一种用于润滑的薄膜及其制备方法和应用

本发明涉及润滑领域，尤其涉及一种用于润滑的薄膜及其制备方法和应用。

背景技术：

1、随着科学技术和现代工业的飞速发展，机械装备的服役环境日益复杂苛刻，单一的润滑技术可能无法满足特定工况的润滑要求。近年来，固液复合润滑系统备受关注，其是一种将固体润滑剂和液体润滑剂有机结合的润滑方式。这种润滑方式可以充分发挥固体润滑剂的高承载能力和液体润滑剂的优良润滑性能，从而提高润滑效率，降低摩擦和磨损。

2、类金刚石(dlc)薄膜因优异的力学性能(硬度和弹性模量)、摩擦学性能(低摩擦和低磨损)和化学稳定性在工业领域中得到了广泛的应用，包括磁性硬盘驱动器、模具、刀具、轴承、航空航天、机械面密封、发动机零部件、齿轮、生物医学和微机电系统(mems)等等，因此，dlc薄膜通常被认为是固体润滑薄膜中最有力的竞争者。单一的dlc薄膜的润滑效果令人感到失望，更严重会导致dlc薄膜从基体表面剥落。为进一步增强dlc薄膜在润滑油中的润滑效果，往往在润滑油中加入添加剂，构建dlc基固液复合润滑系统。dlc基固液复合润滑系统的主要由dlc薄膜、润滑剂和添加剂组成。dlc薄膜作为固体润滑剂，可以有效减少摩擦副之间的磨损。润滑剂可以为摩擦副提供持续的润滑，保证设备的正常运转。添加剂则根据实际需要选择，如纳米颗粒、石墨烯等，以进一步改善润滑体系的性能。但是，dlc薄膜与大部分添加剂很难发生摩擦化学反应形成摩擦膜。

3、因此，合理的选择与dlc薄膜相适应的添加剂是实现dlc薄膜与润滑油协同润滑的关键，最终实现dlc薄膜耐磨行为。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种用于润滑的薄膜及其制备方法和应用，以改善现有技术中存在的问题。

2、第一方面，本发明提供一种用于润滑的薄膜，包括金刚石薄膜和涂覆在类金刚石薄膜表面的聚α-烯烃油，聚α-烯烃油中均匀分散有表面功能化的二硫化钼纳米片；其中，表面功能化的二硫化钼纳米片包括油胺表面功能化二硫化钼纳米片、油酸表面功能化二硫化钼纳米片、正十八烷基硫醇表面功能化二硫化钼纳米片和硅烷偶联剂表面功能化二硫化钼纳米片。

3、第二方面，本发明提供一种用于润滑的薄膜的制备方法，用于制备上述的薄膜，包括：在钢表面制备得到金刚石薄膜；制备得到表面功能化的二硫化钼纳米片；将表面功能化的二硫化钼纳米片均匀分散在聚α-烯烃油中；将添加有表面功能化二硫化钼纳米片的聚α-烯烃油均匀涂覆在金刚石薄膜表面，得到用于润滑的薄膜；其中，制备得到表面功能化的二硫化钼纳米片包括：制备得到油胺表面功能化二硫化钼纳米片、制备得到油酸表面功能化二硫化钼纳米片、制备得到正十八烷基硫醇表面功能化二硫化钼纳米片、制备得到硅烷偶联剂表面功能化二硫化钼纳米片。

4、更为优选地，金刚石薄膜包括无掺杂类金刚石薄膜、钨元素掺杂类金刚石薄膜、钛元素掺杂类金刚石薄膜或硅元素掺杂类金刚石薄膜；不同表面功能化二硫化钼纳米片混合的聚α-烯烃油与不同的金刚石薄膜配合，其中，油胺表面功能化二硫化钼纳米片混合的聚α-烯烃油与钛元素掺杂类金刚石薄膜配合，油酸表面功能化二硫化钼纳米片混合的聚α-烯烃油与无掺杂类金刚石薄膜配合，正十八烷基硫醇表面功能化二硫化钼纳米片混合的聚α-烯烃油与钨元素掺杂类金刚石薄膜配合，硅烷偶联剂表面功能化二硫化钼纳米片混合的聚α-烯烃油与硅元素掺杂类金刚石薄膜配合。

