王延庆 李佳豪 彭勇 赵又红 白利春

1) (中车青岛四方机车车辆股份有限公司, 青岛 266111)

2) (中南大学交通运输工程学院, 轨道交通安全教育部重点实验室, 长沙 410075)

3) (湘潭大学机械工程学院, 湘潭 411105)

(2021 年5 月12 日收到; 2021 年6 月7 日收到修改稿)

1 引 言

进入21 世纪以来, 工业领域中的机械系统呈现出微纳化、颗粒化的发展趋势(如纳米轴承、载药机器人), 对新兴润滑材料的受限空间提出了苛刻的要求. 石墨烯是一种sp2杂化的碳原子以正六角形排列的纳米材料, 广泛应用于柔性电极、颗粒传输、超导材料、能源储存及生物医学等领域. 石墨烯具有超高的力学强度、稳定的化学活性以及易剪切特性, 从而确保其优异的润滑性能[1]. 石墨烯展现出许多新颖的摩擦磨损机理, 具体表现为: 摩擦初期的上升行为可归因于接触界面的动态调整,迫使滑移针尖自发地运动到具有更深能量势阱的空间位置[2]; 石墨烯形成的褶皱效应提供针尖的阻抗力, 说明石墨烯的面外变形程度是影响其摩擦性能的重要因素[3]; 原子晶格振动(包括电子、声子振动)是石墨烯摩擦能量耗散的主要形式, 解释了其摩擦力的层数依赖性[4].

界面电流的介入可能会改变材料原有的摩擦磨损性能. 例如, 高铁受电弓滑板服役时其表面产生的摩擦热和焦耳热加剧了滑板材料的磨损, 同时离线状态时电弧放电恶化了表面接触状态, 严重威胁到高铁运行的安全性[5]. 目前已有许多学者针对材料的载流摩擦……