一种二硫化钼/改性氮掺杂石墨烯复合材料润滑添加剂及应用

本发明属于材料、润滑和摩擦学领域，特别涉及一种二硫化钼/改性氮掺杂石墨烯复合材料润滑添加剂及应用。

背景技术：

1、摩擦会导致能量的消耗和零部件的磨损，从而缩短机器的寿命。为减少摩擦并保护机械设备的使用寿命，需要在接触面上应用润滑剂来降低摩擦。润滑剂可以形成一层润滑膜，在物体表面滑动时形成缓冲层，以减少直接接触和摩擦，从而减少能量损失和磨损。润滑一般是通过各种各样润滑剂来实现的，而润滑添加剂对其使用性能有着很大的影响。

2、二硫化钼属于过渡族金属二硫化物，其晶体为六方晶系，单层二硫化钼非常薄，平均层间距为0.65nm，s与mo以共价键结合，而层与层之间通过范德瓦耳斯键结合。由于平面内的强键结合力和平面外的弱键结合力，机械性能和其他性能显示出高度的各向异性，因此产生一个低的剪切强度。薄膜层与层之间易于滑动形成滑移面，具有低的摩擦系数和高的硬度，显示出优良的润滑性能。将其涂附在产生摩擦的表面，则原先的表面摩擦就会转化为二硫化钼层状结构间的滑移，从而可以降低其摩擦磨损。在常温和中高温时，二硫化钼层间结构非常稳定，这使得其润滑效果更为优异，从而被广泛用于装备制造和工业制造。

3、石墨烯材料因其优异的机械强度和易于在晶格层之间剪切而具有独特的抗磨和减摩性能，可在液体或固体润滑材料中充当添加剂。石墨烯的高导热性可以消散滑动运动过程中产生的热量，并且石墨烯的不渗透性避免了摩擦中的腐蚀和氧化。然而，单一石墨烯的摩擦系数在宏观尺度上还不够低，其润滑性能很大程度上受外部环境的制约。因此，将石墨烯与其他润滑材料进行复合，通过不同材料之间的协同作用解决摩擦磨损过程中的问题，以实现更出色的摩擦学性能。有文献报道，在石墨烯混合齿轮油润滑条件下，采用二硫化钼薄膜制备了固液复合涂层。与齿轮油润滑的二硫化钼膜相比，其抗摩擦和抗磨性能分别降低了13.0％和37.4％，与单纯的二硫化钼膜相比，分别降低了46.7％和97.1％[yang ys,fan x q,yue z f,et al.synergistic lubrication mechanisms of molybdenumdisulfide film under graphene-oil lubricated conditions[j].applied surfacescience,2022,598:9.]。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种二硫化钼/改性氮掺杂石墨烯复合材料润滑添加剂的制备方法。

2、实现本发明目的的技术解决方案是：一种二硫化钼/改性氮掺杂石墨烯复合材料润滑添加剂及其制备方法，包括以下步骤：

3、第一步，在氧化石墨烯的分散液中加入带有氨基的硅烷偶联剂反应一段时间后，分离、清洗，得到改性氧化石墨烯，将冻干后的改性氧化石墨烯与碳酸氢铵混合，采用球磨法，得到改性氮掺杂石墨烯；

4、第二步，将二硫化钼的分散液加入带有环氧基的硅烷偶联剂反应一段时间后，分离、清洗，得到改性二硫化钼；

5、第三步，将改性二硫化钼和改性氮掺杂石墨烯加入到有机溶液中超声反应，分离、清洗，得到二硫化钼/改性氮掺杂石墨烯复合材料。

6、较佳的，带有氨基的硅烷偶联剂为kh-550、hd-792、hd-520中任意一种。

7、较佳的，带有氨基的硅烷偶联剂与氧化石墨烯的质量比为(1～5):1，当硅烷偶联剂与氧化石墨烯的质量比低于1：1时，无法发挥出材料的最佳状态，当硅烷偶联剂与氧化石墨烯的质量比大于5：1时，易引起氧化石墨烯的团聚。本发明带有氨基的硅烷偶联剂与氧化石墨烯的质量比更优选3：1。

