[發(fā)明專利]石墨烯負載納米粒子復(fù)合減摩抗磨添加劑的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410273202.3
• 申請日: 2014-06-18
• 公開（公告）號: CN104017628A
• 公開（公告）日: 2014-09-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 喬玉林;趙海朝;臧艷;張慶;崔慶生
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍裝甲兵工程學(xué)院
• 主分類號: C10M125/00
• 分類號: C10M125/00;C10N30/06;C10M125/02;C10M125/10;C10M125/26;C10M125/04
• 代理公司: 北京北新智誠知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11100
• 代理人: 滿靖

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于納米材料技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種石墨烯負載納米粒子復(fù)合減摩抗磨添加劑的制備方法。

背景技術(shù)

隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，機械、裝備、生產(chǎn)線等不斷向高速、重載、集成化、高精度等方向發(fā)展，其運行工況越來越苛刻，零部件在運行過程中難免會發(fā)生摩擦磨損，如齒輪與齒輪、軸與軸承、活塞環(huán)與缸套之間在工作環(huán)境中及與外界介質(zhì)接觸時，通常不可避免會產(chǎn)生摩擦磨損，從而引起設(shè)備的可靠性和安全性下降，并造成重大經(jīng)濟損失和能源浪費。據(jù)統(tǒng)計，2006年全國因摩擦磨損導(dǎo)致9500億元的經(jīng)濟損失，占GDP的4.5％，同時能源的1/3是消耗在克服摩擦方面。因此，有效地控制摩擦、改善潤滑性能、減少磨損是提高經(jīng)濟收益、節(jié)約能源和原材料的重要措施，對提高產(chǎn)品質(zhì)量、延長機械設(shè)備的使用壽命和增加其可靠性具有重要作用。潤滑是解決零部件之間摩擦磨損的最有效途徑之一，而提升潤滑劑潤滑性能的關(guān)鍵技術(shù)是制備高性能的潤滑添加劑。傳統(tǒng)的潤滑添加劑難以滿足高性能、低含量、低碳、環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展等更高要求，這就要求不斷創(chuàng)新研發(fā)新型潤滑添加劑。

石墨烯(Graphene)是近年來被發(fā)現(xiàn)的一種新型二維碳納米材料，其優(yōu)異的性能、極大的比表面積、較低的生產(chǎn)成本(相對于碳納米管、富勒烯)，使其非常適合于開發(fā)高性能的復(fù)合材料。石墨烯超薄的片層結(jié)構(gòu)(易進入摩擦接觸面)、優(yōu)異的力學(xué)性能和自潤滑特性，使其能夠改善潤滑油的減摩抗磨性能，而納米粒子作為潤滑油添加劑，也會賦予潤滑油優(yōu)異的減摩抗磨性能，因此，使得石墨烯負載納米粒子復(fù)合減摩抗磨添加劑的研究成為可能。石墨烯負載納米粒子復(fù)合材料不但可以同時保持石墨烯和納米粒子的本身固有特性，而且能夠產(chǎn)生新穎的協(xié)同效應(yīng)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種石墨烯負載納米粒子復(fù)合減摩抗磨添加劑的制備方法，該方法簡便，工藝簡單，可控性強，適合于工業(yè)化生產(chǎn)，可制備出摩擦系數(shù)低、抗磨性能高的復(fù)合減摩抗磨添加劑，可以滿足高性能、低含量、低碳、環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展等要求，更好地改善設(shè)備運行過程中的摩擦磨損問題，提升設(shè)備零部件在服役階段的可靠性、延長其服役期限。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案：

石墨烯負載納米粒子復(fù)合減摩抗磨添加劑的制備方法，它包括下列步驟：

步驟一：將膨脹石墨、納米粒子、溶劑在超聲乳化分散器中進行超聲分散，其中膨脹石墨的質(zhì)量(g):納米粒子的質(zhì)量(g):溶劑的體積(L)為1:(0.025～0.1):(0.2～5)，獲得混和均勻的分散體系A(chǔ)；

步驟二：將分散體系A(chǔ)放入超聲波細胞粉碎機中進行超聲剝離，超聲作用使膨脹石墨剝離為多層石墨烯片，多層石墨烯片與納米粒子進行負載，待超聲剝離結(jié)束后獲得分散體系B；

步驟三：將分散體系B進行靜置分離，并取下部黑色渾濁液體進行高速離心分離，并將分離獲得的固體洗至中性，獲得固體C；

步驟四：將固體C放入真空干燥箱干燥，即得摩擦系數(shù)低、抗磨性能優(yōu)的石墨烯負載納米粒子復(fù)合減摩抗磨添加劑。其中，所述納米粒子質(zhì)量占整個復(fù)合減摩抗磨添加劑質(zhì)量的6％～50％。

進一步的，所述納米粒子為TiO₂、SiO₂、Fe₃O₄、Fe₂O₃、Al₂O₃、PbO、CaCO₃、SiC、WSe₂、LaF₃、ZnS、Fe、Cu、Al中的一種或兩種，納米粒子的粒徑為5nm～150nm。

進一步的，所述步驟一中的溶劑為：去離子水、丙酮、無水乙醇、乙二醇、正丙醇、丙二醇、丙三醇、異丙醇、正丁醇、丁二醇、二甲基亞砜、N-甲基甲酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二乙基甲酰胺中的一種。

進一步的，所述步驟一中的超聲乳化分散工藝參數(shù)為：輸出功率在50W～300W之間，變幅桿直徑在2mm～12mm之間，超聲時間在2s～9s之間，超聲間隔時間在2s～9s之間，設(shè)備工作時間為10min。

進一步的，所述步驟二中的超聲波細胞粉碎機的超聲剝離工藝參數(shù)為：輸出功率在50W～300W之間，變幅桿直徑在2mm～12mm之間，超聲時間在2s～9s之間，超聲間隔時間在2s～9s之間，設(shè)備工作時間在1h～6h之間。