润滑新星——石墨烯

随着我国低碳经济与可持续发展战略的实施，工程机械面临着更为严苛的低成本运营和高功效服役需求，这要求相关企业不断进行技术创新。广西柳工机械股份有限公司就独辟蹊径，从新材料与传统装备制造业相结合入手，突破重重研发关卡，研发出一系列工程机械用石墨烯润滑剂产品，推动了我国装备制造业及高附加值附属产业的发展。以柳工为牵头单位共同完成的“工程机械石墨烯润滑剂关键技术创新与产业化”项目也获得了2022年度广西科学技术进步奖一等奖。

“超级材料”石墨烯被认为是目前世界上“最有用”的材料之一，围绕着它的各项优异性能，石墨烯在各领域应用专利清单每年都呈指数级增长。广西柳工机械股份有限公司的材料科学实验室，就以解决工程机械频繁启停、载荷变化大、环境温差大、冲击负荷大等工况运行条件下，润滑失效的行业产品痛点问题为目标，瞄准石墨烯较少被发掘的润滑性能，通过解析多工况及其耦合条件下，最佳添加量的石墨烯在摩擦界面的减摩抗磨功效及机制，找到解决行业痛点的新技术路径，形成了工程机械石墨烯润滑剂关键技术创新。

润滑油、润滑脂相当于工程机械设备的血液，确保其正常运转和使用寿命，而石墨烯是一种单一原子厚度的二维材料，研究证明，在润滑油和润滑脂中添加石墨烯能使设备磨损量明显降低。不过，石墨烯在油品中一直存在易团聚、难分散的问题，这甚至是一道世界难题。

研究团队提出了改性石墨烯在工程机械润滑油脂中“分层—活化—沉积”的联合作用机制，通过创新剥离与原位表面改性工艺，突破了复杂苛刻工况环境工程机械润滑油用石墨烯添加剂原位修饰关键技术，最终获得的改性石墨烯融入基础油中，实现了持久稳定的均匀分散，甚至常温放置一两年也不会发生沉降。在此基础之上，应用在各种不同类型的润滑油品中，就最终确定了具有超高分散稳定性和优异摩擦学性能的石墨烯润滑油配方体系。研发团队还发现，添加了石墨烯的润滑产品能显著改善工程机械装备抖动、异响等长期困扰行业的难题，成为研发过程中的意外收获。

石墨烯润滑油不仅解决了阻力变化带来的振动，同时也顺便把大型工程机械设备的噪音问题缓解了。润滑油是通过在摩擦界面之间形成油膜来缓解摩擦，而石墨烯的特性是能自己形成一层薄膜增强润滑性，比普通润滑油更能扛住大型机械设备的摩擦力度，不仅可以提高润滑性能和抗磨性能，还能保持住油膜的完整性，呈现出了比国际知名品牌润滑油更为优异的性能。

这一系列研究内容涉及材料、化学和机械等学科，实现了跨学科交叉与融合，是一项非常前沿和实际应用价值的研究课题，2018年，作为广西重大专项之一，由广西柳工机械股份有限公司牵头，与中国科学院兰州化学物理研究所、广西大学，司能石油化工有限公司等多家单位共同研发，合作伙伴涵盖了产业链的前端到后端，使得这一技术在获得研究成果后得以迅速进入产业化过程。

不过，研发团队在进行成果转化的关键时刻，也差一点掉进了成果转化的“死亡之谷”。从实验室到放大批量应用中间，经历了三大困难关口，第一个就是工艺关。在进行产业放大生产中，石墨烯持久稳定的均匀分散特性没有达到实验室中的效果，甚至使成品油的清洁度表现都无法达标。

能想到的方法全部都试了，把能够影响石墨烯颗粒大小关键因素进行了调整，一个一个排除，在经历了比较痛苦的几个月的过程以后，最后还是下决心回到石墨烯制备方法的改进上，在石墨烯的改性和制备的阶段，优化了工艺参数，最后保证了改进以后的石墨烯直接融在油里面不经过任何的过滤，直接能够达到清洁度的要求。

在从实验室到生产线的产量放大过程中，作为关键原料的石墨烯无法进行质量控制的问题也暴露了出来。作为一种全新的材料，石墨烯在国内外都没有统一的产业化批量生产的质量控制标准，这就是成果在产业化过程中遇到的第二个关口：标准关。

过去，工程机械行业检验润滑油的标准一直停留在简单的粘度、极压负荷等理化指标，已经不适用于新的研究成果，因此研发团队同时编制了工程机械用石墨烯油品标准，用优势的技术来引领行业标准的制定方向。

高新技术产品来到市场环节往往都会面临一个价格门槛，研发团队在立项之初就将成本控制思维贯穿整个研发过程，不断优化石墨烯添加浓度，添加石墨烯后又能将相关油品的换油周期延长50%到1倍以上，使得客户的综合使用成本并没有上涨，甚至还出现了降低。

最终，克服了重重困难，广西柳工机械股份有限公司形成了“自产、自用、自销”产业链模式，在国内外首次实现了石墨烯新材料在工程机械上的批量应用。

独特的产业链模式又为新技术的应用带来了更大的灵活性，为企业赢得了更大的产品开发主导权，柳工根据市场和客户的需求，不断拓展应用场景，耐极低温的石墨烯润滑脂已经远销俄罗斯。

目前，“工程机械石墨烯润滑剂关键技术创新与产业化”项目将石墨烯新材料与传统装备制造业相结合，形成自主知识产权16项，其中有4项为国际专利，计算机软件著作权3项，发表论文30余篇。该项目技术成果已在柳工各产品线初装和后市场全面推广应用，形成万吨级石墨烯润滑剂生产线，推动了我国装备制造业及高附加值附属产业的发展，提升了国际竞争力。

这个项目对柳工今后的技术创新是很好的启发，突破了以前只在应用端做一些创新的思路，它会把创新链、产业链都前移，到原材料的创新，以及中间工艺的创新，到应用端的创新。随着研究的深入，你会发现越来越多的新的规律、新的成果，是最先开始做计划不可能完全预料得到的，这也是科技创新的魅力所在。