一種原位制備二硫化鉬納米片水基潤滑劑的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本發(fā)明涉及一種原位制備二硫化鑰納米片水基潤滑劑的方法，具體是一種在表面改性劑水溶液中制備二硫化鑰納米片并用作潤滑劑的技術(shù)。屬于二維納米材料作為水基潤滑添加劑的新應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
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[0002]在金屬材料加工工業(yè)領(lǐng)域，為提高效率及加工精度、改善產(chǎn)品質(zhì)量、減少磨損、降低摩擦，要選用適當(dāng)?shù)臐櫥瑒?，具體分為油基型與水基型兩種。兩者相比，水基潤滑劑因其冷卻性好、適合高速加工條件、加工表面光潔度好、環(huán)境兼容性好等優(yōu)點而被廣泛應(yīng)用。但同時由于其自身潤滑性及抗磨性較差，所以只能適用于輕加工負荷的場合。目前，水基潤滑劑潤滑及抗磨性能的提高主要依賴于增加其中乳化油的含量，形成乳化液，從而提高潤滑薄膜的強度，而這必然會導(dǎo)致水基潤滑劑各項優(yōu)勢性能的降低。因此，有必要開發(fā)出新型的水基潤滑添加劑，使能夠在保證水基潤滑劑獨特性能的同時，提高其潤滑及抗磨性能，拓寬其應(yīng)用范圍。
[0003]近些年，隨著石墨烯研究熱潮的掀起，其他類石墨烯結(jié)構(gòu)的二維納米材料也引起了科技工作者的廣泛關(guān)注。二硫化鑰作為其中的一員，是典型無機層狀化合物代表材料之一。它是由天然鑰精礦粉經(jīng)化學(xué)提純后改變分子結(jié)構(gòu)而制成的固體粉劑。二硫化鑰因其優(yōu)異的潤滑性能而負盛名，將其作為固體潤滑添加劑添加進各種油脂中，可以形成絕不粘結(jié)的膠體狀態(tài)，能有效增加油脂的潤滑性和極壓性，尤其適用于高溫高壓的特殊場合。但二硫化鑰不溶于水的特點，使其在水中不能穩(wěn)定地分散，從而限制了其在水基潤滑劑中的使用。目前，一種簡易高效制備二維納米材料的方法——液相直接剝離法的研究成果為拓展與開發(fā)二硫化鑰在水基潤滑劑方面的應(yīng)用提供了新的思路與技術(shù)支持。方法的機理如下:首先在液相中將層狀材料顆粒破碎剝離成類石墨烯結(jié)構(gòu)的二維納米片層，之后溶液中的表面改性劑再對其形成包覆，從而有效防止其團聚和沉降，提高了其在溶液中的分散穩(wěn)定性。剝離后產(chǎn)生的二硫化鑰納米片在厚度取向上可以達到原子級別，使其容易在摩擦過程中進入摩擦副間，而獨特的層狀結(jié)構(gòu)又使其易于沉積在摩擦副表面，因此阻止摩擦件表面的直接接觸，使摩擦轉(zhuǎn)而發(fā)生在沉積于表面的二硫化鑰納米片之間，因而達到降低摩擦、減小磨損的效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

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[0004]1、目的:本發(fā)明的目的在于提供一種原位制備二硫化鑰納米片水基潤滑劑的方法，所述潤滑劑以原位制備的二硫化鑰納米片作為潤滑添加劑，分散穩(wěn)定性好，具有很好的抗磨減摩性能，而且制備方法簡單，操作方便。
