本發(fā)明屬于潤滑，具體涉及一種二維金剛石復(fù)合銀納米顆粒的流體潤滑劑及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、機(jī)械部件之間的移動而產(chǎn)生的摩擦，會導(dǎo)致機(jī)械部件的損壞和能量耗散，這種故障會給機(jī)械帶來嚴(yán)重的危害，通常需要使用潤滑劑緩解并解決摩擦和磨損帶來的機(jī)械損害。當(dāng)兩個摩擦表面相互接觸時，由于接觸面粗糙度的影響，界面間就形成了非一致接觸，易于導(dǎo)致接觸應(yīng)力分布不均。

2、納米材料由于其微小尺度、高比表面積以及良好的機(jī)械性能特性，具有良好的承載能力，在摩擦表面具有優(yōu)異的成膜性能，常被用來提高潤滑性能。但是當(dāng)納米材料被用來提高潤滑性能時，往往會受到摩擦界面接觸應(yīng)力不均勻的因素影響，從而導(dǎo)致潤滑效果不佳，難以滿足摩擦表面的不同接觸應(yīng)力位點處的潤滑效果；為了追求更好的潤滑性能，滿足摩擦表面的不同接觸應(yīng)力位點處的潤滑需求，制備出可以適應(yīng)不同接觸應(yīng)力條件的納米復(fù)合材料是目前迫切需要解決的。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供一種二維金剛石復(fù)合銀納米顆粒的流體潤滑劑及其制備方法和應(yīng)用，以解決現(xiàn)有技術(shù)中納米材料被用來提高潤滑性能時，摩擦界面接觸應(yīng)力不均勻，導(dǎo)致潤滑效果不好的問題。

2、為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)：

3、本發(fā)明的第一方面提供了一種二維金剛石復(fù)合銀納米顆粒的流體潤滑劑，包括二維金剛石納米片，所述二維金剛石納米片上附著有銀納米顆粒，所述二維金剛石納米片上通過有機(jī)硅接枝有鏈狀有機(jī)聚合物，所述有機(jī)硅和鏈狀有機(jī)聚合物組成有機(jī)冠層。

4、優(yōu)選的，所述有機(jī)硅為硅烷偶聯(lián)劑或有機(jī)硅季銨鹽中的任意一種。

5、優(yōu)選的，所述硅烷偶聯(lián)劑為γ-(2,3-環(huán)氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷；所述有機(jī)硅季銨鹽為二甲基十八烷基[3-(三甲氧基硅基)丙基]氯化銨。

6、優(yōu)選的，所述鏈狀有機(jī)聚合物為聚醚胺m2070、聚醚胺m1000、聚醚胺t5000和聚乙二醇4-壬基苯基-3-磺丙基醚鉀鹽中的任意一種。

7、本發(fā)明的第二方面提供了一種二維金剛石復(fù)合銀納米顆粒的流體潤滑劑制備方法，具體的過程為：

8、將復(fù)合銀納米顆粒的二維金剛石納米片分散后獲得分散液，將分散液和有機(jī)冠層加熱攪拌反應(yīng)后透析，獲得二維金剛石復(fù)合銀納米顆粒的流體潤滑劑；

9、所述復(fù)合銀納米顆粒的二維金剛石納米片的制備過程為：

10、步驟1，將金剛石納米片置于三羥基甲基氨基甲烷鹽酸緩沖液中分散均勻，加入鹽酸多巴胺，獲得聚多巴胺包裹的金剛石納米片溶液，洗滌過濾并干燥后獲得聚多巴胺包裹的二維金剛石納米片；

11、步驟2，將聚多巴胺包裹的二維金剛石納米片和銀氨溶液混合攪拌反應(yīng)，將反應(yīng)產(chǎn)物洗滌和過濾后，獲得復(fù)合銀納米顆粒的二維金剛石納米片；

12、所述有機(jī)冠層為有機(jī)硅和鏈狀有機(jī)聚合物復(fù)合物，制備過程為：將有機(jī)硅溶液和鏈狀有機(jī)聚合物溶液混合，攪拌反應(yīng)后獲得有機(jī)冠層。

