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由于相对运动的广泛存在,摩擦与润滑是机械运动中必须考虑的因素,当前应对摩擦磨损主要的润滑手段是液体润滑。现代工业发展对摩擦和润滑性能提出了更高的要求,液体润滑由于其固有的缺陷已经越来越不能满足高转速、高载荷、高温度等极端工况条件下的润滑需求。作为其替换选项的涂层技术,因为寿命有限而使其使用范围受到诸多限制。固体自润滑材料因其在复杂工况条件下的优异润滑性能逐渐成为当前研究焦点。本文以NiAl合金为基体材料,选用石墨烯作为添加相制备新型NiAl/石墨烯自润滑复合材料,并研究了NiAl/石墨烯自润滑复合材料在不同工况条件下的摩擦磨损性能。研究结果表明,石墨烯均匀地分布在自润滑材料中,增强了NiAl基自润滑复合材料的韧性,提高了材料的强度。石墨烯能起到润滑相和增强相的作用,有助于降低摩擦系数和磨损率。石墨烯在宽温域、不同载荷和滑动速度等工况条件下都具有较好的润滑和减摩耐磨效果。在不同的工况条件下,NiAl/石墨烯自润滑复合材料显示出不同摩擦磨损特性。在2-8N的载荷范围内,摩擦系数随着载荷的增加而降低,当载荷超过8N时,摩擦系数随着载荷的增加而升高;磨损率在2-12N的载荷范围内随着载荷的增加而增加。NiAl/石墨烯自润滑复合材料的摩擦系数在温度小于400℃的范围内保持在较低水平,当温度超过400℃以后,摩擦系数会剧烈升高;磨损率在0-600℃范围内随着温度的升高而降低。在0.2-1.2m/s的滑动速度范围内,NiAl/石墨烯自润滑复合材料的摩擦系数随着速度的增加而减小,磨损率随着滑动速度的增加而增加。为了分析NiAl/石墨烯自润滑复合材料呈现出良好摩擦学性能的原因,本文进一步研究了其磨痕表面和亚表面的结构变化。结果表明,NiAl/石墨烯自润滑复合材料优异的润滑减摩特性归因于其表面在摩擦磨损过程中形成的摩擦层,摩擦层包含磨痕表面的润滑层和亚表面的塑性变形层。通过NiAl合金与NiAl/石墨烯自润滑复合材料的实验结果对比,结果显示石墨烯对自润滑材料摩擦层形成具有很明显的促进作用,磨痕表面润滑层中的石墨烯能够起到润滑作用,减小滑动摩擦系数。磨痕亚表面塑性变形层的硬度和弹性模量都有很大的提高,这有利于提高材料抵抗变形的能力,能够降低材料的磨损率。本文对摩擦层的形成以及作用机制进行了深入讨论,对摩擦层的分析丰富了固体自润滑材料研究和应用的理论基础。