一种磨抛液及其制备方法和基于外源原位生长的类石墨烯微结构功能层及其制备方法

本发明属于磨抛液领域以及表面涂层处理领域，涉及一种磨抛液及其制备方法，还涉及基于外源原位生长的类石墨烯微结构功能层及其制备方法。

背景技术：

1、作为推动实现未来科技超低摩擦和近零磨损的重要技术手段，液体超滑技术的发展受到科技工作者的广泛关注。目前，研究已发现多种具有超滑特性的液体化合物，但与传统润滑领域相比，已发现具有超滑特性的液体化合物的种类依然有限，主要集中于多元醇、不饱和脂肪酸及酯等。同时，现有超滑液体化合物对摩擦副材料具有高度选择性。如何将超滑液体化合物种类向传统润滑剂品种拓展，并降低其对摩擦副的敏感性，成为本领域研究人员面临的重要难题之一。无氢类金刚石薄膜是极为重要的超滑摩擦副材料，具有高化学惰性、高硬度、超耐腐蚀等特点，但其超滑特性主要限制于与氮化硅构成的摩擦配副或自配副，且润滑剂受限于甘油、油酸、蓖麻油和油酸酯等。为此，如何使无氢类金刚石薄膜与如zro2、sio2、gcr15、al2o3等构成的更多摩擦配副在多种液体润滑剂环境下实现超滑面临严峻挑战，而基于超低摩擦原位生长的类石墨烯微结构成为表面改性的重要方法，有望将具备超滑特性的类石墨烯微结构功能层向更多摩擦副拓展，并降低液体化合物对摩擦副材料的敏感性。

技术实现思路

1、第一方面，本发明涉及一种磨抛液，其包括：两种以上极压剂、一种或多种多元脂肪醇和纳米si3n4粒子，其中，所述极压剂选自含硫极压剂和含磷极压剂，所述多元脂肪醇的碳原子为2-20；

2、所述磨抛液按重量百分比包括：0-11％(不含0)极压剂，0.005-2.0％纳米si3n4粒子，及1-99％多元脂肪醇；

3、所述磨抛液用于摩擦副表面，其中，所述摩擦副为无氢类金刚石薄膜/非氮化硅陶瓷配副、无氢类金刚石薄膜/玻璃配副或无氢类金刚石薄膜/轴承钢配副。

4、第二方面，本发明涉及制备第一方面所述的磨抛液的方法，其制备步骤如下：

5、(1)将极压剂、多元脂肪醇混合均匀，得到混合液；

6、(2)将纳米s3n4粒子加入至步骤(1)的混合液中，混合均匀后，得到所述磨抛液。

7、第三方面，本发明涉及一种磨抛液，其由第二方面的方法制备而成。

8、第四方面，本发明涉及一种基于外源原位生长的类石墨烯微结构功能层，其使用第一方面所述的磨抛液或第三方面所述的磨抛液在无氢类金刚石薄膜/非氮化硅陶瓷配副、无氢类金刚石薄膜/玻璃配副或无氢类金刚石薄膜/轴承钢配副的表面在超低摩擦下原位形成所述类石墨烯微结构功能层。

9、第五方面，本发明涉及制备第四方面所述的类石墨烯微结构功能层的方法，其制备步骤如下：

10、将第一方面所述的磨抛液或第三方面所述的磨抛液滴加至无氢类金刚石薄膜/非氮化硅陶瓷配副、无氢类金刚石薄膜/玻璃配副或无氢类金刚石薄膜/轴承钢配副的表面，在转速为0-300mm/s和接触应力为0-5.0gpa的条件下抛光0-200分钟，优选5-180分钟，更优选10-160分钟，特别优选15-150分钟，得到所述类石墨烯微结构功能层；

11、所述转速优选为1-150mm/s，更优选2-100mm/s，特别优选3-60mm/s；所述接触应力优选为0.1-4.0gpa，更优选0.2-3.0gpa，特别优选0.3-2.0gpa。

12、第六方面，本发明涉及一种基于外源原位生长的类石墨烯微结构功能层，其由第五方面的方法制备而成。

13、与现有技术相比，本发明的优点和有益效果特别是在于：

14、(1)本发明的磨抛液用于无氢类金刚石薄膜/非氮化硅陶瓷配副、无氢类金刚石薄膜/玻璃配副或无氢类金刚石薄膜/轴承钢配副的表面后，形成基于外源原位生长的类石墨烯微结构功能层，可使摩擦副的表面兼具类石墨烯微结构的理化性质，提升了摩擦副的表面对特定分子的化学亲和性。

15、(2)本发明的磨抛液用于无氢类金刚石薄膜/非氮化硅陶瓷配副、无氢类金刚石薄膜/玻璃配副或无氢类金刚石薄膜/轴承钢配副的表面后，形成基于外源原位生长的类石墨烯微结构功能层，其可提高摩擦副的超滑特性，显著提升摩擦副对包括水基、油基等多种润滑剂的适应性。

