石墨烯改性碳化鎢自潤滑耐磨添加劑

石墨烯是碳原子緊密堆積成單層二維蜂窩狀晶格結構的一種碳質新材料，是構建最常用的固體潤滑劑-石墨的基本單元，具有比石墨更低的摩擦係數，是一種新型的自潤滑減磨塗層添加劑。

但石墨烯是納米級單層結構的碳材料，品質較輕，陶瓷類碳化鎢噴塗粉末品質大，如果將石墨烯直接添加到碳化鎢噴塗粉末中，石墨烯在噴塗過程中會被高速焰流吹飛而損失，很難再塗層中保留石墨烯成分。另外，石墨烯比表面積較大，活性高，在與碳化鎢噴塗粉末複合時容易團聚，很難保證在噴塗粉末中均勻混合，從而難以保證製備塗層具有自潤滑耐磨特性。

為了解決上述問題，有學者使用石墨烯改性碳化鎢自潤滑耐磨添加劑的製備工藝，以得到石墨烯表面原位生長有碳化鎢的自潤滑耐磨添加劑。製備過程如下：

1、將一定量石墨粉加入到由濃H₂SO₄(12mL)、K₂S₂O₈(2.5g)和P₂O₅(2.5g)組成的溶液中，在80℃下反應4.5 小時。隨後冷卻到室溫，加入0.5 L去離子水。並在常溫下乾燥。將這種預氧化的石墨粉加入到150mL的濃H₂SO₄中，用冰水浴保持0℃環境，逐步加入15gKMnO4，並保持溫度不超過20℃， 加完後在35℃下攪拌2小時。隨後加入250mL去離子水攪拌2小時。隨後加入0.7 L去離子水，再加入30 mL30％的H₂O₂，在常溫下乾燥，然後在透析袋中透析1周，除去雜離子。最後經過真空抽濾，並在常溫下乾燥獲得氧化石墨烯。

2、稱取1g氧化石墨烯，加入1000g無水乙醇，均勻攪拌混合，在加入50g去離子水進行混合，在超聲分散儀中，選用10mm振幅杆，超聲處理時間為30min，超聲頻率為10Hz，獲得石墨烯分散的混合液，分別稱取品質百分比為99%的偏鎢酸銨和1%的羰基鎢混合成含鎢的前驅體混合物，稱取1g含鎢前驅體混合物加入到石墨烯分散溶液中，攪拌30min，攪拌過程中不斷滴入無水乙醇，滴入量為18g，隨後將得到的沉澱抽濾，在烘箱中加熱70℃，烘乾10min，將得到的乾燥粉體，置於氧化鋁坩堝中，在管式還原爐中通一定量H₂，H₂流量為l00sccm，以 5℃/min的升溫速率，加熱至700℃，保溫時間為1h，最後通H2冷卻至室溫，獲得石墨烯改性碳化鎢的自潤滑耐磨添加劑。

採用爆炸噴塗製備石墨烯改性塗層，拋光後塗層最終厚度為0.2 mm。試驗參數為：磨損時間10min，頻率30 Hz，位移幅值D為2 mm。製備碳化鎢塗層平均摩擦係數為0.65，磨損失重為3.7mg。製備石墨烯改性 WC-Co塗層的平均摩擦係數為0.47，磨損失重為2.1mg。對比可以現，製備的石墨烯改性自潤滑耐磨添加劑對碳化鎢塗層起到較好的自潤滑性能。通過石墨烯改性自潤滑耐磨添加劑對碳化鎢塗層起到減磨抗磨作用。

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