蚀和磨损，从而降低了摩擦副的使用寿命和性能。

6、摩擦副表面的织构，具有储存润滑油、增加润滑膜承载力、改善润滑效果、提高抗磨性能的作用。用激光处理摩擦织构表面后，还能提高其表面的耐蚀性和耐磨性。因此本发明将织构摩擦副与氧化石墨烯涂层结合，进一步提高摩擦副表面的润滑减磨性能。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种织构摩擦副与氧化石墨烯涂层协同润滑减磨的方法，在碳化硅表面制备氧化石墨烯涂层，该涂层能与表面织构协同作用减小摩擦副的摩擦磨损。

2、为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明是通过以下技术方案实现：

3、一种织构摩擦副与氧化石墨烯涂层协同润滑减磨的方法，包括：在含有表面织构的碳化硅陶瓷材料上制备氧化石墨烯涂层，涂层与表面织构协同作用减小摩擦副的摩擦磨损。

4、进一步的，所述涂层的制备方法包括以下步骤：

5、s1：将碳化硅试件预处理后放入至制备得到的piranha溶液中，对其表面进行羟基化，之后用去离子水对碳化硅试件表面进行清洗，清洗完毕后放入真空干燥箱中在50℃环境下进行干燥。

6、s2：将10ml丙酮和2ml水混合后倒入11ml的n-[3-(三甲氧基硅基)丙基]乙二胺中，等待30min充分混合反应后，将干燥后的碳化硅试件放入到该溶液中浸泡1h。

7、s3：取出浸泡后的碳化硅试件，使用无水乙醇、去离子水对碳化硅表面进行冲洗，冲洗完物理吸附在碳化硅试件表面的n-[3-(三甲氧基硅基)丙基]乙二胺分子后，放入真空干燥箱中，在50℃环境下进行干燥。

8、s4：配置2mg/ml的2000目的氧化石墨烯溶液，称量200mg的2000目氧化石墨烯粉体，然后与100ml去离子水混合搅拌后，放入超声分散机中超声分散30min后，温度保持室温；将制备好的2000目氧化石墨烯溶液放入超声喷雾器中，通过超声喷雾器对碳化硅试件表面进行喷涂。喷涂5min后放入50℃真空干燥箱中进行干燥，反复此操作5次。

9、s5：将干燥后的碳化硅试件放入n-[3-(三甲氧基硅基)丙基]乙二胺丙酮溶液中浸泡1h。取出后用无水乙醇和去离子水进行冲洗，以冲洗掉物理吸附着在碳化硅试件表面的n-[3-(三甲氧基硅基)丙基]乙二胺分子，放入50℃真空干燥箱中进行干燥，最终可获得含有氧化石墨烯涂层的碳化硅试件。

10、进一步的，所述碳化硅试件的预处理方法具体包括：依次使用无水乙醇、去离子水对碳化硅表面进行清洗，然后将碳化硅试件放入超声清洗设备中清洗30min，清洗完毕后放入真空干燥箱中，在50℃环境温度下干燥。

11、进一步的，所述piranha溶液的制备方法具体包括：将98％的浓硫酸与30％双氧水以7:3的体积比进行配置，其中浓硫酸含量为21ml，双氧水含量为9ml，将双氧水缓慢倒入浓硫酸，并同时用玻璃板搅拌，经过一小时的充分反应及冷却后得到piranha溶液。

12、进一步的，所述n-[3-(三甲氧基硅基)丙基]乙二胺作为交联剂，使得氧化石墨烯与n-[3-(三甲氧基硅基)丙基]乙二胺形成了类三明治结构。

13、进一步的，碳化硅试件表面进行激光加工：激光在碳化硅试件表面加工一定形状和分布的微细形貌，利用激光产生的高温灼烧被加工表面，使物质升华、熔化和气化，从而得到理想的表面织构。激光加工采用的是lm-20型光纤激光打标机，其具体的技术参数为：脉冲激光波长1064nm，激光功率范围0～20w，脉冲宽度110ns，重复频率20～60khz，聚焦光斑直径50μm，焦距220mm。加工凹坑织构采用的功率10.72w，总共扫描12次。最终获得的凹坑织构的直径400μm，深度为60μm。如图5所示。

