MXenes及其纳米复合涂层在硅/聚合物基接触面上的摩擦学行为

庞皓升, 刘大猛, 柴春鹏, 尹绚

北京化工大学学报(自然科学版) ›› 2023, Vol. 50 ›› Issue (06) : 74-84. DOI: 10.13543/j.bhxbzr.2023.06.010

MXenes及其纳米复合涂层在硅/聚合物基接触面上的摩擦学行为

  • 庞皓升, 刘大猛, 柴春鹏, 尹绚
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摘要

为了探究MXenes及其纳米复合涂层的摩擦学行为,以硅片(单晶硅)为基底,分别制备了Ti_3C_2-MXenes涂层、Ti_3C_2-MXenes/纳米金刚石复合涂层以及Ti_3C_2-MXenes/石墨烯复合涂层,测定了硅基底、MXenes及其纳米复合涂层与多种材质轴承球对磨的摩擦系数,并采用光学显微镜、三维白光干涉扫描仪和Raman光谱法对球斑及磨痕的表面形貌及组成进行了表征。结果表明:在所测试的不同材质摩擦球中,在循环次数为1 200下硅基底与聚四氟乙烯(PTFE)球对磨时的摩擦系数最低,硅基底表面的磨痕边缘处有明显的沟壑,其磨损机理以磨粒磨损和黏着磨损为主,聚合物球表面的磨损机理以磨粒磨损和疲劳磨损为主;当硅基表面的Ti_3C_2-MXenes涂层与PTFE球对磨时,PTFE球的自润滑作用使得在1 N载荷下MXenes涂层的摩擦系数稳定在0.14,磨痕表面有明显的PTFE转移层;在1 N载荷下,与PTFE球对磨的Ti_3C_2-MXenes/纳米金刚石复合涂层的摩擦系数稳定在0.15;在0.5 N载荷下,与PTFE球对磨的Ti_3C_2-MXenes/石墨烯复合涂层的摩擦系数稳定在0.18,与未加入石墨烯时相比,硅基表面的聚合物转移层减少。

关键词

表面工程 / MXenes / 纳米涂层 / 固体润滑 / 摩擦学性能 / 磨损机理

中图分类号

TB306

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庞皓升, 刘大猛, 柴春鹏, 尹绚. MXenes及其纳米复合涂层在硅/聚合物基接触面上的摩擦学行为. 北京化工大学学报(自然科学版). 2023, 50(06): 74-84 https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2023.06.010

基金

国家自然科学基金(51905295); 清华大学高端装备界面科学与技术全国重点实验室开放基金(SKLTKF21B09); 辽宁省航发材料摩擦学重点实验室开放基金(LKLAMTF202304)

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