研究亮点：本研究深入探讨了石墨和聚α-烯烃基油（PAO）作为自润滑添加剂在聚合物复合材料中的协同润滑机制，揭示了PAO破坏石墨层间结构，促进转移膜形成，并通过分子动力学（MD）模拟和第一性原理计算，阐明了石墨和PAO之间的协同润滑作用。

研究背景：

1、固液协同润滑结合了固体和液体润滑的优势，近年来在工业应用中备受关注。然而，固液协同润滑的机理尚不明确。

2、聚合物基自润滑材料因其轻质、低摩擦、低磨损等特性，在航空航天、机械工程等领域广泛应用。但这些材料的摩擦学性能有待提高。

研究思路：

使用石墨和PAO作为自润滑添加剂，评估了它们在聚合物复合材料中的协同效应。通过纳米压痕、压缩测试、摩擦分析和磨损形态表征，系统研究了材料的机械和摩擦学性能。结合SEM、EDS、XPS和FTIR等表征方法，全面研究了转移膜的形貌和转移膜与摩擦对偶球的摩擦化学反应。同时，采用MD模拟和第一性原理计算，评估了石墨和液体润滑剂在剪切过程中的结构变化及其与钢球的相互作用。

主要结论：

1、复合材料展现出良好的机械性能和卓越的摩擦学性能，具有3.8 GPa的纳米压痕模量、0.0998的摩擦系数以及1.3×10-14 m3/(N·m)的磨损率。

2、在摩擦界面上同时存在转移膜和润滑油膜，润滑油膜保护摩擦对偶球免受过度氧化。

3、MD模拟和第一性原理计算表明，PAO破坏了石墨的层间结构，使其更容易在摩擦对偶球表面形成转移膜。石墨与PAO之间的弱化学键有助于更多PAO分子在形成转移膜时聚集在界面处，有利于润滑油膜的形成。

4、石墨和PAO分子的协同效应对于进一步降低摩擦系数至关重要。

文章信息：

1、Weihua Cao, Wenhao Yan, Xiao Yang, Zhengjie Li, Jia Geng, Yu Dong, Yan Zhang, Xiaowen Qi. Multiscale Study on the Solid-Liquid Synergistic Lubrication Mechanism of Graphite and Liquid Lubricant in Polymer Composites[J]. Carbon, 2024, DOI: 10.1016/j.carbon.2024.119605.

https://doi.org/10.1016/j.carbon.2024.119605

2、作者团队来自燕山大学机械工程学院、河北省自润滑关节轴承技术重点实验室、澳大利亚科廷大学土木与机械工程学院、中航沈阳飞机设计研究所、燕山大学自润滑关节轴承科技重点实验室。