冉迪,郑鹏,苑泽伟,王宁.铜基底/石墨烯涂层束缚减摩机制[J].表面技术,2023,52(5):61-70.
RAN Di,ZHENG Peng,YUAN Ze-wei,WANG Ning.Restraint Friction Reduction Mechanism of Graphene Coating on Copper Substrate[J].Surface Technology,2023,52(5):61-70
铜基底/石墨烯涂层束缚减摩机制
Restraint Friction Reduction Mechanism of Graphene Coating on Copper Substrate
  
DOI:10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.05.006
中文关键词:  铜基底  石墨烯涂层  减摩机制  摩擦特性  分子动力学  位错密度  承载直径  划切刃角
英文关键词:copper substrate  graphene coating  friction reduction mechanism  friction characteristics  molecular dynamics  dislocation density  bearing diameter  scratching edge angle
基金项目:国家自然科学基金(52275455,52005345);辽宁省教育厅科学研究经费项目(LJGD2020003,LJKZ0160)
作者单位
冉迪 沈阳工业大学 机械工程学院,沈阳 110870 ;沈阳城市建设学院 机械工程学院,沈阳 110167 
郑鹏 沈阳工业大学 机械工程学院,沈阳 110870 
苑泽伟 沈阳工业大学 机械工程学院,沈阳 110870 
王宁 工程实训中心,沈阳 110870 
AuthorInstitution
RAN Di School of Mechanical Engineering, Shenyang 110870, China ;School of Mechanical Engineering, Shenyang Urban Construction University, Shenyang 110167, China 
ZHENG Peng School of Mechanical Engineering, Shenyang 110870, China 
YUAN Ze-wei School of Mechanical Engineering, Shenyang 110870, China 
WANG Ning Engineering Training Center, Shenyang University of Technology, Shenyang 110870, China 
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中文摘要:
      目的 探究石墨烯涂层对单晶铜基底摩擦特性的影响,揭示石墨烯涂层的微观减摩和基底强化机制。方法 基于AIREBO、EAM、Lennard–Jones混合势函数和Verlet算法,采用分子动力学法对铜基底/石墨烯涂层(Cu/Gr)和铜基底(Cu)的摩擦行为展开研究,结合基底位错、承载直径、划切圆角、划切刃角的变化规律,分析石墨烯涂层对法向力和摩擦力的影响。结果 在纳米压痕中,石墨烯涂层使基底压入边缘处产生了划切圆角,当压入深度为3.0 nm时,基底承载直径由4.6 nm增至8.2 nm,法向承载力由62.63 nN提高至514.32 nN;在摩擦过程中,石墨烯涂层抑制了基底表面的犁沟效应,使位错密度由0.06 nm–2提升至0.15 nm–2;当压入深度相同时,石墨烯涂层使基底具有更小、更稳定的摩擦因数,最终使摩擦因数降低了61.43%~77.81%;当下压力为150 nN时,石墨烯涂层使划切刃角由90°降至32°,摩擦力由75.72 nN降至21.51 nN。当Cu/Gr基底上的划切刃角由32°降至17°时,摩擦力由21.51 nN降至9.08 nN。结论 石墨烯涂层的束缚机制增大了基底表面的承载直径,增大了基底内的位错密度,进而提高了法向承载能力。石墨烯涂层的束缚机制降低了划切刃角,降低了摩擦力,提升了基底的摩擦性能。
英文摘要:
      Graphene coating technology can provide an effective solution to the problems such as energy loss and part failure in mechanical system caused by friction and wear on material interface. Moreover, graphene coating can not only retain original excellent properties of substrate, but also produce new synergistic effects to improve properties of composites. The work aims to investigate the effect of graphene coating on friction characteristics of single crystal copper substrate and reveal the micro friction reduction and substrate strengthening mechanism of graphene coating.
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