碳化聚多巴胺基复合薄膜的制备及摩擦学性能研究

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摩擦磨损是机械零件失效和机械设备能源消耗的主要原因之一。固体润滑膜作为润滑剂的主要形式,因其具有优良的摩擦磨损特性而被广泛应用于航空航天及民用机械中。多巴胺(DA)具有在弱碱性环境中自发氧化聚合成聚多巴胺(PDA)的特性,PDA由于保留了酚羟基和氨基基团能通过静电力吸附金属Ag+、氧化石墨烯(GO)等。PDA在高温热处理后会转变成具有类石墨结构的碳化多巴胺(CPDA)。本文用PDA作为还原剂和修饰剂,分别与纳米银、氧化石墨烯(GO)复合,在高温热处理后制备了系列碳化纳米复合薄膜。通过X射线衍射(XRD)、热重分析(TGA)、拉曼光谱(Raman)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、场发射扫描电镜(FE-SEM)和X射线光电子能谱(XPS)等探索了晶体结构、形貌,考察这些复合薄膜作为固体润滑膜的摩擦学性能。主要研究内容如下:(1)利用多巴胺的粘附性和还原性,原位还原银氨络合离子(Ag(NH3)2OH)制备PDA/Ag复合纳米颗粒。通过表面喷涂技术将其喷涂在多巴胺预先修饰的抛光铜基底表面。随后将其置入氩气管式炉中在不同温度下烧结得到CPDA/Ag复合薄膜,研究了复合薄膜的摩擦学性能。实验结果表明在500°C下处理后的CPDA/Ag纳米复合膜摩擦系数和磨损率最低,比纯铜的磨损率降低43.3%,在基底表面形成了N掺杂的类石墨化的摩擦膜。(2)将氧化石墨烯与多巴胺先后加入配置好的弱碱性缓冲溶液中,待其混合均匀后喷涂在多巴胺预先修饰的抛光铜基底表面。置入氩气管式炉中在不同温度下烧结得到CPDA/rGO复合薄膜。实验结果表明CPDA/rGO的复合薄膜有较好的润滑和磨损抗力,在2 mm/s的速度下,纯铜基体和300 oC热处理后CPDA/rGO复合膜的磨损率分别为3.32×10-4 mm~3/N·m和2.08×10-4 mm~3/N·m,比纯铜的磨损率降低了37.3%,磨损的主要形式为粘着磨损和颗粒磨损,磨损表面形成含C,N,O和Cu元素的摩擦转移膜,在减摩抗磨方面发挥着关键作用。
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