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硕士生梁艳的自组装薄膜论文被《Applied Surface Science》接收
发布者: 曾群锋 | 2024-02-07 | 2951

论文《Low Friction Behaviors of Self-assembled GO/CMWCNTs composite films on high-speed steel》被期刊《Applied Surface Science》接收。
       为了降低高速钢轧辊在轧制过程中及高端装备基础零部件的能量损失,论文研制开发了具有有效减摩擦性能的涂层。本文采用自组装技术制备了氧化石墨烯与羧化多壁碳纳米管(GO/CMWCNTs)复合材料。结果表明,自组装涂层具有最佳的摩擦减量效果。

 

     此项工作受到陕西省自然科学基础研究计划项目等资助。

 

 

研究背景:

1、高速钢(HSS)由于高硬度和强度,在轧钢工业中经常被用作轧辊材料。然而,由于粘着磨损、热疲劳和其他因素,高速钢辊仍然会受到磨损。高速钢的耐磨性能可以通过添加钛等合金元素来改善,但也可能导致材料硬度降低。由于液体润滑受到轧制条件和环境污染的限制,因此最好在高速钢表面引入固体涂层进行润滑。

2、碳基材料,包括石墨烯和碳纳米管(CNTs),由于其独特的结构和低摩擦特性而被广泛用于固体润滑。

3、高性能复合材料引起了广泛研究关注。将石墨烯(或GO)和碳纳米管混合在一起,它们之间的相互作用可以减少石墨烯(或GO)的粘结团聚,提高润滑性能。

4、通过电沉积和等离子喷涂等方法获得的复合涂层可能表现出对基材的附着力差或容易结块现象,不稳定的涂层无法长时间保持良好的润滑。

研究思路:

推测自组装技术在CMWCNTs复合材料中的应用可能具有减少高速钢摩擦和磨损的潜力,因此,制备不同质量比的GO/CMWCNTs复合材料,通过与3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)键合,将GO/CMWCNTs薄膜组装在羟基化的高速钢表面。为了进行比较,纯GO/CMWCNT薄膜也使用简单的滴铸工艺在高速钢上覆盖,在室温条件下对摩擦学性质进行了系统的研究和比较,最后,通过对磨损痕迹的分析,揭示组装薄膜润滑性能提高的机理。

主要结论:

1、对于单一材料,CMWCNTs表现出良好的减摩性能。值得注意的是,组装的CMWCNT的平均摩擦系数约为0.05,但在摩擦测试的中期出现波动。

2、对于复合材料,当GO/CMWCNTs的质量比为1:2时,协同润滑效果最佳。具体而言,组装好的GO/CMWCNTs-2具有稳定的摩擦系数(0.06)(比裸钢低约83%)在测试样品中表现出最有效的减摩性能。此外,组装样品的耐磨性也得到了增强。

3、通过该组装方法的实施,在高速钢上形成了稳定的多层复合膜。与滴流延膜相比,这些组装的薄膜表现出优异的减摩性能。低摩擦行为的原因是在摩擦界面形成了sp2含量较高的GO/CMWCNTs润滑膜,自组装膜的润滑机制是产生1个稳定的多层膜堆叠系统,其层通过共价键连接。

文章信息:

1、Qunfeng Zeng, Yan Liang, Zekun Ning, Zeming Pang, Wanjun He, Haolin Li. Low friction behaviors of self-assembled GO/CMWCNTs composite films on high-speed steel[J]. Applied Surface Science, 2024, 159502, ISSN 0169-4332, https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2024.159502.

(https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0169433224002150)