14、本发明的有益效果：

15、本发明提出的一种织构摩擦副与氧化石墨烯涂层协同润滑减磨的方法，经过使用n-[3-(三甲氧基硅基)丙基]乙二胺作为交联剂，使得氧化石墨烯与n-[3-(三甲氧基硅基)丙基]乙二胺形成了类三明治结构，使得涂层更不容易脱落。一方面，摩擦过程中被破坏掉的碳化硅试件表面的氧化石墨烯涂层，能够在摩擦过程中较好的分散在水中，形成氧化石墨烯润滑剂，减小摩擦过程中的摩擦；另一方面，未溶于水的氧化石墨烯涂层会存储在碳化硅试件表面的织构中，充当储备的固体润滑剂，起到润滑减磨的效果。除了氧化石墨烯涂层在摩擦过程中起到的润滑减磨的效果外，织构本身也能起到润滑减磨的作用，织构具有储存润滑油、根据空化效应及动压效应的作用能够起到增加润滑膜承载力、改善润滑效果的作用，另外，由于激光加工的工艺影响，还能提高织构表面的耐磨性。因此氧化石墨烯涂层与织构能够协同作用，提高碳化硅表面的润滑减磨作用。

16、氧化石墨烯(oxidizedgraphene，go)是一种石墨烯衍生物，其表面具有大量的羧基、氧化羰基等官能团，这些团可以与金属表面形成氢键、范德华相互作用等键合作用，从而形成go层与底材表面之间的化学键或物理键。与此同时，go层具有类似纳米层状结构的形态，其高比表面积易于吸附润滑剂和气体分子，形成润滑膜。由此可见，go涂层的高表面能和化学活性，对于减小摩擦副的摩擦磨损有很好的效果。

17、由于go涂层在金属表面上形成的氢键、范德华相互作用等键合作用，有助于降低摩擦副表面间接触面积，减少直接摩擦，提高润滑效果。与此同时，go涂层的高比表面积，也能增加摩擦副与润滑剂接触面积，提高润滑油的吸附和储存能力，从而形成更为稳定和持久的润滑膜，减轻摩擦副间的直接接触，提高其润滑性能。

18、织构化处理可以有效地提高摩擦副表面的径向强度，从而增加了摩擦副表面的载荷承载能力，在摩擦和磨损的过程中，能够更好地抵抗表面接触应力和疲劳损伤。此外，织构化表面也具有储存润滑油的功能，能够提高润滑膜的承载能力，减少润滑膜破裂和脱落，从而提高织构摩擦副的抗磨性能。织构在水润滑的条件下，面面摩擦能够产生动压和空化效应，从而减小摩擦表面的接触，以此能够达到减小摩擦的目的。

19、摩擦过程中的氧化石墨烯涂层能够发生转移，从而减小碳化硅表面的直接接触，减小了碳化硅表面的摩擦磨损。脱落的氧化石墨烯涂层还能作为液体润滑剂、固体润滑剂来减小摩擦。同时本发明采用了n-[3-(三甲氧基硅基)丙基]乙二胺作为交联剂，与氧化石墨烯涂层形成了类三明治结构，与其他制备氧化石墨烯涂层的方法相比，本技术制作的氧化石墨烯涂层更不易脱落。

20、激光处理表面可以改变表面的化学与物理性质，使得表面的微观结构更加致密，晶粒尺寸更小，硬度和强度更高，从而提高表面的耐磨性和耐蚀性。在激光处理过程中，还可以形成类似“龟裂”的纹理，增加表面的径向强度，提高摩擦副表面的承载能力，进一步提高其耐磨性和耐蚀性。

21、当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。