石墨烯机油添加剂测试结果分析

　　石墨烯机油添加剂是什么

　　机油添加剂到底是个什么东西呢？最早的机油添加剂其实是用在拉力赛等赛车的发动机上，帮助更好的润滑和保护发动机的。不过随着民用车越来越多，机油添加剂逐渐进入了大众视野。我们知道市面上有很多不同的机油添加剂，品牌和价格也参差不齐。不过几乎都标榜拥有多重功效：抗磨损、降噪、修复烧机油、修复缸压、节油、冷启动保护等。

　　石墨烯抗磨润滑添加剂是由石墨烯、基础油、分散剂等复合调制而成，质量与性能稳定，用于调制各种极压抗磨及润滑性能优良的润滑油，与其它抗磨、润滑、抗氧、抗腐剂复配使用，有相乘作用。由于石墨烯独特的二维结构，超强的导电、导热、润滑、耐腐性能，超大的比表面积和超强的结构和热稳定性等，使产品具有在高温下仍保持其基本性能不变，尤其是在高温的环境下，其优异的润滑性、耐磨性、抗氧化性在发动机润滑油的使用中得以极好的体现。该产品加入润滑油中可使润滑油具有以下优良的特性：

　　1. 有效地避免发生高温氧化、延长换油周期；

　　2. 在摩擦面形成抗磨石墨烯膜而具有超强的润滑性；

　　3. 显著提高润滑油的耐磨性和抗压性，减少机械的摩擦损失；

　　4. 大幅减少摩擦系数和磨损率，特别是高载荷下的机械摩擦因数，提高抗磨能力；

　　5. 优良的防水性、防尘性、防污性；

　　6. 减少机械震动、降低机械噪音；

　　7. 优良的干磨与湿磨润滑性能，超强的安全性；

　　8. 降低机械摩擦面的工作温度、保持润滑油粘度；

　　9. 机械启动性能大幅提高，降低机械启停磨损；

　　10. 提高机械功效，延长机械使用寿命。

　　石墨烯机油添加剂测试

　　润滑现象可以用“薄膜润滑”原理进行解释。图1是薄膜润滑机理的分布图，其中h代表摩擦副间润滑油膜的厚度，Ra 代表摩擦副接触面的粗糙度，h/Ra 定义为油膜的层数。润滑油膜层数越多，越趋向于薄膜润滑；而当薄膜层数较少时，可能出现干摩擦与薄膜润滑的混合作用。因此，当仅有基础润滑油工作时（图2），由于摩擦副为点接触，且载荷为高载荷，其摩擦机理为临界状态。随着石墨烯的添加，石墨烯不断覆盖在摩擦副表面，摩擦副表面的粗糙度被石墨烯表面的粗糙度所替代，Ra 下降，而h基本不变，所以润滑机理逐渐趋向薄膜润滑，润滑油力学性能有所提高。当石墨烯质量分数不断增加时，石墨烯在摩擦副表面堆积，阻断润滑油膜的形成，h大幅下降，h/Ra 随即下降，润滑机理折回到混合润滑区，润滑油的摩擦性能反而下降。

　　

　　图1 薄膜润滑机理分布图

　　综合考虑干摩擦与薄膜润滑机理，其摩擦界面包括三种摩擦：第一种是两摩擦副表面润滑油的薄膜润滑；第二种是摩擦副直接接触形成干摩擦；第三种是摩擦副表面堆积的石墨烯发生的干摩擦。摩擦因子与三种摩擦的接触面积有关。当只有润滑油基础油工作时，其润滑处于临界状态，同时存在干摩擦与薄膜润滑；当有适当质量分数的石墨烯参与润滑时，薄膜润滑占主导地位，摩擦因子较低；当石墨烯质量分数较高时，石墨烯间的干摩擦作用凸显，且逐渐占据主导地位，摩擦因子不断上升。

　　2、石墨烯改性润滑油的减摩抗磨性能

　　

　　图2 石墨烯润滑油摩擦实验示意图

　　

　　图3 石墨烯润滑油的磨斑表面形貌表征： （a）润滑油基础油；（b）质量分数0.06 %石墨烯润滑油；（c）质量分数5 %石墨烯润滑油

　　采用四球摩擦磨损试验机（图2）对经油酸处理的石墨烯改性润滑油进行摩擦磨损性能测试。通过观察磨斑表面形貌（图3）进一步分析润滑油的摩擦性能。图3（a）为润滑油基础油的磨斑表面形貌，左图为扫描电子显微图像，右下角是磨斑光学显微镜的全貌，右图是白光干涉三维图像。从图3（a）可见，磨斑表面沟壑起伏，粗糙度为464nm，两摩擦副直接的接触使得磨损很大。图3（b）是质量分数0.06%的石墨烯润滑油的磨斑表面形貌。对比润滑油基础油，其形貌相对平整，粗糙度下降至220 nm，贴合在摩擦副表面的石墨烯保护了摩擦副，增强了润滑油的抗磨性能。图3（c）是质量分数5%的石墨烯润滑油的磨斑表面形貌。其表面起伏增加，粗糙度升至775 nm，大量堆积在摩擦界面的石墨烯相互接触，成为研磨剂，增强了摩擦副的磨损，润滑油抗磨性能甚至不如润滑油基础油。