摘要：碳纳米材料因其优异的摩擦学性能，在多种工况下被广泛应用作为润滑体系的添加剂。文章旨在探究纳米g-C3N4的出色润滑性能。以液体石蜡为基础油，对比了纳米g-C3N4/液体石蜡与酸化纳米g-C3N4/液体石蜡的摩擦学行为，通过对奥林巴斯光学显微镜的表征分析，发现酸化纳米g-C3N4/液体石蜡的磨痕宽度和磨斑最小。结果表明，与单一润滑剂相比，纳米g-C3N4作为润滑体系的添加剂具有良好的润滑效果，而含有改性添加剂的润滑体系效果更佳。

　　关键词：液体石蜡；纳米g-C3N4；酸化纳米g-C3N4；磨痕宽度；磨斑

　　随着交通运输和其他工业活动的不断增加，大量的能量因克服机械设备运转产生的摩擦而损耗，造成巨大的资源浪费和经济损失［1］。因此，研究和应用减少摩擦的技术和方法至关重要。在摩擦学领域的研究主要以润滑介质展开，通过添加不同的添加剂（如纳米材料等）来改善润滑机制和润滑性能可以有效提高润滑介质的性能，从而实现高效的润滑效果［2］。

　　添加剂在油润滑的条件下也被称为做摩擦改进剂［2］，由于制造和能源消耗领域的需求不断增加，对高性价比和多功能润滑油添加剂的需求引起了广泛的关注。石墨氮化碳［3］、石墨烯［4］等碳纳米材料具有优异的摩擦学性能，在许多操作条件下被用作润滑剂添加剂。

　　添加石墨氮化碳（g-C3N4）可以作为一种提高摩擦性能的方法［5］。g-C3N4片层之间的范德华力很弱，在平面上会呈现出与层间较弱的范德华力相比较强的共价C-N键，具备较高的面内强度，易于剪切，受剪切作用后片层间易产生滑动从而达到润滑的作用［6］。另外g-C3N4纳米片尺寸小，容易进入摩擦表面间并通过物理吸附的作用形成保护膜，以此达到降低摩擦的目的。将石墨相氮化碳作为润滑添加剂，具备成本低、抗极压、耐高温、耐氧化以及优异的减摩特性［6］。因而在摩擦领域中，可用作润滑添加剂，以提高基础油摩擦学性能［7］。王睿等［8］发现了g-C3N4具有二维层状纳米结构，其作为添加剂在聚乙二醇400（PEG400）中具有良好的减摩抗磨性能。Chen等研究表明聚芳醚砜酮（PPESK）的摩擦系数和磨损率比未添加g-C3N4时分别降低了68.9%和97.1%，从而提高了基础油的耐磨性能。这些性能的改善源于g-C3N4良好的分散性和自润滑性，有利于滑动接触时在接触表面形成连续的转移膜。

　　然而，纳米g-C3N4材料的缺点是其在基础油中分散性不佳，无法满足润滑剂的要求，因此为提高基础油摩擦学性能需要对g-C3N4进行改性［6］。在g-C3N4的改性方法中常见到是用酸处理，如硝酸、硫酸等［5］。此类强酸具有腐蚀性，可以将块状g-C3N4剥离成单层或纳米片结构，一般用于改性氮化碳的形貌结构，增强其润滑性能等。扬长兴等发现了油酸表面改性g-C3N4纳米片［5］，在摩擦过程中层状结构诱导的自润滑展现出良好的润滑性能，在摩擦接触界面形成含有铁、氧、氮和碳元素的自修复油膜有效提高了基础油的减摩性能［9］。

　　文章探讨了通过高温摩擦磨损试验机和奥林巴斯光学显微镜（OM）等表征方法，对液体石蜡（LP）、纳米g-C3N4/液体石蜡（CN/LP）和酸化纳米g-C3N4/液体石蜡（A-CN/LP）进行分析并研究其在油摩擦领域的性能。

　　1实验

　　1.1实验药品

　　三聚氰胺（AR，上海阿拉丁试剂有限公司），液体石蜡（LP，密度为0.835~0.855kg/m3，天津市百世化工有限公司），硝酸（AR，烟台市双双化工有限公司）。

　　1.2实验设备及仪器

　　超声波清洗机（JP-020S，深圳市洁盟清洗设备有限公司）、磁力加热搅拌器（TP-3505，杭州米欧仪器有限公司）、冷冻干燥机（HX-12-80B，上海沪析实业有限公司）、电热真空干燥箱（ZKG4080，上海实验仪器厂有限公司）、电子天平（YP30002，上海佑科仪器仪表有限公司）、管式电阻炉（STG-60-14，河南三特炉业科技有限公司）、台式低速离心机（TDZ5-WS，湖南湘仪实验室仪器开发有限公司）、旋转蒸发仪（RE100-Pro，大龙兴创实验仪器（北京）股份公司）、奥林巴斯光学显微镜（DSX-500，奥林巴斯中国有限公司）、高温摩擦磨损实验机（MMQ-02G，济南益华摩擦学测试技术有限公司）。1.3纳米g-C3N4液体石蜡的制备

