与传统的增强体材料相比,石墨烯具有优异力学、热学和电学性能,加之独特的单 原子层结构特征, 期望石墨烯能够带给复合材料新的性能。石墨烯的作用领域绝对不 仅仅局限于抗磨损领域。虽然目前有许多种制备石墨烯的方法，但是但制备大量、低 成本高质量石墨烯仍是未来需要攻克的一个难题。

1.2.3 石墨烯摩擦性能及石墨烯复合镀层耐磨性

石墨烯摩擦学性能：研究者通过粗晶分子模拟发现发现单层石墨烯的摩擦力相对 较高[11]，且表现出黏－滑特征；而多层石墨烯的摩擦力很低，且非常稳定。石墨烯具 有优秀的纳米摩擦性能以及抗磨损性能。而且石墨烯的层数对其表面摩擦力具有显著 的影响。

当石墨烯粘附在云母基底时，也有相似的效应，但从 4 个原子单层开始，石墨烯 的摩擦系数基本不发生变化，摩擦力随着厚度增加而显著减少，具体到多于 7 层时候， 摩擦系数趋近于零。[12]于是，可以这么说，相对于单层石墨烯，少层石墨烯在抗磨涂 层领域作用很大。

Robinson[13]等发现环境对石墨烯摩擦性能影响也较大，尤其是在大气环境和有序 化油性十六烷中，耐磨性能最佳。

同时，石墨烯非常适宜作为微/纳器件的纳米润滑薄膜，石墨烯与基底间的相互 作用是石墨烯基纳米润滑薄膜摩擦性能的关键影响因素，高的粘结强度除了能够减小 摩擦系数，还有利于提高抗磨性能。[14]

当在钛合金表面制备 Al2O3／石墨自润滑沉积层时， Al2O3／石墨复合沉积层和

A l2O3 沉积层都可以有效提高钛合金的耐磨性，它们的磨损率分别为钛的 1／3 以 及 2／3。[15]

同时，由于 Al2O3 疏松多空的结构，其在摩擦时，会导致磨粒磨损，相比之下， 掺入石墨的沉积层具有更好的自润滑作用。

韩贵等人利用实验测定 Ni—P—CNTs 和 Ni—P 一(IF—WS2)， Ni—P 和 Ni—P 一 石墨镀的抗磨性能。在其中，他们利用化学催化气相沉积法合成了碳纳米管。并且在 测定它们的摩擦性能前利用热处理提高了其表面硬度和耐磨性。最后得出结果：Ni— P 一(IF—WS2)复合镀层的抗磨性在这几种镀层中最优。主要原因是 IF—WS2 不仅具有 良好的自润滑作用，还因其球形外形可以利用滚动效应减少摩擦。[16]

同时，在含有石墨的复合材料中，掺入其它材料亦可以提高耐磨性能。在 Ekonol- 石墨-PTFE 自润滑复合材料中（Ekonol 为聚对一羟基苯甲酸），Ekonol 含量增加可很 大程度上减少磨损量。具体为其含量于 25%时，磨损量可达最小值。[17]

在石墨烯复合镀层中，还可以通过添加润滑添加剂提高石墨烯在复合材料中的分 散性，提高复合镀层的耐磨性。[18]在镍基自润滑复合材料在摩擦过程中，固体润滑剂 会在摩擦副上形成一层均匀的润滑膜。在测定其摩擦系数后得知 ，在低于某一值前， 镀层中石墨含量增加 ，摩擦系数几乎呈现直线下降的趋势。高于此值，则随着石墨 增加，摩擦系数缓缓增大。[19]  。

实验发现：镍一石墨复合镀层的耐磨性是镍的 3．69 倍。[20]主要原因在于石墨分 散于镀层中，使镀层中的微裂纹等缺陷的数量大大减少，抑制裂纹在镀层中的扩展， 使镀层耐磨性能得到改善。

1.3 研究目的和研究内容

研究目的： 由于工业的需求，许多机械部件需要在高温高速等工况工作，在这样的条件下许

多传统的润滑剂难以满足性能要求。因此需要发展具有更高使用要求的新型润滑材 料。发动机活塞环通常采用镀铬层进行改性，但六价铬对环境有不利影响，而镍基镀 层则是一个不错的替代品。虽然镍镀层具有耐磨耐蚀等优点，但镍镀层较软，需要与 增强相结合以提高硬度，另外还要赋予其自润滑特性。石墨烯材料由于其独特的性能 结构而在此领域得到了应用。在镍基镀层内通过电镀方法复合石墨烯而制成镍基自润 滑镀层，可获得具有高性能自润滑涂层。本课题石墨烯的优化出最佳制备工艺参数并 探讨其对镀层摩擦磨损性能的影响，获得长寿命润滑剂，可应用于航天器、运载火箭、