目录
1引言 1
1.1 研究背景及意义 1
1.2 水润滑特点及其存在问题 1
1.3 氧化石墨烯简介 3
1.4 陶瓷材料及其摩擦学特点 4
1.5 本课题研究的目的、意义和主要方法 5
2 氧化石墨烯的制备 6
2.1 制备仪器设备及材料 6
2.2 制备方法及过程 6
2.3 测试及表征 7
2.4 结果与分析 8
3 摩擦磨损实验 10
3.1 仪器设备与实验试样 10
3.2 实验过程 11
3.3 实验结果及分析 11
结 论 20
致 谢 21
参考文献 22
1 引言
1.1 研究背景及意义
我国在过去的30年里经济取得了很快的发展，与此同时给自然环境造成了巨大的压力，大多数工业化国家都经历了这一过程。面对越来越严重的污染问题，我国政府采取了许多积极应对措施，更多注重环境保护方面的指标要求。
一直以来，机械行业尤其是机械传动系统中离不开润滑。随着我国经济的高速发展机械行业也取得了迅猛的发展，对于润滑的要求也越来越高。现如今的润滑大都是以油作为润滑介质和工作介质，这不仅消耗了大量的油料，而且润滑系统还存在润滑油泄漏，由此而导致对环境的污染日益严重。据统计，航行在三峡库区而且采用油润滑系统的船舶数量有十多万艘，按照每艘船每年的平均泄露润滑油量为两吨计算，三峡库区船舶推进系统每年润滑油的泄露量高达二十多万吨[1]。假如三峡库区的水流较急，在一定程度上还能自然净化，然而在三峡水利工程完工后，三峡库区成为了世界上最大的内陆湖之一，水 *51今日免费论文网|www.jxszl.com +Q: ￥3^5`1^9`1^6^0`7^2$ 
流突然变慢，必然会导致水的自然净化能力大大减弱从而使得三峡库区的水污染更加严重。
随着机械行业对润滑要求的提高，油作为润滑介质的一些缺点和问题越来越突出。例如油属于易燃物品，在高温或明火的情况下很容易燃烧从而增加了使用的危险性。另外润滑油在使用过程维护和保养的成本也很高[2]。这使得油作为润滑介质受到了越来越多的限制。因此，需要寻找一种新的润滑介质来替代润滑油作为润滑剂。这对于保护人类赖以生存的自然环境有着重要意义，同时可以节省大量的油料等重要的战略资源。
水是地球上含量最多的一种物质。不会对环境造成污染而且水不会燃烧。用水作为润滑介质不仅没有污染而且具有节省能源使用安全等特性，因此用水作为润滑介质具有非常重要应用前景。最近几年，如何利用水替代油作为润滑介质的研究课题已经引起了人们的普遍关注。许多发达国家已经开始了对水作为润滑介质的研究，水作为润滑介质已经成为了机械传动系统的环境保护和节约能源等研究领域的前沿[3,4]。
1.2 水润滑特点及其及其存在的问题
1.2.1 水作为润滑介质的特点
同油润滑相比，水作为润滑介质具有更多的优点及广阔的应用前景，具体优点如下：
(a) 资源丰富，来源广泛。水作为地球上含量最多的物质资源相当丰富，以水替代油作为润滑介质能够节省大量的油料。
(b) 减少运输和仓储，降低成本。与油相比水分布广泛随处可取，水作为润滑介质无须运输和仓储，能够带来很好的社会效益。
(c) 不易燃烧，安全性高。水不能燃烧，而且还能够减少火灾的发生。并且水无色、无味、无毒，在使用过程中能够减少对人体健康的影响[5]。
(d) 绿色环保，减少污染。使用水作为润滑介质能够使工作场所更清洁。润滑油泄漏之后会对环境及工作环境造成很大的污染，而且使用过的润滑油需要进行集中处理。
(e) 维护和保养方便。水本身就有很好的清洁功能，因此水作为润滑介质在使用过程中维护和保养更容易，成本更低。