13、優(yōu)選的，步驟1中，所述金剛石納米片和鹽酸多巴胺的摩爾比為1:1。

14、優(yōu)選的，步驟2中，每100mg的聚多巴胺包裹的二維金剛石納米片和40ml的銀氨溶液混合攪拌；所述銀氨溶液的濃度為2mg/ml。

15、優(yōu)選的，有機(jī)硅溶液和鏈狀有機(jī)聚合物溶液的混合摩爾比為1:1，有機(jī)硅溶液的濃度為5.0wt％。

16、優(yōu)選的，分散液和有機(jī)冠層加熱攪拌溫度為35-45℃，反應(yīng)時間為6-12h。

17、上述二維金剛石復(fù)合銀納米顆粒的流體潤滑劑的應(yīng)用，用于潤滑金屬和陶瓷。

18、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

19、本發(fā)明公開了一種二維金剛石復(fù)合納米顆粒的納米流體潤滑劑，該二維金剛石復(fù)合納米顆粒的納米流體潤滑劑，由二維金剛石納米片、銀、聚合物分子刷三層構(gòu)成，銀以納米顆粒的形式附著在二維金剛石納米片表面，聚合物分子刷成長鏈狀與二維金剛石納米片表面的羥基等官能團(tuán)連接，使得該納米流體潤滑劑形成了帶有聚合物分子刷的復(fù)合潤滑劑。該潤滑劑模擬骨關(guān)節(jié)之間的軟硬潤滑結(jié)構(gòu)，通過軟硬材料的多層組合，構(gòu)建一種流體潤滑與邊界潤滑相結(jié)合的混合潤滑方式，從而實現(xiàn)在鋼-陶瓷之間的低摩擦和低磨損。其中，二維金剛石納米片作為“硬”性材料，具有固有的強(qiáng)度和抗變形磨損，同時通過使用軟銀顆粒實現(xiàn)大的變形和能量耗散，使得材料同時兼具硬度與柔性，提高材料在不同環(huán)境下的適應(yīng)度。在二維金剛石納米片復(fù)合銀表面接枝由有機(jī)硅和聚醚胺低聚物構(gòu)成的聚合物分子刷，從而賦予納米復(fù)合材料室溫流動性，且二維金剛石納米片復(fù)合銀表面接枝具有活性吸附位點的聚合物分子刷，解決了納米材料與摩擦表面界面結(jié)合力差的問題，有利于納米材料在摩擦副表面形成牢固的摩擦膜，從而減少磨損。這種新型的潤滑材料模仿了關(guān)節(jié)潤滑系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，結(jié)合了軟-硬材料的協(xié)同作用和流體潤滑與邊界潤滑的優(yōu)點，并實現(xiàn)了摩擦系數(shù)可以下降93.6％，磨損下降63.2％。

20、本發(fā)明還公開了一種二維金剛石復(fù)合納米顆粒的納米流體潤滑劑的制備方法，該方法模擬骨關(guān)節(jié)潤滑結(jié)構(gòu)，采用二維金剛石納米片為核心，在其上附著銀納米顆粒和鏈狀的有機(jī)聚合物分子，成功制備具有相同硬-軟-軟結(jié)構(gòu)的納米復(fù)合材料潤滑劑。

21、本發(fā)明還公開了一種二維金剛石復(fù)合納米顆粒的納米流體潤滑劑的應(yīng)用，該潤滑劑通過將二維金剛石納米片、銀、聚合物分子刷三層物質(zhì)組合在一起，構(gòu)建一種流體潤滑與邊界潤滑相結(jié)合的混合潤滑方式；應(yīng)用過程中，將流體潤滑與邊界潤滑相結(jié)合，其中的長鏈聚合物分子有流體潤滑的作用，邊界潤滑通過復(fù)合在二維金剛石納米片上的銀顆粒實現(xiàn)，利用混合潤滑方式之間的協(xié)同作用，更好的適應(yīng)摩擦界面的不同應(yīng)力位點需求。潤滑過程中，在二維金剛石表面還原銀納米顆粒，可以通過變形耗散能量，保護(hù)剛性較大的金剛石在摩擦過程中保持完整性，從而有效的減少磨損，特別是能夠滿足鋼-陶瓷之間的不同接觸應(yīng)力下的潤滑需求，實現(xiàn)低摩擦和低磨損，減少耗損。

