一种多元纳米复合材料润滑添加剂、制备方法及应用

本发明属于摩擦润滑添加剂，特别涉及一种多元纳米复合材料润滑添加剂、制备方法及其应用。

背景技术：

1、有效降低和减少摩擦对于机械设备的维护和节能方面意义重大。二维材料层间的弱范德华力赋予了其低剪切力、易滑动的特点，高比表面积使其容易吸附在接触面上阻断接触面之间的直接接触摩擦，二维材料因此具备良好的润滑特性。石墨烯因其独特的二维结构可以用作润滑剂或润滑添加剂，但强的范德华力和π-π共轭作用导致其易堆叠、难分散、易聚沉，进而导致摩擦性能降低。氧化石墨烯在基本维持二维结构的同时还含丰富的羧基、羟基和环氧基等含氧基团，易于修饰其他分子制备复合材料。改性后的石墨烯在溶剂中的分散性得到提升，可以根据不同溶剂体系设计改性石墨烯，用作添加剂[尹绚,陈浩浩,姜涞,等.石墨烯的宏观润滑特性研究进展.北京化工大学学报(自然科学版),2023,50(4):1-9.]。六方氮化硼，又称“白石墨烯”，具有与石墨烯类似结构特点，是良好的高温润滑材料，可以通过改性与其它物质复合用作润滑添加剂[孟凡善,李征,丁昊昊,等.油酸修饰纳米bn/tin润滑添加剂的摩擦学性能研究.材料工程,2020,48(5):160-167.]。海泡石是一种特殊的富镁硅酸盐粘土矿物，不同于其它单一层状结构的铝硅酸盐(绿泥石、白云母、蒙脱土，等)，海泡石具有层和链状的过渡型结构特征，其表面较多的酸性和碱性中心，以及特有的结构不仅赋予了海泡石更好的吸附性能，而且在载荷和剪切的作用下易滑动、剥离，表现出良好的解理性能。尹艳丽等人用长链油酸对海泡石改性，作为添加剂加入润滑油，相较于基础油，其摩擦系数和磨损量降低显著[尹艳丽,于鹤龙,王红美,等.表面改性海泡石纳米纤维作为润滑添加剂的摩擦学行为[j].材料导报,2021,35(14):14017-14024]。但是单一组分的润滑稳定性、抗磨减摩还需要进一步改善。

技术实现思路

1、本发明为了解决上述单一或者两组分的不足，提出了一种多元纳米复合材料润滑添加剂、制备方法及其应用，在降低成本的同时，具有更高的润滑稳定性和抗磨减摩、自修复特性。

2、为实现上述目的，本发明采用下列技术方案：一种多元纳米复合材料润滑添加剂及其制备方法，包含以下步骤：

3、(1)将硅烷偶联剂加到氧化石墨烯的分散液中，转移至球磨机中进行球磨改性；

4、(2)改性结束后，往所得混合液中加入氮化硼和海泡石，球磨进行三元材料的复合，球磨结束后干燥得到多元纳米复合材料润滑添加剂。

5、优选的，步骤(1)中，硅烷偶联剂的添加量为1-20ml对应每克氧化石墨烯。

6、优选的，步骤(1)中，氧化石墨烯的分散液的分散剂为去离子水。

7、优选的，步骤(1)中，球磨转速为100-550r/min，球磨时间为1-9h。

8、优选的，步骤(2)中，以质量比计，氧化石墨烯:海泡石:氮化硼质量比＝1:(0.1-6):(0.1-2)，更优选1:(2-4):(0.5-1.5)。

9、优选的，步骤(2)中，球磨转速为100-550r/min，球磨时间为1-12h。

10、上述一种多元纳米复合材料润滑添加剂在润滑油中的应用。

11、优选的，该添加剂在润滑油中浓度为0.1-3mg/ml，更优选(0.2-1mg/ml)。

12、优选的，该润滑油为任意品牌任意型号的润滑油，如合力cf 20w-50、昆仑天蝎sf15w-40、长城0w-30型润滑油与惠克15号航空液压油等，以及任意原始矿物油或合成油。

13、与现有技术相比，本发明的优点是：

14、本发明采用了特有的层链状结构的海泡石，通过高速球磨方法，获得原位化学键合和强相互作用力结合的多元纳米复合材料。其中，利用球磨过程中产生的高温，实现了硅烷偶联剂对氧化石墨烯的改性，在氧化石墨烯上化学接枝官能团。接着，借助高速球磨的剪切力和碰撞产生高压作用，解离、细化层链结构的海泡石，产生更多的吸附位点；同时，细化剥离氮化硼，并制造表面高能的缺陷活性位点，分别与高活性的海泡石的吸附位点和改性石墨烯强作用力复合，得到的由海泡石、氮化硼、改性石墨烯形成的多元纳米复合材料具有更好的结合效果，三者协同，不仅能发挥减摩抗磨的作用，还能修复磨损表面。而且，本发明一锅法的工艺还省去氮化硼改性的操作步骤，绿色环保、工艺简单、成本低、有利于大规模化生产。

技术特征：

1.一种多元纳米复合材料润滑添加剂的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：

2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，硅烷偶联剂为kh-550、kh-970 、kh-240 或kh-310，添加量为1-20 ml硅烷偶联剂对应每克氧化石墨烯。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，氧化石墨烯的分散液中的分散剂为去离子水。

4. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，球磨转速为100-550 r/min，球磨时间为1-9 h。

5. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，以质量比计，氧化石墨烯:海泡石:氮化硼质量比=1:(0.1-6): (0.1-2)，更优选1:(2-4): (0.5-1.5)。

6. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，球磨转速为100-550 r/min，球磨时间为1-12 h。

7.如权利要求1-6任一所述的方法制备的多元纳米复合材料润滑添加剂。

8.如权利要求1-6任一所述的方法制备的多元纳米复合材料润滑添加剂在润滑油中的用途。

9. 如权利要求8所述的用途，其特征在于，该添加剂在润滑油中浓度为0.1-3 mg/ml，更优选0.2-1 mg/ml。

10. 如权利要求8所述的用途，其特征在于，该润滑油为合力cf 20w-50、 昆仑天蝎sf15w-40、长城0w-30型润滑油或惠克15号航空液压油中任意一种。

技术总结本发明公开了一种多元纳米复合材料润滑添加剂、制备方法及应用，其步骤为：首先机械球磨制备硅烷偶联剂修饰的氧化石墨烯，接着加入氮化硼和海泡石继续原位球磨复合，得到多元纳米复合材料。本发明通过高速球磨方法，获得原位化学键合和强相互作用力结合的多元纳米复合材料，该复合材料工艺简单、低成本，作为润滑添加剂，三元组分的协同显著增强了润滑、减摩、抗磨性能，修复磨损表面。技术研发人员：张赐阳,熊兴,郝青丽,雷武,白兆起,吴宗燈,刘明珠,束俊杰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：2024/9/2