[0005]2、技術(shù)方案:上述發(fā)明目的是通過如下的技術(shù)方案予以實現(xiàn)的:
[0006]一種原位制備二硫化鑰納米片水基潤滑劑的方法，所述潤滑劑由二硫化鑰納米片、表面改性劑和純水組成，其中，二硫化鑰納米片占潤滑劑總質(zhì)量的0.001%?1%。
[0007]本發(fā)明一種原位制備二硫化鑰納米片水基潤滑劑的方法，該方法具體步驟如下:
[0008]步驟一:將表面改性劑以預(yù)定比例添加至去離子水中，并強力攪拌2-24小時，使表面改性劑充分溶于水中，得到用于制備水基潤滑劑的溶液；
[0009]步驟二:將二硫化鑰粉末以預(yù)定比例添加至步驟一制備的溶液中，攪拌至其分散均勻，得到二硫化鑰分散液；
[0010]步驟三:將步驟二中得到的二硫化鑰分散液在超聲空化發(fā)生裝置中處理2-48小時；
[0011]步驟四:將步驟三中超聲空化處理后的溶液靜置12-48小時，之后取上層溶液；
[0012]步驟五:將步驟四中取得的上層溶液分裝入離心管中，進行離心分離處理；離心轉(zhuǎn)速為500轉(zhuǎn)/分至5000轉(zhuǎn)/分(離心加速度35g至3555g);離心處理時間為30分鐘至180分鐘；
[0013]步驟六:對步驟五中離心處理后的溶液，取其上層清液，即得到含原位制備二硫化鑰納米片的水基潤滑劑。
[0014]其中，步驟一中所述的表面改性劑是指以下所列改性劑中的一種=TritonX-100(聚氧乙稀羊基苯基釀)、十_■燒基硫酸納、十_■燒基苯橫酸納、十_■燒基硫酸鋰、膽酸鈉、?；敲撗跄懰徕c、十六烷基三甲基溴化銨、聚氧代乙烯(40)壬基苯基醚、Tween 80 (失水山梨醇單油酸酯聚氧乙烯醚)等，溶液中表面改性劑的最佳質(zhì)量比例為0.01% -1%。
[0015]其中，步驟一中所用去離子水也可以是普通純凈水、蒸餾水等。
[0016]其中，步驟二中所述的二硫化鑰粉末的粒度小于325目。
[0017]其中，步驟二中所述添加二硫化鑰粉末與溶液的質(zhì)量比為0.1% -10%。
[0018]其中，步驟三中所述的超聲空化處理是把二硫化鑰分散液裝入錐形瓶(但不限于錐形瓶)，然后將其浸浴在超聲空化發(fā)生裝置的容器(容器中預(yù)先盛有水)中進行超聲空化處理，期間通過循環(huán)冷卻的方式保持容器中的水溫低于40°C。
[0019]3、有益效果
[0020](I)利用表面改性劑水溶液原位制備二硫化鑰納米片水基潤滑劑的工藝及方法非常簡單，易于實驗室及工業(yè)化生產(chǎn)實現(xiàn)。
[0021](2)該方法制備的水基潤滑劑中，二硫化鑰納米片的分散穩(wěn)定性很好。這是由于在超聲空化過程中表面改性劑分子對空化剝離后形成的二硫化鑰納米片進行有效地包覆，從而防止了其團聚及沉降。
[0022](3)含二硫化鑰納米片的水基潤滑劑有極佳的抗磨減摩性能，與無添加二硫化鑰納米片的潤滑劑相比，摩擦系數(shù)急劇降低，磨損量大幅減小。這是由于在摩擦過程中，二硫化鑰納米片的片層結(jié)構(gòu)及厚度方向的納米級尺寸使其容易進入到摩擦副間并沉積于摩擦件表面形成保護膜，進而避免了摩擦件之間的直接接觸，使摩擦主要發(fā)生在二硫化鑰納米片層之間，從而提高了摩擦副的承載能力，同時也使摩擦系數(shù)明顯降低且更加穩(wěn)定。
[0023](4)該方法制備的水基潤滑劑中二硫化鑰納米片的含量很低(0.001%?1% )，因此在提高潤滑劑抗磨減摩性能的同時，也保持了水基潤滑劑的固有優(yōu)點，如冷卻性好、加工性能好等。
