[发明专利]一种金属塑性加工用功能化石墨烯润滑剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种金属塑性加工用功能化石墨烯润滑剂及其制备方法，金属塑性加工用功能化石墨烯润滑剂由以下按质量百分比计组分组成：功能化石墨烯0.1～5wt％、分散剂0.1～15wt％、增黏剂0.1～7.5wt％、乳化剂0.01～30wt％、水余量；其中功能化石墨烯为离子键修饰的功能化石墨烯，功能化石墨烯表面植入包括羧基、羟基、胺基和苯磺酸盐基团在内的多种亲水性官能团，功能化石墨烯的粒径为0.5～10μm。本发明的润滑剂，其制备工艺相较于磷硫润滑剂的工艺，产生的粉尘与残渣较少，且产品不会对摩擦副金属材料产生腐蚀性影响，绿色环保；润滑性能好；制备方法，成本低廉，应用前景好。

技术领域

本发明属于金属塑性成形用润滑技术领域，涉及一种金属塑性加工用功能化石墨烯润滑剂及其制备方法。

背景技术

摩擦是自然界的常态现象，也是影响金属塑性加工进步的重要因素。金属间的摩擦会导致剧烈的热效应和模具表面受损，从而影响金属制品表面质量和模具寿命，为社会带来巨大的经济损失，而摩擦产生的噪音污染也会危害人体健康。因此减少摩擦不可或缺，传统上多采用磷皂化润滑工艺对金属表面进行润滑以减少摩擦，然而磷皂化润滑工艺污染大，同时在当前石油资源逐渐匮乏的大背景下越来越不符合时代的需求。

为此，以水为主体的润滑剂应用而生，水剂有着本身来源广、成本低、易制备、绿色环保等优点，但是也有润滑性不够，粘附能力差等缺点。

石墨烯作为新型的纳米材料具有纳米家族中最顶尖的力学性能和润滑性能，完全能够改善水剂的缺点，是优良的润滑剂添加剂。而石墨烯的来源物石墨在中国也是资源丰富，品质优良，价格便宜。因此石墨烯作为润滑剂添加剂的市场非常广阔。虽然在水剂中添加石墨烯纳米颗粒，可以形成的稳定的分散液，在分散剂的帮助下可以长时间的分散与稳定状态，能够一定程度上(理论上)改善水剂的摩擦学性能，但目前在实际应用中现有技术并未能解决金属塑性加工用的润滑剂普遍存在的润滑性能和耐磨性能差的缺陷。

因此，开发一种润滑性能和耐磨性能良好的金属塑性加工用功能化石墨烯润滑剂极具现实意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术润滑性能和耐磨性能差的缺陷，提供一种润滑性能和耐磨性能良好的金属塑性加工用功能化石墨烯润滑剂。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种金属塑性加工用功能化石墨烯润滑剂，由以下按质量百分比计组分组成：功能化石墨烯0.1～5wt％、分散剂0.1～15wt％、增黏剂0.1～7.5wt％、乳化剂0.01～30wt％、水余量；

所述功能化石墨烯为离子键修饰的功能化石墨烯，功能化石墨烯表面植入多种亲水性官能团，所述亲水性官能团包括羧基、羟基、胺基和苯磺酸盐基团，功能化石墨烯的粒径为0.5～10μm；

所述金属塑性加工用功能化石墨烯润滑剂的pH＞7。金属塑性加工用功能化石墨烯润滑剂的pH＞7即呈碱性，分散剂(吡咯烷酮类、纤维素盐类、磺酸盐或脂肪酸盐)、增黏剂(聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠或脂肪酸盐)及乳化剂(乙二醇、硬脂酸锌或硬质酸钠)的加入能够发生水解反应，提供OH^-离子，OH^-离子与功能化石墨烯表面残余的羟基和羧基结合，不断地促进功能化石墨烯的分散等，同时作用于分散剂上能够不断地降低水的表面张力，促进功能化石墨烯在水中的分散，进而改善金属塑性加工用功能化石墨烯润滑剂的性能。

功能化石墨烯的制备工艺为：先用氧化还原法制备出还原性氧化石墨烯，再用含有亲水型官能团的离子改性剂对还原性氧化石墨烯进行功能化修饰。