[发明专利]石墨烯负载纳米粒子复合减摩抗磨添加剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料技术领域，特别是一种石墨烯负载纳米粒子复合减摩抗磨添加剂的制备方法。

背景技术

随着现代工业的发展，机械、装备、生产线等不断向高速、重载、集成化、高精度等方向发展，其运行工况越来越苛刻，零部件在运行过程中难免会发生摩擦磨损，如齿轮与齿轮、轴与轴承、活塞环与缸套之间在工作环境中及与外界介质接触时，通常不可避免会产生摩擦磨损，从而引起设备的可靠性和安全性下降，并造成重大经济损失和能源浪费。据统计，2006年全国因摩擦磨损导致9500亿元的经济损失，占GDP的4.5％，同时能源的1/3是消耗在克服摩擦方面。因此，有效地控制摩擦、改善润滑性能、减少磨损是提高经济收益、节约能源和原材料的重要措施，对提高产品质量、延长机械设备的使用寿命和增加其可靠性具有重要作用。润滑是解决零部件之间摩擦磨损的最有效途径之一，而提升润滑剂润滑性能的关键技术是制备高性能的润滑添加剂。传统的润滑添加剂难以满足高性能、低含量、低碳、环保、可持续发展等更高要求，这就要求不断创新研发新型润滑添加剂。

石墨烯(Graphene)是近年来被发现的一种新型二维碳纳米材料，其优异的性能、极大的比表面积、较低的生产成本(相对于碳纳米管、富勒烯)，使其非常适合于开发高性能的复合材料。石墨烯超薄的片层结构(易进入摩擦接触面)、优异的力学性能和自润滑特性，使其能够改善润滑油的减摩抗磨性能，而纳米粒子作为润滑油添加剂，也会赋予润滑油优异的减摩抗磨性能，因此，使得石墨烯负载纳米粒子复合减摩抗磨添加剂的研究成为可能。石墨烯负载纳米粒子复合材料不但可以同时保持石墨烯和纳米粒子的本身固有特性，而且能够产生新颖的协同效应。

发明内容

本发明的目的是提供一种石墨烯负载纳米粒子复合减摩抗磨添加剂的制备方法，该方法简便，工艺简单，可控性强，适合于工业化生产，可制备出摩擦系数低、抗磨性能高的复合减摩抗磨添加剂，可以满足高性能、低含量、低碳、环保、可持续发展等要求，更好地改善设备运行过程中的摩擦磨损问题，提升设备零部件在服役阶段的可靠性、延长其服役期限。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

石墨烯负载纳米粒子复合减摩抗磨添加剂的制备方法，它包括下列步骤：

步骤一：将膨胀石墨、纳米粒子、溶剂在超声乳化分散器中进行超声分散，其中膨胀石墨的质量(g):纳米粒子的质量(g):溶剂的体积(L)为1:(0.025～0.1):(0.2～5)，获得混和均匀的分散体系A；

步骤二：将分散体系A放入超声波细胞粉碎机中进行超声剥离，超声作用使膨胀石墨剥离为多层石墨烯片，多层石墨烯片与纳米粒子进行负载，待超声剥离结束后获得分散体系B；

步骤三：将分散体系B进行静置分离，并取下部黑色浑浊液体进行高速离心分离，并将分离获得的固体洗至中性，获得固体C；

步骤四：将固体C放入真空干燥箱干燥，即得摩擦系数低、抗磨性能优的石墨烯负载纳米粒子复合减摩抗磨添加剂。其中，所述纳米粒子质量占整个复合减摩抗磨添加剂质量的6％～50％。

进一步的，所述纳米粒子为TiO₂、SiO₂、Fe₃O₄、Fe₂O₃、Al₂O₃、PbO、CaCO₃、SiC、WSe₂、LaF₃、ZnS、Fe、Cu、Al中的一种或两种，纳米粒子的粒径为5nm～150nm。

进一步的，所述步骤一中的溶剂为：去离子水、丙酮、无水乙醇、乙二醇、正丙醇、丙二醇、丙三醇、异丙醇、正丁醇、丁二醇、二甲基亚砜、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种。

进一步的，所述步骤一中的超声乳化分散工艺参数为：输出功率在50W～300W之间，变幅杆直径在2mm～12mm之间，超声时间在2s～9s之间，超声间隔时间在2s～9s之间，设备工作时间为10min。

进一步的，所述步骤二中的超声波细胞粉碎机的超声剥离工艺参数为：输出功率在50W～300W之间，变幅杆直径在2mm～12mm之间，超声时间在2s～9s之间，超声间隔时间在2s～9s之间，设备工作时间在1h～6h之间。