石墨烯/过渡金属硫化物纳米复合材料的制备及其摩擦学性能研究

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过渡金属硫化物（MS2，M=Fe、Mo、W等）因其新颖的结构和优异的物理化学性质，作为润滑油添加剂或固体润滑相在摩擦学领域有着广泛应用。石墨烯独特的二维晶体结构使其比传统碳材料具有更加优异的性能。石墨烯/过渡金属硫化物复合材料不仅可以发挥石墨烯的高比强、高比模等优异特性外，还可以进一步提高过渡金属硫化物的摩擦学性能。本文采用简单有效的水热法制备了石墨烯/过渡金属硫化物纳米复合材料，系统研究了纳米复合材料的形貌、微观组织结构以及摩擦学性能，在此基础上提出了石墨烯/过渡金属硫化物纳米复合材料的减摩耐磨机制。
　　本研究主要内容包括：⑴采用水热法获得了石墨烯/FeS2（RGO/FeS2）纳米复合材料，FeS2颗粒均匀的分散在石墨烯纳米片表面，并且随着氧化石墨（GO）含量不断增加，复合材料中FeS2的颗粒尺寸从2000 nm逐渐降低到200 nm，相应的形貌也从多边形变为类球状。同时，考察了RGO/FeS2纳米复合材料作为润滑油添加剂的摩擦学性能，结果显示，相比于单一成分的石墨烯和 FeS2，添加了纳米复合材料的基础油承载能力更强，减摩耐磨性能更好，并且GO添加量越多（0-0.20g），复合材料润滑性能越佳。⑵利用水热法制备了石墨烯/MoS2（RGO/MoS2）纳米复合材料，MoS2纳米球与褶皱的石墨烯纳米片相互的连接在一起，其中MoS2纳米球由许多花瓣状的纳米片构成，纳米球直径约为150 nm。此外，考察了该纳米复合材料作为铁基自润滑材料的固体润滑剂时的摩擦学性能，铁基自润滑材料采用粉末冶金法制得，基体原料为Fe粉、NiWCr合金粉和Cu粉。结果表明，一定比例的RGO/MoS2有效提高了铁基材料在不同温度下的减摩耐磨性能，其中石墨烯在基体材料中既可作为增强相，又可作为润滑相，对提高铁基材料的力学和摩擦学性能起着重要的作用，而 MoS2在烧结过程中已被大量分解，与基体中的金属 Cr形成共晶硫化物CrxSx+1，这种硫化物在高温下起润滑作用。⑶填料与基体之间的界面结合是影响复合材料综合性能的重要因素。系统研究了化学镀镍对RGO/MoS2纳米复合材料组成、微观组织结构以及作为铁基材料润滑相的摩擦学性能的影响。结果表明：RGO/MoS2纳米复合材料表面被沉积了厚厚的金属镍层，其中MoS2颗粒片与片之间的缝隙消失了，形成了更为完整的球体。另外，由于镀镍处理明显改善了RGO/MoS2与铁基体之间的润湿性与界面结合，镍包覆RGO/MoS2的铁基材料具有更高的密度、硬度以及更优异的摩擦学性能。

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作者
张明锁;
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作者单位

江苏大学;

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授予单位江苏大学;
学科材料学
授予学位硕士
导师姓名李长生;
年度 2016
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原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类金属－非金属复合材料;材料结构及物理性质;
关键词
复合材料; 金属硫化物; 二维结构; 摩擦学性能;

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