5、更为优选地，表面功能化的二硫化钼纳米片在聚α-烯烃油中的质量浓度为0.5％-4％。

6、更为优选地，制备得到油胺表面功能化二硫化钼纳米片，具体包括：称取0.618-3.09质量份四水合钼酸铵和1.14-5.7质量份硫脲，将其加入到装有7-50质量份油胺和7-50质量份十八烯混合液的烧杯中；其次，将其超声分散20-30min后在室温下继续搅拌20-30min，使反应液混合均匀；然后，将上述反应液转移到聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压釜中，并在200℃下保持1 8-20h；自然冷却至室温后，过滤、洗涤、干燥，得到油胺修饰的mos2。

7、更为优选地，制备得到油酸表面功能化二硫化钼纳米片，具体包括：称取0.618-3.09质量份四水合钼酸铵、1.14-5.7质量份硫脲和0.2-1质量份盐酸羟胺，将其加入到装有10-50质量份油酸和20-100质量份水混合液的烧杯中；其次，将其超声分散20-30min后在室温下继续搅拌20-30min，使反应液混合均匀；然后，将上述反应液转移到聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压釜中，并在200℃下保持18-20h；自然冷却至室温后，过滤、洗涤、干燥，得到油酸修饰的mos2。

8、更为优选地，制备得到正十八烷基硫醇表面功能化二硫化钼纳米片和硅烷偶联剂表面功能化二硫化钼纳米片之前，采用溶剂热法制备未修饰的mos2，具体包括：称取0.618-3.09质量份四水合钼酸铵和1.14-5.7质量份硫脲，将其加入到装有8-50质量份聚乙二醇400和8-50质量份去离子水混合液的烧杯中；其次，将其超声分散20-30min后在室温下继续搅拌20-30min，使反应液混合均匀；然后，将上述反应液转移到聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压釜中，并在200℃下保持18-20h；自然冷却至室温后，过滤、洗涤、干燥，得到未修饰的mos2。

9、更为优选地，制备得到正十八烷基硫醇表面功能化二硫化钼纳米片，具体包括：将0.2-1质量份未修饰的mos2与100-500质量份tris缓冲液(10mm，ph＝8.5)超声混合10-30min，使mos2均匀分散在tris缓冲液中；之后加入0.3-1.5质量份正十八烷基硫醇，在室温下搅拌12-15h，搅拌速度为200-500rpm；过滤、洗涤、干燥，得到正十八烷基硫醇修饰的mos2。

10、更为优选地，制备得到硅烷偶联剂表面功能化二硫化钼纳米片，具体包括：将1-5质量份未修饰的mos2加入到100-500质量份无水乙醇中，超声混合30-60min，使mos2均匀分散在无水乙醇中；之后加入0.5-3质量份硅烷偶联剂kh550，在室温下搅拌3-6h，搅拌速度为400-600rpm；过滤、洗涤、干燥，得到硅烷偶联剂kh550修饰的mos2。

11、第三方面，一种用于润滑的薄膜的应用，采用上述任一制备方法制备的薄膜，将用于润滑的薄膜应用在两个或多个相互接触的机械部件表面。

12、与现有技术相比，本发明的优点在于：

13、1、本发明所制备的无掺杂dlc薄膜、掺杂钨、钛或硅元素dlc薄膜其表面粗糙度为纳米级，有利于润滑油的浸润和存储。此外，薄膜具有较高的力学性能和优异的摩擦学性能。

14、2、本发明针对不同掺杂元素dlc薄膜，设计了不同表面功能化mos2纳米片，增强了dlc薄膜的摩擦学性能。

15、3、本发明使用的mos2纳米片本身具有优异的摩擦学性能，可以减少运动部件在摩擦过程中的能量损失，提高运动部件的使用寿命。

技术特征：

1.一种用于润滑的薄膜，其特征在于，包括金刚石薄膜和涂覆在类金刚石薄膜表面的聚α-烯烃油，聚α-烯烃油中均匀分散有表面功能化的二硫化钼纳米片；其中，表面功能化的二硫化钼纳米片包括油胺表面功能化二硫化钼纳米片、油酸表面功能化二硫化钼纳米片、正十八烷基硫醇表面功能化二硫化钼纳米片和硅烷偶联剂表面功能化二硫化钼纳米片。

2.一种用于润滑的薄膜的制备方法，用于制备如权利要求1的薄膜，其特征在于，包括：

3.根据权利要求2的一种用于润滑的薄膜的制备方法，其特征在于，金刚石薄膜包括无掺杂类金刚石薄膜、钨元素掺杂类金刚石薄膜、钛元素掺杂类金刚石薄膜或硅元素掺杂类金刚石薄膜；不同表面功能化二硫化钼纳米片混合的聚α-烯烃油与不同的金刚石薄膜配合，其中，油胺表面功能化二硫化钼纳米片混合的聚α-烯烃油与钛元素掺杂类金刚石薄膜配合，油酸表面功能化二硫化钼纳米片混合的聚α-烯烃油与无掺杂类金刚石薄膜配合，正十八烷基硫醇表面功能化二硫化钼纳米片混合的聚α-烯烃油与钨元素掺杂类金刚石薄膜配合，硅烷偶联剂表面功能化二硫化钼纳米片混合的聚α-烯烃油与硅元素掺杂类金刚石薄膜配合。