【附圖說明】
[0024]圖1a本發(fā)明方法制備水基潤滑劑中所含二硫化鑰納米片的原子力顯微鏡照片；
[0025]圖1b本發(fā)明方法制備水基潤滑劑中所含二硫化鑰納米片的透射電鏡照片；
[0026]圖2為實施例1?3中所述含原位制備二硫化鑰納米片水基潤滑劑及無添加二硫化鑰納米片潤滑劑(只含水和表面改性劑)的摩擦系數(shù)曲線圖；其中，0.000%-無添加二硫化鑰納米片的潤滑劑，0.005% -實施例1，0.011% -實施例2，0.019% -實施例3 ;2N和15N指不同的實驗負荷。
[0027]圖3為實施例1?3中所述含原位制備二硫化鑰納米片水基潤滑劑及無添加二硫化鑰納米片潤滑劑(只含水和表面改性劑)的鋼球磨斑直徑柱狀圖；其中，0.000% -無添加二硫化鑰納米片的潤滑劑，0.005% -實施例1，0.011% -實施例2，0.019% -實施例3 ；2N和15N指不同的實驗負荷。
[0028]圖4a為實驗負載2N，潤滑劑中二硫化鑰納米片含量為0.000%時，鋼球磨斑光學(xué)顯微鏡圖片；
[0029]圖4b為實驗負載2N，潤滑劑中二硫化鑰納米片含量為0.000%時，鋼盤劃痕光學(xué)顯微鏡圖片；
[0030]圖4c為實驗負載2N，潤滑劑中二硫化鑰納米片含量為0.000%時，鋼盤劃痕的掃描電鏡圖片；
[0031]圖4d為實驗負載2N，潤滑劑中二硫化鑰納米片含量為0.000%時，鋼盤劃痕的3D輪廓圖；
[0032]圖4e為實驗負載2N，潤滑劑中二硫化鑰納米片含量為0.000%時，鋼盤劃痕的截面輪廓圖。
[0033]圖5a為實驗負載2N潤滑劑中二硫化鑰納米片含量為0.011 % (實施例2)時，摩擦實驗后，鋼球磨斑光學(xué)顯微鏡圖片；
[0034]圖5b為實驗負載2N潤滑劑中二硫化鑰納米片含量為0.011 % (實施例2)時，摩擦實驗后，鋼盤劃痕光學(xué)顯微鏡圖片；
[0035]圖5c為實驗負載2N潤滑劑中二硫化鑰納米片含量為0.011 % (實施例2)時，摩擦實驗后，鋼盤劃痕的掃描電鏡圖片；
[0036]圖5d為實驗負載2N潤滑劑中二硫化鑰納米片含量為0.011 % (實施例2)時，摩擦實驗后，鋼盤劃痕的3D輪廓圖；
[0037]圖5e為實驗負載2N潤滑劑中二硫化鑰納米片含量為0.011 % (實施例2)時，摩擦實驗后，鋼盤劃痕的截面輪廓圖。
[0038]圖6為本發(fā)明流程框圖。
【具體實施方式】
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[0039]下面結(jié)合附圖和具體實施例來詳述本發(fā)明，但不限于此。
[0040]見圖6，本發(fā)明一種原位制備二硫化鑰納米片水基潤滑劑的方法，該方法具體步驟如下:
[0041]實施例1
[0042]步驟一:稱取0.3g表面改性劑Triton X-100，加入300mL去離子水中，強力攪拌12h，使表面改性劑充分溶于水中，得到用于制備水基潤滑劑的溶液(Triton X-100質(zhì)量比為 0.1% );
[0043]步驟二:稱取1.5g 二硫化鑰粉末(粒度小于325目)添加到配制的溶液中，攪拌至其分散均勻，得到二硫化鑰分散液(二硫化鑰質(zhì)量比0.5% )，并將其裝入帶有蓋子的錐形瓶中；
[0044]步驟三:將裝有二硫化鑰分散液的錐形瓶浸浴在超聲空化發(fā)生裝置的容器(預(yù)先盛有水)中，進行超聲空化