具有环境适应性的超滑复合材料及其制备方法、应用

本申请涉及材料表面处理领域，具体地，涉及具有环境适应性的超滑复合材料及其制备方法、应用。

背景技术：

1、随着航空、航天和军事工业的快速发展，传统的固体润滑材料已不能满足在特殊环境，尤其是复杂跨气氛环境工况下的工作要求。如何在汽车、航空航天等领域减少与摩擦和磨损相关的机械故障仍然是最大的挑战之一。超滑理论的工程实现有望为节能和机械设备设计带来革命性的进展。目前在一些理想的层状晶体材料表面可以实现纳米尺度和微米尺度的超滑，然而，如何实现宏观尺度超滑，特别是多种气氛环境下的宏观超滑已成为当前研究的重点和工程应用的关键瓶颈。因此，目前的超滑复合材料和应用仍有待进一步改进。

技术实现思路

1、在本申请的第一方面，本申请提出了一种具有环境适应性的超滑复合材料，包括：碳薄膜层，所述碳薄膜层的含氢量为10at.％h～15at.％h；润滑层，所述润滑层位于所述碳薄膜层的至少一侧表面，所述润滑层包括层状材料和纳米材料，其中，所述层状材料包括金属硒化物、金属碲化物、石墨相氮化碳中的至少一种；所述纳米材料的粒径为5nm～10nm。由此，该超滑复合材料具有优异的润滑性能，在惰性环境、氧气环境和潮湿空气环境下均可以实现千分位下的超滑，具有良好的环境适应性及鲁棒性。

2、在一些实施例中，所述润滑层中所述纳米材料与所述层状材料的质量比为(1:4)～(4:1)。由此，可以显著降低超滑复合材料的界面摩擦力。

3、在一些实施例中，所述碳薄膜层上所述润滑层的厚度为2nm～5nm。由此，有助于低摩擦界面的形成。

4、在一些实施例中，所述润滑层的表面粗糙度ra为20nm～33nm。由此，有利于润滑层与对磨副的充分接触。

5、在一些实施例中，所述超滑复合材料满足以下条件的至少之一：所述纳米材料包括纳米金刚石、富勒烯、纳米金、纳米银、纳米铜、纳米铬、纳米铝中的至少一种；所述金属硒化物包括二硒化钨、二硒化钼、二硒化锡中的至少一种；所述金属碲化物包括二碲化钨、二碲化钼、二碲化锡中的至少一种；所述碳薄膜层包括氢化类金刚石碳薄膜、氢化掺硅类金刚石薄膜、氢化掺氮类金刚石薄膜、氢化掺硼类金刚石薄膜、氢化掺铝类金刚石薄膜、氢化掺铬类金刚石薄膜中的至少一种。由此，可以提高超滑复合材料的润滑性能。

6、在本申请的第二方面，本申请提出了一种制备前述的超滑复合材料的方法，包括：将层状材料和纳米材料在溶剂中分散以获得润滑层溶液；将所述润滑层溶液设置在所述碳薄膜层的至少一侧表面，并进行干燥处理，以获得所述超滑复合材料。由此，通过简便地方法即可制得前述的超滑复合材料。

7、在一些实施例中，所述干燥处理的温度为25℃～30℃，和/或，所述干燥处理的环境相对湿度小于或等于20％rh。由此，有助于溶剂的较快挥发和材料自身特性的保留。

8、在一些实施例中，还包括：在所述干燥处理之后进行保温处理，所述保温处理的温度为35℃～40℃，所述保温处理的时间为30min～40min。由此，有助于溶剂的充分挥发。

9、在本申请的第三方面，本申请提出了一种超滑复合材料在潮湿环境中的应用，所述超滑复合材料包括前述的超滑复合材料，或，采用前述的方法制备得到的超滑复合材料，所述潮湿环境的相对湿度为5％rh～30％rh。由此，前述超滑复合材料可以满足潮湿环境中的润滑需求。

10、在本申请的第四方面，本申请提出了一种超滑复合材料在惰性气氛下的应用，所述超滑复合材料包括前述的超滑复合材料，或，采用前述的方法制备得到的超滑复合材料，所述惰性气氛包括氦气、氮气、氖气、氩气、氪气、氙气中的至少一种。由此，前述超滑复合材料可以满足惰性气氛下的润滑需求。

技术特征：

1.一种具有环境适应性的超滑复合材料，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的超滑复合材料，其特征在于，所述润滑层中所述纳米材料与所述层状材料的质量比为(1:4)～(4:1)。

3.根据权利要求2所述的超滑复合材料，其特征在于，所述碳薄膜层上所述润滑层的厚度为2nm～5nm。

4.根据权利要求1所述的超滑复合材料，其特征在于，所述润滑层的表面粗糙度ra为20nm～33nm。

5.根据权利要求1-4任一项所述的超滑复合材料，其特征在于，所述超滑复合材料满足以下条件的至少之一：

6.一种制备权利要求1-5任一项所述的超滑复合材料的方法，其特征在于，包括：

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述干燥处理的温度为25℃～30℃，和/或，所述干燥处理的环境相对湿度小于或等于20％rh。

8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，还包括：在所述干燥处理之后进行保温处理，所述保温处理的温度为35℃～40℃，所述保温处理的时间为30min～40min。

9.一种超滑复合材料在潮湿环境中的应用，其特征在于，所述超滑复合材料包括权利要求1-5任一项所述的超滑复合材料，或，采用权利要求6-8任一项所述的方法制备得到的超滑复合材料，所述潮湿环境的相对湿度为5％rh-30％rh。

10.一种超滑复合材料在惰性气氛下的应用，其特征在于，所述超滑复合材料包括权利要求1-5任一项所述的超滑复合材料，或，采用权利要求6-8任一项所述的方法制备得到的超滑复合材料，所述惰性气氛包括氦气、氮气、氖气、氩气、氪气、氙气中的至少一种。

技术总结本申请公开了具有环境适应性的超滑复合材料及其制备方法、应用，超滑复合材料包括：碳薄膜层，所述碳薄膜层的含氢量为10at.％H～15at.％H；润滑层，所述润滑层位于所述碳薄膜层的至少一侧表面，所述润滑层包括层状材料和纳米材料，其中，所述层状材料包括金属硒化物、金属碲化物、石墨相氮化碳中的至少一种；所述纳米材料的粒径为5nm～10nm。由此，该超滑复合材料具有优异的润滑性能，在惰性环境、氧气环境和潮湿空气环境下均可以实现千分位下的超滑，具有良好的环境适应性及鲁棒性。技术研发人员：陈新春,黄鹏,邓雯丽,雒建斌受保护的技术使用者：清华大学技术研发日：技术公布日：2024/5/6