　　取5g三聚氰胺放入50mL坩埚中，置于管式炉中，以3℃/min的速率升温，升温至550℃,保温4h，冷却至常温后取出，研磨得到g-C3N4。称取上述样品1g于100mL去离子水中，细胞粉碎4h后，取上层分散液离心，得到上层浊液，冷冻干燥，得到纳米g-C3N4。将0.009g的纳米g-C3N4加入18g（20mL）的液体石蜡中，制得CN/LP。将CN/LP置于超声浴下并搅拌1h，形成均匀的油体系，以防止添加剂在油中积聚。

　　1.4酸化纳米g-C3N4液体石蜡的制备

　　取5g三聚氰胺放入50mL坩埚中，置于管式炉中，以3℃/min的速率升温，升温至550℃,保温4h，冷却至常温后取出，研磨得到g-C3N4；再取2g-C3N4加入50mL浓硝酸，室温下搅拌4h，然后离心、洗涤至中性，将产物在60℃温度下真空烘干12h。称取上述样品1g于100mL去离子水中，细胞粉碎4h后，取上层分散液离心，得到上层浊液，冷冻干燥，得到酸化纳米g-C3N4。将0.009g的酸化纳米g-C3N4加入18g（20mL）的液体石蜡中，制得A-CN/LP，同样将A-CN/LP置于超声浴下并搅拌1h。

　　1.5摩擦测试

　　摩擦磨损实验采用型号为MMQ-02G的高温摩擦磨损试验机进行，MMQ-02G试验机以GCr15的球、盘摩擦为主。GCr15钢球直径为6mm，硬度为HRC59~61。GCr15钢盘直径为80mm，钢盘厚度为8mm，摩痕直径为15mm，摩擦滑动速度为200r/min，载荷为10N，设置时间为30min。

　　1.5.1摩擦测试方法

　　（1）在摩擦实验前，量取18g（20mL）纯液体石蜡为第三种样品，每个液体石蜡复合油（LP、CN/LP、A-CN/LP）再次超声30min。

　　（2）取三个GCr15钢盘，将钢盘和钢球用少量丙酮或酒精擦拭干净，并利用夹具安装在摩擦试验机上准备测试。

　　（3）使用滴管分别取少量配置的LP、CN/LP与A-CN/LP均匀滴于三个钢盘表面，保证钢球滑动轨迹上均匀铺满测试液体。

　　（4）设置摩擦条件，摩擦滑动速度为200r/min，载荷为10N，试验时间为30min，开始测试。每个液体石蜡复合油（LP、CN/LP、A-CN/LP）均重复测试三次。

　　2实验结果及分析

　　2.1油的磨痕奥林巴斯光学显微镜（OM）分析

　　对润滑油体系摩痕奥林巴斯光学显微镜（OM）表征如图1、图2和图3所示。其中，LP的磨痕宽度为644.65μm，CN/LP磨痕为454.268μm，A-CN/LP的磨痕为382.427μm。对比得出，A-CN/LP的磨痕宽度最小；LP磨斑直径457.669μm，CN/LP磨斑直径478.816μm，A-CN/LP的磨斑直径354.478μm。对比得出，A-CN/LP的磨斑最小。

　　3结论

　　通过对奥林巴斯光学显微镜表征分析，得到三种润滑油测试钢盘上磨痕宽度由大到小依次为：LP的磨痕宽度、CN/LP的磨痕宽度、A-CN/LP的磨痕宽度；三种润滑油测试钢球上磨斑由大到小依次为：LP的磨斑、CN/LP的磨斑、A-CN/LP的磨斑大小。对比得出，在试验载荷10N下，A-CN/LP的磨痕宽度最小，磨斑大小也最小，说明A-CN/LP润滑效果优于LP、CN/LP的润滑效果，表明经酸处理后的纳米g-C3N4可以有效增强基础油的减摩能力和耐磨性。

　　参考文献

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　　［2］仲召快.石墨相氮化碳的制备及其润滑性能研究［D］.南京：东南大学，2022.

　　［3］何曾宝.石墨相氮化碳基纳米复合材料的制备及其摩擦学性能研究［D］.镇江：江苏大学，2021.

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　　［7］韦艳芳.有机酸改性氮化碳的制备及其光催化性能研究［D］.广州：华南理工大学，2022.

　　［8］王睿，糜莉萍，张恒，等.g-C3N4的制备及在PEG400中的摩擦学性能研究［J］.润滑与密封，2017，42（6）：83-87.

　　［9］Worathat S，PharinoU，SriphanS.Development of Flexible Semi-conductors Based ong-C3N4/Cu2O P-N Heterojunction for Tri-boelectric Nanogenerator Application［J］.INTEGRATED FER-ROELECTRICS，2023，238（1）：13-24.