【摘要】 工业化对环境造成了不可逆转的污染，各国都在积极寻求环保技术。

工业化对环境造成了不可逆转的污染，各国都在积极寻求环保技术。水力凿岩机作为一种新型环保设备，采用蒸馏水代替石油作为输送介质，有效减少了石油污染，提高了能源利用率[1-3]本文研究了十二烷基硫酸钠(SDS)与石墨烯水溶液的腐蚀膜。结果表明，腐蚀膜是一种石墨烯/Fe3O4膜，代表了水润滑下摩擦学性能的积极影响。在2N载荷下，在石墨烯/Fe3O4薄膜的保护下，钢的摩擦系数从0.41减小到0.17，磨损疤痕深度从2.57μm减小到0.98μm，石墨烯/Fe3O4薄膜在水润滑下表现出优异的摩擦学性能。石墨烯和Fe3O4均为减摩材料，可有效降低水润滑下的摩擦系数和磨损率。石墨烯/Fe3O4薄膜的亲水性显著提高，使石墨烯容易进入摩擦副间隙。因此，腐蚀表面的点蚀可以不断地收集和释放Fe3O4和石墨烯。在以上三方面的协同作用下，石墨烯/Fe3O4膜在水润滑下具有优异的减摩抗磨效果。随着浸泡时间的增加，磨损痕宽度变化不大，但磨损痕深度明显增大。根据赫兹接触理论，在2N条件下，最大接触压力约为393MPa，赫兹接触区为98μm(直径)，则磨损痕的初始宽度应为98μm。随着磨损的加剧，磨损痕宽度增大到780~970μm。当浸泡时间为0h时，由于缺乏石墨烯/Fe3O4薄膜,磨损痕深度达到2.57μm。增加到4h时，由于石墨烯/Fe3O4薄膜的作用，磨损痕深度减小到1.90μm。由于Fe3O4和石墨烯的含量较低，石墨烯/Fe3O4薄膜在滑动试验中磨损。但当浸泡时间增加12h时，样品表面形成足够的石墨烯/Fe3O4膜，磨损痕深度最小(0.98μm)。浸泡48h后，随着石墨烯/Fe3O4膜中心的磨损，磨损痕深度增加到1.2μm。磨损区宽度为0.148mm。该破坏区域也使摩擦系数略有降低。一般来说，石墨烯/Fe3O4薄膜可以有效地保护钢表面免受严重磨损。石墨烯/Fe3O4薄膜在载荷为4N时表现出较低的摩擦系数，但当载荷增加到6N时，摩擦系数分为两个阶段。石墨烯/Fe3O4薄膜对衬底起到保护作用，摩擦系数也随之降低。同时，在这一阶段，石墨烯/Fe3O4薄膜逐渐磨损，最终失效。4800s后，腐蚀石墨烯/Fe3O4膜由于严重磨损而完全失效，也导致其摩擦系数上升到0.5。在8N载荷下，腐蚀膜对摩擦磨损性能无影响。因此，摩擦系数始终处于较高水平。当载荷从4N变化到8N时，摩擦系数从0.25增加到0.5，总的来说，石墨烯/Fe3O4薄膜可以降低低载荷下的摩擦。随着载荷的增加，石墨烯/Fe3O4薄膜会被磨损，从而产生较高的摩擦系数。通过石墨烯/SDS水溶液的腐蚀，可以在钢表面形成石墨烯/Fe3O4薄膜。摩擦学试验表明，石墨烯/Fe3O4薄膜能降低水润滑条件下的摩擦系数和磨损。主要结论是:(1)在2N载荷下，石墨烯/Fe3O4膜的摩擦系数从0.404降低到0.182，磨损疤痕深度从2.57μm降低到0.98μm，但当载荷增加到6-8N时，石墨烯/Fe3O4膜的减摩效果失效。(2)石墨烯和Fe3O4都是抗磨材料。在滑动测试过程中，石墨烯和Fe3O4可以进入摩擦副之间的间隙，降低摩擦系数和磨损。(3)石墨烯/Fe3O4薄膜将接触角从89◦降低到54◦。石墨烯/Fe3O4薄膜润湿性的提高使更多的石墨烯进入摩擦副间隙。在水润滑过程中，石墨烯可以减少摩擦和磨损。(4)腐蚀后的粗糙表面可以收集从石墨烯/Fe3O4膜上脱落的Fe3O4和石墨烯。在点蚀中收集的Fe3O4和石墨烯可以不断地释放到周围区域。这种收集-释放机制提高了抗摩擦材料(石墨烯和Fe3O4)的利用率。

 

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