16、(3)本发明使用磨抛液制备基于外源原位生长的类石墨烯微结构功能层的方法是通过超低摩擦实现的，该方法不仅能够作为液体超滑工程化发展的前端技术，更有望在未来为其它材料的表面功能化处理和特种应用提供新思路、新方法，并且该方法的出现将推动相关技术设备、产业和应用领域的延伸发展，特别地，将极大促进依赖表面为类石墨烯微结构的超滑研究。

1.一种磨抛液，其特征在于，包括：两种以上极压剂、一种或多种多元脂肪醇和纳米si3n4粒子，其中，所述极压剂选自含硫极压剂和含磷极压剂，所述多元脂肪醇的碳原子为2-20；

2.根据权利要求1所述的磨抛液，其特征在于，所述含硫极压剂选自c1-30烷基硫酸酯和c1-30烷基亚硫酸酯，优选c1-25烷基硫酸酯和c1-25烷基亚硫酸酯，更优选c1-20烷基硫酸酯和c1-20烷基亚硫酸酯，特别优选c1-15烷基硫酸酯和c1-15烷基亚硫酸酯。

3.根据权利要求2所述的磨抛液，其特征在于，所述烷基硫酸酯的结构为：r1o-so2-or2，其中，r1与r2为相同或不同的c1-10烷基，优选r1与r2为相同或不同的c1-8烷基，更优选r1与r2为相同或不同的c1-6烷基；所述烷基亚硫酸酯的结构为：r3o-s(＝o)-or4，其中，r3与r4为相同或不同的c1-10烷基，优选r3与r4为相同或不同的c1-8烷基，更优选r3与r4为相同或不同的c1-6烷基。

4.根据权利要求1所述的磨抛液，其特征在于，所述含磷极压剂选自c1-35烷基磷酸酯和c1-35烷基亚磷酸酯，优选c1-30烷基磷酸酯和c1-30烷基亚磷酸酯，更优选c1-25烷基磷酸酯和c1-25烷基亚磷酸酯，特别优选c1-20烷基磷酸酯和c1-20烷基亚磷酸酯。

5.根据权利要求4所述的磨抛液，其特征在于，所述烷基磷酸酯选自烷基伯磷酸酯、烷基仲磷酸酯和烷基叔磷酸酯，其结构分别为：r5o-po(oh)2、r6o-po(oh)-or7和r8o-po(or9)-or10，其中r5为c1-30烷基，优选r5为c1-15烷基，更优选r5为c1-6烷基；r6与r7为相同或不同的c1-15烷基，优选r6与r7为相同或不同的c1-10烷基，更优选r6与r7为相同或不同的c1-6烷基；r8、r9和r10为相同或不同的c1-10烷基，优选r8、r9和r10为相同或不同的c1-8烷基，更优选r8、r9和r10为相同或不同的c1-6烷基；

6.根据权利要求1-5中任一项所述的磨抛液，其特征在于，所述纳米si3n4粒子的粒径为0-70nm，优选3-60nm，更优选5-50nm。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的磨抛液，其特征在于，所述纳米si3n4粒子的晶型包括无定型、α型和β型中的一种或多种。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的磨抛液，其特征在于，所述多元脂肪醇的碳原子为3-15，优选3-10，更优选3-8。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的磨抛液，其特征在于，所述无氢类金刚石薄膜dlc选自以下至少一种：无氢非晶碳膜a-c和无氢四面体非晶碳膜ta-c。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的磨抛液，其特征在于，所述非氮化硅陶瓷的材质选自以下至少一种：zro2和al2o3。

11.根据权利要求1-10中任一项所述的磨抛液，其特征在于，所述玻璃的材质为sio2。

12.根据权利要求1-11中任一项所述的磨抛液，其特征在于，所述轴承钢的材质选自以下至少一种：gcr15、m50、100cr6和aisi52100。

13.制备根据权利要求1-12任一项所述的磨抛液的方法，其特征在于，制备步骤如下：

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，步骤(2)中的混合使用超声波进行。

15.一种磨抛液，其特征在于，由根据权利要求13或14所述的磨抛液的方法制备而成。

16.一种基于外源原位生长的类石墨烯微结构功能层，其特征在于，使用根据权利要求1-12任一项所述的磨抛液或根据权利要求15所述的磨抛液在无氢类金刚石薄膜/非氮化硅陶瓷配副、无氢类金刚石薄膜/玻璃配副或无氢类金刚石薄膜/轴承钢配副的表面在超低摩擦下原位形成所述类石墨烯微结构功能层。

17.制备权利要求16所述的类石墨烯微结构功能层的方法，其特征在于，制备步骤如下：

18.一种基于外源原位生长的类石墨烯微结构功能层，其特征在于，由根据权利要求17所述的类石墨烯微结构功能层的方法制备而成。