(f) 较好的传热降温功能。在机械摩擦过程中必然会产生大量的热量。而与油相比水的比热容要低很多，在润滑过程中能够迅速带走热量。防止由于温度过高而导致事故问题[6]。
(g) 能够提高人们的保护环境的意识。水润滑技术的使用能够提高人们对环境的保护意识，倡导人们支持绿色环保技术，为人类的生存环境和健康安全多做贡献。
1.2.2 水润滑面临的技术问题
由于水的粘度低，导电性强，汽化压力高等特点，在水作为润滑介质时又带来了困难，主要存在的问题如下：
粘度低
水的粘度很低，仅为油的1/100到1/20。虽然低粘度的润滑介质具有磨擦阻力小，磨擦因数低的好处[7]。根据雷诺方程[8]，摩擦副的负荷能力与粘度成正比，与润滑膜厚度的平方成反比。与油相比，水润滑介质的润滑膜厚度变得很薄，这样在润滑过程中很难形成流体动压润滑。
腐蚀问题
与油相比水的导电性更强，其导电性比普通的润滑油要高几十亿倍[9]。在金属材料的摩擦副中水能够引起电化学腐蚀，从而加快了金属材料摩擦副的老化。金属材料也可以采用表面涂覆等方法来提高其耐腐蚀性。
(c) 汽化腐蚀问题
摩擦过程中摩擦副会产生很多热量从而使水汽化产生 *51今日免费论文网|www.jxszl.com +Q: ￥3^5`1^9`1^6^0`7^2$ 
气蚀，使材料受到侵蚀。
(d) 磨损问题
很多材料在以水作为润滑介质时，由于载荷增大或运行速度改变，常常会使摩擦副的表面处于直接接触状态，加快了摩擦副材料磨损。特别是在泥沙等高硬度磨粒时，这些磨粒比在油中更容易集中到摩擦副材料的表面，所以磨粒磨损的速度会更大。
1.3 氧化石墨烯简介
1.3.1 氧化石墨烯的结构
氧化石墨烯是石墨经过强氧化剂氧化生成，再通过机械剥离使片状的氧化石墨烯脱离下来而独立存在。由于制备氧化石墨烯的方法不同、实验条件的差异和制备原料的不同等原因，使得氧化石墨烯的化学成分也有不同因此仍然无法确定它的精确结构。目前，对氧化石墨烯结构的分析测试手段很多，包括拉曼光谱、表面元素分析、红外光谱分析、核磁共振分析等表征方法，来研究氧化石墨烯的原子结构和分子结构。氧化石墨烯微观结构与石墨非常相似同为层状结构，只是经过强氧化剂氧化过后的氧化石墨烯多出了许多含氧官能团，很多的表征手段己经证实了氧化石墨烯的含氧功能基团[10]并且氧化石墨烯的表面含有大量的羟基和环氧基，这两个基团位于氧化石墨烯的上下表面层，其次含有少量的梭基，羰基等，这些基团主要位于氧化石墨烯片的边缘区域(如图1-1)所示。
图1-1 氧化石墨烯的结构示意图
1.3.2 氧化石墨烯的性质与应用
氧化石墨烯具有优异的可加工性能和溶解性，可有效应用于氧化石墨烯基复合材料的基底。经过化学功能化修饰的氧化石墨烯能够稳定分散在多种的常用有机溶剂中，形成稳定的氧化石墨烯悬浮液，是大规模制备石墨烯以及石墨烯基复合材料的起点。
氧化石墨烯的应用大多基于其表面的大量含π氧官能团的存在[11]，这些基团的亲水性使得氧化石墨烯能够均匀分散在水溶液体系中，同时由于羟基、羧基等基团的化学特性，使之能够与聚合物、有机分子有效复合形成全新的功能纳米复合材料。但是，相比于石墨烯的π键共扼π结构，氧化石墨烯的结构中由于氧原子的介入，导致层面内的π键断裂，因而失去了良好的导电性、导热性等优异性能[12]。因此，目前的研究热点是希望通过化学功能化修饰等手段获得兼具氧化石墨烯的亲水性，石墨烯的导电性、稳定性等优异性能的材料，也就是这种材料的结构中保留有较为完整的π电子共扼体系，同时仍有部分的亲水性含氧官能团存在。

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