摘要
随着全球工业化、城市化进程的快速推进，机械装备面临的摩擦磨损问题日益严峻。润滑是降低摩擦和磨损最有效的方法，使用润滑剂对于减小界面摩擦和磨损具有重要意义。其中，液体润滑剂具有流动性好、冷却能力强等优点，因而应用最为广泛。石墨烯作为一种新型二维材料，具有原子级光滑表面和超高的机械强度、导电率、导热率和比表面积，有望实现接触界面的超低摩擦和磨损。然而，石墨烯作为无机非金属材料与水和润滑油天然不相容，极易因范德华力和π-π相互作用发生团聚，难以分散在润滑介质中。此外，在重力作用下，石墨烯团聚物会迅速沉降，无法发挥石墨烯应有的润滑特性。基于此，本文选取1-乙基-3-甲基咪唑二腈胺盐（EmimN(CN)2）和三己基十四烷基磷双（2-乙基己基）磷酸盐（[P66614][DEHP]）离子液体作为改性剂，分别对多层氧化石墨烯（multilayergrapheneoxide，MGO）和石墨烯进行功能化改性，制备具有水溶性和油溶性的改性石墨烯，并对其制备机理、化学及形态结构、分散稳定性和摩擦学性能进行研究。最后，通过对磨痕、磨斑和磨屑进行表征和分析，研究离子液体改性石墨烯的润滑机理。主要研究内容和结论如下： （1）以EmimN(CN)2作为MGO的插层剂和改性剂，通过简单的搅拌法，成功制备了EmimN(CN)2改性GO（GO-EmimN(CN)2）。相较于MGO，GO-EmimN(CN)2具有更高的剥离度，在水中呈现单层结构，且拥有更加优异的分散稳定性和再分散性。此外，以[P66614][DEHP]作为石墨烯的改性剂，通过简单的机械研磨法制备了[P66614][DEHP]改性石墨烯（[P66614][DEHP]-G）凝胶，[P66614][DEHP]-G凝胶具有优异的热稳定性，且能长期稳定分散于非极性矿物油（150N）。 （2）GO-EmimN(CN)2作为水基润滑添加剂，显著降低了GCr15轴承钢的磨损。与纯水相比，其磨损率和磨损宽度分别降低了74%和40%，与MGO相比，分别降低了53%和45%。[P66614][DEHP]-G作为矿物油添加剂，极大提高了基础油的摩擦学性能：[P66614][DEHP]-G油的承载能力是基础油的6倍，其磨损量相较于纯油、石墨烯和[P66614][DEHP]油分别减少了85%、55%和51%。重要的是，[P66614][DEHP]-G可在高温和高负载工况下有效避免摩擦副的卡咬。 （3）GO-EmimN(CN)2和[P66614][DEHP]-G优异的摩擦学性能归因于摩擦界面上易剪切的石墨烯自润滑膜、致密的沉积膜和摩擦化学膜的协同润滑效应。 （4）GO-EmimN(CN)2和[P66614][DEHP]-G的制备工艺简单、条件温和、环境友好，制得的GO-EmimN(CN)2和[P66614][DEHP]-G具有优异的分散稳定性和润滑性能，可应用于水/油的高性能润滑添加剂，替代传统的MGO和石墨烯材料。
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