本發(fā)明涉及到一種石墨烯表面改性的耐磨鋼質(zhì)油環(huán)及其制備方法，屬于合金表面改性處理加工領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

在內(nèi)燃機(jī)的主要摩擦副中，油環(huán)-缸套摩擦副的摩擦狀況深刻影響內(nèi)燃機(jī)的工作性能和使用壽命。油環(huán)-缸套摩擦副的摩擦狀況，不僅與其結(jié)構(gòu)有關(guān)，更重要的跟油環(huán)的材質(zhì)及表面狀態(tài)密切相關(guān)。對油環(huán)進(jìn)行表面處理能夠有效改善摩擦副磨損性能，防止表面磨損失效。常見的油環(huán)表面處理方法有鍍絡(luò)、噴銀以及硬質(zhì)鍍層，其他較為常見的表面處理工藝還有等離子注入法、表面潤化處理和表面復(fù)合處理等等。這些表面處理方法，其主要目的在于提高油環(huán)表面硬度，提高其耐磨性，從而提高其使用壽命。若在此基礎(chǔ)上，采用其他特殊的表面改性方法，降低油環(huán)表面摩擦系數(shù)，則有望進(jìn)一步提高其使用壽命。

石墨烯是目前金屬材料表面改性的研究熱門。石墨烯具有使一個(gè)原子層厚度的石墨片層，具有許多優(yōu)異的電子及機(jī)械性能，在電子、能源、傳感器等多個(gè)領(lǐng)域都有潛在應(yīng)用。在金屬材料表面減磨改性研究領(lǐng)域，石墨烯也具有非常大的應(yīng)用潛力。若能在油環(huán)表面獲得具有一定厚度的石墨烯薄膜，利用石墨烯的減磨特性降低油環(huán)摩擦系數(shù)，將有望大幅度提高油環(huán)使用壽命。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種摩擦系數(shù)低，使用壽命長的石墨烯表面改性的耐磨鋼質(zhì)油環(huán)。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種石墨烯表面改性的耐磨鋼質(zhì)油環(huán)，在油環(huán)表面制備一層石墨烯薄膜，厚度為5～10um。

本發(fā)明還提供了上述石墨烯表面改性的耐磨鋼質(zhì)油環(huán)的制備方法，其步驟包括：

a、以氧化石墨烯分散在水中獲得的氧化石墨烯溶液為電解質(zhì)，在油環(huán)表面電沉積氧化石墨烯；

b、采用電化學(xué)還原方法將油環(huán)表面沉積的氧化石墨烯還原為石墨烯，在油環(huán)表面獲得石墨烯薄膜。

進(jìn)一步的，所述步驟a之前還需對油環(huán)進(jìn)行預(yù)處理，所述預(yù)處理為將油環(huán)表面打磨拋光，用去離子水清洗，然后置于無水乙醇中超聲清洗。

進(jìn)一步的，所述步驟a中氧化石墨烯溶液的濃度為2g/l，以此氧化石墨烯溶液為電解液，以油環(huán)為負(fù)極，采用恒電位法在將氧化石墨烯片層沉積在油環(huán)表面，沉積電位為1.6v，沉積時(shí)間為15～20min，沉積完畢后，油環(huán)置于室溫干燥。

進(jìn)一步的，所述步驟b中采用三電極系統(tǒng)進(jìn)行電化學(xué)還原，其中工作電極為表面沉積氧化石墨烯的油環(huán)，飽和氯化鉀/甘汞電極為參比電極，輔助電極為不銹鋼絲網(wǎng)，電解質(zhì)為pbs(k2hpo4/kh2po4)緩沖溶液，溶液濃度為0.15mol/l，ph值為5.0，電化學(xué)還原電位為-1.05v，通電時(shí)間為1500～2500s。

本發(fā)明采用電沉積法在鋼制油環(huán)表面沉積氧化石墨烯，隨后采用電化學(xué)還原方法將氧化石墨烯還原為石墨烯，從而在鋼制油環(huán)表面獲得牢固結(jié)合且厚度可控的石墨烯薄膜，利用石墨烯的減磨特性大幅降低油環(huán)摩擦系數(shù)，提高油環(huán)使用壽命。本發(fā)明其操作步驟及設(shè)備要求簡單，易于實(shí)現(xiàn)。

附圖說明

圖1為實(shí)施例1中氧化石墨烯薄膜掃描電鏡微觀形貌圖。

圖2為實(shí)施例1中油環(huán)摩擦系數(shù)曲線圖。

圖3為實(shí)施例2中石墨烯表面改性油環(huán)摩擦系數(shù)曲線圖。

圖4為實(shí)施例3中石墨烯表面改性油環(huán)摩擦系數(shù)曲線圖。

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明所述的石墨烯表面改性的耐磨鋼制油環(huán)的制備方法不只局限于以下具體實(shí)例。實(shí)施例中所用鋼制油環(huán)其材質(zhì)為4crmosiv，油環(huán)按常規(guī)預(yù)處理工藝處理以獲得清潔、干燥的表面。根據(jù)試樣表面實(shí)際狀況，預(yù)處理工藝可選擇以下步驟的不同組合，即：磨光、清洗、除油。以下實(shí)施例中均采用將油環(huán)表面打磨拋光，用去離子水清洗，然后置于無水乙醇中超聲清洗的預(yù)處理工藝。