8、较佳的，改性氧化石墨烯与碳酸氢铵的质量比为(1～2):1。

9、较佳的，球磨转速为280～320rmp，时间为16～24h，球料比为(50～100)：1。

10、较佳的，带有环氧基的硅烷偶联剂kh-560、kh561、a-187中任意一种。

11、较佳的，带有环氧基的硅烷偶联剂与硫化钼的质量比为为(1～5):1，当硅烷偶联剂与二硫化钼的质量比低于1：1时，无法发挥出材料的最佳状态，当硅烷偶联剂与二硫化钼的质量比大于5：1时，易引起二硫化钼的团聚。本发明带有环氧基的硅烷偶联剂与二硫化钼的质量比更优选3：1。

12、较佳的，第一步和第二步中，于60～80℃下反应1～4h。

13、较佳的，改性二硫化钼和改性氮掺杂石墨烯的质量比为(1～4):1。

14、较佳的，有机溶液选自二甲基亚砜、n，n-二甲基甲酰胺、n，n-二甲基乙酰胺中任意一种。

15、上述二硫化钼/改性氮掺杂石墨烯复合材料润滑添加剂在固体润滑材料中的应用，该固体润滑材料为环氧树脂，该添加剂在环氧树脂中的添加量为0.5～2wt％，所述的环氧树脂为e44。

16、上述二硫化钼/改性氮掺杂石墨烯复合材料润滑添加剂在润滑油中的应用，该添加剂在润滑油中的添加量为0.1～0.3wt％，所述润滑油为昆仑天蝎sf15w-40润滑油。

17、与现有技术相比，本发明具有以下显著优点：(1)以共价接枝的方法，将改性二硫化钼与改性氮掺杂石墨烯化学键合连接，得到该复合材料；(2)球磨的方法获得氮掺杂的改性氮掺杂石墨烯具有丰富活性；(3)本发明二硫化钼/改性氮掺杂石墨烯复合材料作为润滑添加剂时具有优异的摩擦学性能。

技术特征：

1.一种二硫化钼/改性氮掺杂石墨烯复合材料润滑添加剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，带有氨基的硅烷偶联剂为kh-550、hd-792、hd-520中任意一种；带有氨基的硅烷偶联剂与氧化石墨烯的质量比为（1~5）:1。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，改性氧化石墨烯与碳酸氢铵的质量比为（1~2）:1。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，球磨转速为280~320 rmp，时间为16~24 h，球料比为（50~100）：1。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，带有环氧基的硅烷偶联剂kh-560、kh561、a-187中任意一种；带有环氧基的硅烷偶联剂与硫化钼的质量比为为（1~5）:1。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，改性二硫化钼和改性氮掺杂石墨烯的质量比为（1~4）:1。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，有机溶液选自二甲基亚砜、n，n-二甲基甲酰胺、n，n-二甲基乙酰胺中任意一种。

8.如权利要求1-7任一所述的方法制备的二硫化钼/改性氮掺杂石墨烯复合材料润滑添加剂。

9.如权利要求1-7任一所述的方法制备的二硫化钼/改性氮掺杂石墨烯复合材料润滑添加剂在固体润滑材料中的应用，其特征在于，该固体润滑材料为环氧树脂，该添加剂在环氧树脂中的添加量为0.5~2 wt％。

10.如权利要求1-7任一所述的方法制备的二硫化钼/改性氮掺杂石墨烯复合材料润滑添加剂在润滑油中的应用，其特征在于，该添加剂在润滑油中的添加量为0.1~0.3 wt％。

技术总结本发明公开了一种二硫化钼/改性氮掺杂石墨烯复合材料润滑添加剂及应用。其步骤为：用带有环氧基的硅烷偶联剂改性二硫化钼，同时用带有氨基的硅烷偶联剂改性氧化石墨烯，之后将改性氧化石墨烯与碳酸氢铵进行球磨，得到改性氮掺杂石墨烯，随后将改性二硫化钼与改性氮掺杂石墨烯进行接枝，得到可以用作固液润滑的二硫化钼/改性氮掺杂石墨烯复合材料润滑添加剂。将添加剂材料与环氧树脂进行固化，形成涂层，或者将其添加到基础油。该复合材料作为润滑剂，可有效地降低摩擦系数，由于二硫化钼和石墨烯的结构优势，发挥其协同作用和转移膜，从而提高了界面承载能力和抗摩擦性能。技术研发人员：郝青丽,邵卫欣,熊兴,雷武,白兆起,彭晓晓受保护的技术使用者：南京理工大学技术研发日：技术公布日：2024/5/19