有效的将轴承摩擦力下降

设计工程师长期以来一直在寻找材料涂层方法来减少摩擦。但是，新发现材料的重组能否减少宏观尺度上的摩擦？未来的表面处理，包括石墨烯和石墨烯相关材料 (GRM) 的创新如何能够实现更好或无限的轴承磨损。

在许多行业和部门中经常遇到，摩擦是生活中的事实。每个人造、自然或生物系统中的滚动、旋转或滑动接触界面都会产生摩擦。如果不能有效减少或控制，大量摩擦通常会导致更高的磨损损失，并最终导致可靠性和使用寿命变差。

摩擦力最基本的定义是阻止两个移动表面相互接触的平滑和轻松移动的力。摩擦会带来磨损，因此需要液体或固体形式的润滑剂来防止这种情况发生。然而，摩擦对于工程师来说是一个棘手的问题——轴承摩擦不是恒定的，可以通过滚动元件、滚道和保持架之间的润滑膜中发生的某些摩擦学现象来解决。

适当的润滑剂将减少轴承部件内部滑动表面之间的摩擦，并减少或防止滚道内滚动元件的金属与金属接触。虽然这是减少磨损和防止腐蚀的好方法，但与目前市场上的润滑和表面处理选项相比，将新材料用于轴承时可以显着减少摩擦。

一、超级润滑

在宏观尺度上，摩擦是表面微观缺陷的结果。然而，在原子尺度上，摩擦涉及单个原子之间的吸引力。这开启了超润滑现象；原子尺度的结构不匹配使得一个表面上的多个原子不可能靠近另一个表面上的原子，从而导致非常低的摩擦。

自 1990 年首次提出超润滑性以来，已有多个研究小组观察到了这种效果，但由于宏观表面之间的不一致性，一直难以衡量。也就是说，直到现在。

石墨因其层状晶格状特性而被用于早期研究。想象一下鸡蛋盒；当纸箱对齐时，它们会相互粘在一起，但如果它们没有对齐，它们就不会粘在一起，并且很容易相互滑动。石墨的晶格组成，有点类似于这些堆叠的鸡蛋纸盒，是进一步研究超润滑性的绝佳候选材料。

二、石墨烯和 GRM

石墨烯及其作为润滑剂的摩擦学潜力仍未得到充分探索，对其用作自润滑固体或润滑油添加剂的研究很少。由于石墨烯是一种二维材料，它具有独特的摩擦和磨损特性，这在传统上通常是看不到的。除了其公认的热、电、光学和机械性能外，石墨烯还可以用作轴承的液体或胶体润滑剂，甚至可以作为薄片应用于表面。

由于石墨烯即使有多层也是超薄的，它可以应用于具有振荡、旋转和滑动接触的系统，以减少摩擦和磨损，并保护轴承在暴露于水中时免受腐蚀，这一过程通常被称为摩擦腐蚀。这是由于石墨烯呈现出一种光滑的质地，这可能使其成为一种极好的润滑剂。

除了低剪切和高保护性，石墨烯在轴承中的应用还可以防止钢表面氧化，因为它相对缺乏对液体和气体的渗透性。研究表明，石墨烯中的少量层数不仅可以将钢中的摩擦减少七倍，而且可以将磨损减少 10,000 倍以上，从而减少摩擦腐蚀。

与添加传统润滑剂相比，在轴承上添加石墨烯涂层的过程相对简单——石墨烯不需要任何额外的加工步骤，只需在表面洒上少量溶液或喷洒溶液，使这个过程变得简单，环保且具有成本效益。

除了对环境无害外，添加到轴承表面的石墨烯薄片可以持续相当长的时间，因为薄片能够在初始磨损周期中重新定向，提供非常低的系数摩擦系数 (COF)。

在一项关于石墨烯作为新兴润滑剂的潜力的研究中，研究人员估计，新材料减少的摩擦能量损失每年将产生 24.6 亿千瓦时的潜在能源节约，相当于 150 万桶石油。

很明显，石墨烯的创新和新发现的材料具有作为轴承固体和液体润滑剂的真正潜力，一旦得到充分开发，可能会对许多机械应用产生积极影响，从而节省大量能源。