4.根据权利要求2的一种用于润滑的薄膜的制备方法，其特征在于，表面功能化的二硫化钼纳米片在聚α-烯烃油中的质量浓度为0.5％-4％。

5.根据权利要求2的一种用于润滑的薄膜的制备方法，其特征在于，制备得到油胺表面功能化二硫化钼纳米片，具体包括：称取0.618-3.09质量份四水合钼酸铵和1.14-5.7质量份硫脲，将其加入到装有7-50质量份油胺和7-50质量份十八烯混合液的烧杯中；其次，将其超声分散20-30min后在室温下继续搅拌20-30min，使反应液混合均匀；然后，将上述反应液转移到聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压釜中，并在200℃下保持18-20h；自然冷却至室温后，过滤、洗涤、干燥，得到油胺修饰的mos2。

6.根据权利要求2的一种用于润滑的薄膜的制备方法，其特征在于，制备得到油酸表面功能化二硫化钼纳米片，具体包括：称取0.618-3.09质量份四水合钼酸铵、1.14-5.7质量份硫脲和0.2-1质量份盐酸羟胺，将其加入到装有10-50质量份油酸和20-100质量份水混合液的烧杯中；其次，将其超声分散20-30min后在室温下继续搅拌20-30min，使反应液混合均匀；然后，将上述反应液转移到聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压釜中，并在200℃下保持18-20h；自然冷却至室温后，过滤、洗涤、干燥，得到油酸修饰的mos2。

7.根据权利要求2的一种用于润滑的薄膜的制备方法，其特征在于，制备得到正十八烷基硫醇表面功能化二硫化钼纳米片和硅烷偶联剂表面功能化二硫化钼纳米片之前，采用溶剂热法制备未修饰的mos2，具体包括：

8.根据权利要求7的一种用于润滑的薄膜的制备方法，其特征在于，制备得到正十八烷基硫醇表面功能化二硫化钼纳米片，具体包括：将0.2-1质量份未修饰的mos2与100-500质量份tris缓冲液超声混合10-30min，tris缓冲液浓度为10mm，ph＝8.5，使mos2均匀分散在tris缓冲液中；之后加入0.3-1.5质量份正十八烷基硫醇，在室温下搅拌12-15h，搅拌速度为200-500rpm；过滤、洗涤、干燥，得到正十八烷基硫醇修饰的mos2。

9.根据权利要求7的一种用于润滑的薄膜的制备方法，其特征在于，制备得到硅烷偶联剂表面功能化二硫化钼纳米片，具体包括：将1-5质量份未修饰的mos2加入到100-500质量份无水乙醇中，超声混合30-60min，使mos2均匀分散在无水乙醇中；之后加入0.5-3质量份硅烷偶联剂，在室温下搅拌3-6h，搅拌速度为400-600rpm；过滤、洗涤、干燥，得到硅烷偶联剂修饰的mos2。

10.一种用于润滑的薄膜的应用，采用如权利要求2～9任一制备方法制备的薄膜，其特征在于，将用于润滑的薄膜应用在两个或多个相互接触的机械部件表面。

技术总结本发明涉及润滑领域，尤其涉及一种用于润滑的薄膜及其制备方法和应用，一种用于润滑的薄膜，包括金刚石薄膜和涂覆在类金刚石薄膜表面的聚α‑烯烃油，聚α‑烯烃油中均匀分散有表面功能化的二硫化钼纳米片；其中，表面功能化的二硫化钼纳米片包括油胺表面功能化二硫化钼纳米片、油酸表面功能化二硫化钼纳米片、正十八烷基硫醇表面功能化二硫化钼纳米片和硅烷偶联剂表面功能化二硫化钼纳米片。本发明所制备的无掺杂DLC薄膜、掺杂钨、钛或硅元素DLC薄膜其表面粗糙度为纳米级，有利于润滑油的浸润和存储。此外，薄膜具有较高的力学性能和优异的摩擦学性能。技术研发人员：易美荣,汪涛平,黄滔,尹周龙,许文虎,钟敏,陈建锋,李小兵受保护的技术使用者：南昌大学技术研发日：技术公布日：2024/11/18