技術(shù)特征：

1.二維金剛石復(fù)合銀納米顆粒的流體潤滑劑，其特征在于，包括二維金剛石納米片，所述二維金剛石納米片上附著有銀納米顆粒，所述二維金剛石納米片上通過有機(jī)硅接枝有鏈狀有機(jī)聚合物，所述有機(jī)硅和鏈狀有機(jī)聚合物組成有機(jī)冠層。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維金剛石復(fù)合銀納米顆粒的流體潤滑劑，其特征在于，所述有機(jī)硅為硅烷偶聯(lián)劑或有機(jī)硅季銨鹽中的任意一種。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的二維金剛石復(fù)合銀納米顆粒的流體潤滑劑，其特征在于，所述硅烷偶聯(lián)劑為γ-(2,3-環(huán)氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷；所述有機(jī)硅季銨鹽為二甲基十八烷基[3-(三甲氧基硅基)丙基]氯化銨。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維金剛石復(fù)合銀納米顆粒的流體潤滑劑，其特征在于，所述鏈狀有機(jī)聚合物為聚醚胺m2070、聚醚胺m1000、聚醚胺t5000和聚乙二醇4-壬基苯基-3-磺丙基醚鉀鹽中的任意一種。

5.權(quán)利要求1所述的二維金剛石復(fù)合銀納米顆粒的流體潤滑劑制備方法，其特征在于，具體的過程為：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的二維金剛石復(fù)合銀納米顆粒的流體潤滑劑制備方法，其特征在于，步驟1中，所述金剛石納米片和鹽酸多巴胺的摩爾比為1:1。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的二維金剛石復(fù)合銀納米顆粒的流體潤滑劑制備方法，其特征在于，步驟2中，每100mg的聚多巴胺包裹的二維金剛石納米片和40ml的銀氨溶液混合攪拌；所述銀氨溶液的濃度為2mg/ml。

8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的二維金剛石復(fù)合銀納米顆粒的流體潤滑劑制備方法，其特征在于，有機(jī)硅溶液和鏈狀有機(jī)聚合物溶液的混合摩爾比為1:1，有機(jī)硅溶液的濃度為5.0wt％。

9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的二維金剛石復(fù)合銀納米顆粒的流體潤滑劑制備方法，其特征在于，分散液和有機(jī)冠層加熱攪拌溫度為35-45℃，反應(yīng)時間為6-12h。

10.權(quán)利要求1所述二維金剛石復(fù)合銀納米顆粒的流體潤滑劑的應(yīng)用，其特征在于，用于潤滑金屬和陶瓷。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種二維金剛石復(fù)合銀納米顆粒的流體潤滑劑及其制備方法和應(yīng)用，屬于潤滑技術(shù)領(lǐng)域。該流體潤滑劑包括二維金剛石納米片，二維金剛石納米片上附著有銀納米顆粒，二維金剛石納米片上通過有機(jī)硅接枝有鏈狀有機(jī)聚合物，有機(jī)硅和鏈狀有機(jī)聚合物為有機(jī)冠層。金剛石納米片作為“硬”性材料，具有固有的強(qiáng)度和抗變形磨損，通過軟銀顆粒實現(xiàn)大的變形和能量耗散，使得材料同時兼具硬度與柔性，提高材料在不同環(huán)境下的適應(yīng)度。在金剛石納米片復(fù)合銀表面接枝由有機(jī)硅和聚醚胺低聚物構(gòu)成的聚合物分子刷，從而賦予納米復(fù)合材料室溫流動性。該潤滑劑模擬骨關(guān)節(jié)之間的軟硬潤滑結(jié)構(gòu)，通過軟硬材料的多層組合，實現(xiàn)在鋼?陶瓷之間的低摩擦和低磨損。

技術(shù)研發(fā)人員：蔡濤,矯程程,蔡清招,江南
受保護(hù)的技術(shù)使用者：寧波杭州灣新材料研究院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19