[发明专利]一种液态金属润滑剂的制备方法

说明书

本发明涉及一种液态金属润滑剂的制备方法，该方法是指在无氧环境中将质量分数为0.2%~1.0%的铝粉加入到盛有Ga‑In‑Sn室温液态金属的氧化铝坩埚中，搅拌均匀后将该氧化铝坩埚置于真空炉中，抽真空并于300~500℃进行热处理，1~1.5h后室温下冷却、除杂，即得Ga‑In‑Sn‑Al液态金属润滑剂。本发明所需设备简单、工艺可控、成本低，可批量化生产，所制备的Ga‑In‑Sn‑Al液态金属润滑性能优良。

技术领域

本发明涉及高性能润滑剂材料制备技术领域，尤其涉及一种液态金属润滑剂的制备方法。

背景技术

摩擦是自然界永恒的规律，它消耗了1/3以上的世界一次性能源，导致了60%的机械装备运动部件故障或失效。人类很早就发现利用润滑剂可以有效控制机械运动部件间的摩擦与磨损，显著降低能耗。据报道，加工切削液的使用能够降低17%的能耗，另外，中国工程院咨询报告《摩擦学科学及工程应用现状与发展战略研究》指出：我国工业领域应用摩擦学知识，可节约潜力估计为GDP的1.5%。因此，开发高性能的润滑剂材料是维持机械稳定运行及提高机械寿命的关键，对我国高端装备制造业的发展和国防安全具有重要的意义和经济价值。

当前，随着我国空天、核能等领域兵器和高端装备的快速发展，其动力传动系统更为苛刻的使役环境对润滑剂提出了更高要求：⑴耐更高温度和良好的热稳定性；⑵低挥发性；⑶高的承载能力。基于此，传统的润滑油脂已经难以满足使用需求，而新型的离子液体润滑剂虽然能够满足这些要求，但离子液体对金属的腐蚀直接制约着其应用前景和范围，且其耐温温度也不超过400℃。近年来，多功能镓基室温液态金属蕴藏着许多没有被认识的新奇特性，正在开创全新的工业应用技术体系，如可用作柔性机器人、3D液态金属打印机或修补神经等，其多功能属性正在为其它科学前沿和技术领域提供重大启示和极为丰富的研究空间。在摩擦学领域，镓基液态金属具有无毒、高热导率、低蒸气压、强粘附能力、易剪切和良好的流动特性，满足绿色液体润滑剂的所有特性需求。

最新研究表明，镓基液态金属表现出高承载能力和宽温域润滑特性，是一种优良的润滑剂，在空天和核能领域具有重要的应用前景。如Ga-In-Sn液态金属具有优异的散热性能（ACS Applied Materials Interfaces 2017;9;(6): 5638-5644），能够阻止极端高载条件下滑动界面的焊合；Ga-In-Sn液态金属在室温至800℃对AISI 52100/Si₃N₄摩擦副表现出优异的润滑和减磨性能（Materials Letters 2015;215;140-143），一般认为，传统润滑油脂的服役温度不超过300℃；Ga-In-Sn液态金属表现出优异的承载特性（TribologyInternational 2019;219;1-4），在AISI 52100/Si₃N₄配副时，其承载能力接近1500 N，远高于传统油脂和离子液体。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种设备简单、工艺可控的液态金属润滑剂的制备方法。

为解决上述问题，本发明所述的一种液态金属润滑剂的制备方法，其特征在于：在无氧环境中将质量分数为0.2%~1.0%的铝粉加入到盛有Ga-In-Sn室温液态金属的氧化铝坩埚中，搅拌均匀后将该氧化铝坩埚置于真空炉中，抽真空并于300~500℃进行热处理，1~1.5h后室温下冷却、除杂，即得Ga-In-Sn-Al液态金属润滑剂。

所述无氧环境是指氩气环境氛围的手套箱，其氧含量≤10PPM。

所述Ga-In-Sn室温液态金属是指首先将块体镓置于热水中融化，然后在该融化的镓金属中加入铟丝和锡丝，并于200℃油浴条件下搅拌，1~1.5h后室温下冷却即得；所述Ga、In、Sn的重量百分比为65%：22%：13%。

所述块体镓的纯度为99.99%。

所述铟丝和所述锡丝的纯度均为99%，其直径均为1mm。