摘要
铜基自润滑材料由铜基体与润滑组元复合而成，可兼具铜基体与润滑组元的优异性能，润滑组元的选择对材料摩擦学性能提升至关重要。石墨烯层间碳原子以范德华力结合，容易在低剪切应力下滑动，具有优越的润滑性能，但石墨烯自身容易团聚并与铜复合界面结合力弱。为改善石墨烯团聚以及和铜的界面结合强度，本文采用静电自组装技术制备氧化石墨烯（GO）包覆铜粉末以及GO包覆铜和石墨（C）粉末，探究各种工艺参数对粉体包覆效果的影响，采用等离子烧结技术（SPS）制备了复合材料，并进一步探究了对应复合材料组织、形貌、致密度、硬度与摩擦磨损性能的内在联系。主要研究结果如下： （1）利用离子液体与氧化石墨烯之间强的氢键和阳离子π—π相互作用，采用静电自组装技术，通过调节包覆工艺参数，研究了修饰剂种类、含量、铜粉粒径以及氧化石墨烯含量对氧化石墨烯包覆铜粉效果的影响。结果表明采用1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐([Emim]+[BF4]-)离子液体修饰铜粉对氧化石墨烯包覆效果最佳,氧化石墨烯在升温过程中可逐渐被还原，最佳包覆工艺为[Emim]+[BF4]-离子液体用量为1.5ml（铜粉60g），氧化石墨烯质量分数为0.5%。 （2）以最佳包覆工艺为基础，利用SPS制备了氧化石墨烯包覆铜复合材料，研究了氧化石墨烯含量对氧化石墨烯包覆铜（GO/Cu）复合材料组织与性能的影响。结果表明GO/Cu复合材料具有一定的润滑效果，但磨损率升高。这主要与氧化石墨烯添加量较少导致石墨烯形成的润滑转移层容易破损，难以维持稳定相关。 （3）利用氧化石墨烯在铜和石墨间的“桥梁”作用，进一步制备了氧化石墨烯包覆铜和石墨（GO/C/Cu）复合材料，结果表明GO/C/Cu复合材料相较于单一石墨与铜复合具有更优越的硬度。当氧化石墨烯为0.5%，石墨含量为2%时，GO/C/Cu复合材料摩擦磨损性能最佳，摩擦系数为0.14，磨损率为4.65×10-6mm3/(N×m)。GO/C/Cu复合材料以轻微磨粒磨损为主。这主要与石墨烯分散性提高、铜与石墨结合紧密和转移润滑层可长久维持稳定连续相关。当载荷为10N，转速为600r/min时，润滑转移层破损与形成达到平衡状态，复合材料的磨损率最低。
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