實(shí)施例1

本石墨烯表面改性的耐磨鋼質(zhì)油環(huán)的制備方法，其步驟包括：

a、配置濃度為2g/l氧化石墨烯電解質(zhì)溶液，采用恒電位法在油環(huán)表面沉積氧化石墨烯薄膜，沉積電位為1.6v，沉積時(shí)間為17min，沉積結(jié)束后，取出油環(huán)，空氣中干燥。

b、采用三電極系統(tǒng)，在電解質(zhì)為0.1mol/l,ph值為5.0的pbs緩沖溶液中對第一步獲得的氧化石墨烯進(jìn)行還原，在油環(huán)表面獲得石墨烯薄膜。電化學(xué)還原電位為-1.05v，還原時(shí)間為2000s。還原結(jié)束后，取樣，空氣中干燥。

圖1所示為所獲得的油環(huán)表面石墨烯薄膜的掃描電子微觀形貌，膜層厚度約為5～10um，膜層致密，無明顯缺陷。圖2是石墨烯表面改性前后油環(huán)表面的摩擦系數(shù)曲線，石墨烯改性后其表面摩擦系數(shù)(0.2)約為原始表面(0.4)的一半，減磨效果顯著。

實(shí)施例2：

本石墨烯表面改性的耐磨鋼質(zhì)油環(huán)的制備方法，其步驟包括：

a、配置濃度為2g/l氧化石墨烯電解質(zhì)溶液，采用恒電位法在油環(huán)表面沉積氧化石墨烯薄膜，沉積電位為1.6v，沉積時(shí)間為15min，沉積結(jié)束后，取出油環(huán)，空氣中干燥。

b、采用三電極系統(tǒng)，在電解質(zhì)為0.1mol/l,ph值為5.0的pbs緩沖溶液中對第一步獲得的氧化石墨烯進(jìn)行還原，在油環(huán)表面獲得石墨烯薄膜。電化學(xué)還原電位為-1.05v，還原時(shí)間為1500s。還原結(jié)束后，取樣，空氣中干燥。圖3是實(shí)施例2中石墨烯表面改性前后油環(huán)表面的摩擦系數(shù)曲線，石墨烯改性后其表面摩擦系數(shù)為0.24。

實(shí)施例3：

本石墨烯表面改性的耐磨鋼質(zhì)油環(huán)的制備方法，其步驟包括：

a、配置濃度為2g/l氧化石墨烯電解質(zhì)溶液，采用恒電位法在油環(huán)表面沉積氧化石墨烯薄膜，沉積電位為1.6v，沉積時(shí)間為20min，沉積結(jié)束后，取出油環(huán)，空氣中干燥。

b、采用三電極系統(tǒng)，在電解質(zhì)為0.1mol/l,ph值為5.0的pbs緩沖溶液中對第一步獲得的氧化石墨烯進(jìn)行還原，在油環(huán)表面獲得石墨烯薄膜。電化學(xué)還原電位為-1.05v，還原時(shí)間為2500s。還原結(jié)束后，取樣，空氣中干燥。圖4是實(shí)施例3中石墨烯表面改性前后油環(huán)表面的摩擦系數(shù)曲線，石墨烯改性后其表面摩擦系數(shù)為0.24。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種石墨烯表面改性的耐磨鋼質(zhì)油環(huán)，其表面制備一層石墨烯薄膜，厚度為5～10um。還公開了其制備方法，其步驟包括：以氧化石墨烯分散在水中獲得的氧化石墨烯溶液為電解質(zhì)，在油環(huán)表面電沉積氧化石墨烯；采用電化學(xué)還原方法將油環(huán)表面沉積的氧化石墨烯還原為石墨烯，在油環(huán)表面獲得石墨烯薄膜。本發(fā)明采用電沉積法在鋼制油環(huán)表面沉積氧化石墨烯，隨后采用電化學(xué)還原方法將氧化石墨烯還原為石墨烯，從而在鋼制油環(huán)表面獲得牢固結(jié)合且厚度可控的石墨烯薄膜，利用石墨烯的減磨特性大幅降低油環(huán)摩擦系數(shù)，提高油環(huán)使用壽命。本發(fā)明其操作步驟及設(shè)備要求簡單，易于實(shí)現(xiàn)。

技術(shù)研發(fā)人員：陳玉元;莫東林;馬愛斌;宋丹;孫甲鵬
受保護(hù)的技術(shù)使用者：儀征天華活塞環(huán)有限公司;河海大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.03.03
技術(shù)公布日：2017.07.18