一种钛合金减摩抗磨用复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种减摩抗磨复合材料及其制备方法，特别是涉及一种钛合金减摩抗磨用多层石墨烯/三氧化二铁复合材料及其制备方法。材料由25‑67％的减摩剂和33‑75％的抗磨剂复合而成。其中减摩剂为MLG，抗磨剂为10‑50nm的Fe2O3纳米颗粒。制备方法为液相剥离法。该方法简便、价廉、环保，并且只需添加极少量制得的复合材料，就可使钛合金滑动构件表面形成双层摩擦层，上、下层分别为主要含MLG和Fe2O3摩擦层，具有良好的润滑作用和承载能力，既可使钛合金构件服役于严酷工况，又可减少摩擦噪声。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种减摩抗磨复合材料及其制备方法，特别是涉及一种钛合金减摩抗磨用多层石墨烯/三氧化二铁(MLG/Fe2O3)复合材料及其制备方法。
技术介绍
钛合金因具有较高的比强度、优异的耐蚀性而广泛应用于医疗、航空、航海等领域。然而，钛合金差的滑动磨损性能往往限制了其在摩擦磨损方面的应用。表面处理是提高钛合金摩擦磨损性能的一种普遍的改性方法，可是表面改性存在工艺复杂、成本高和环境污染严重等问题，较薄的表面改性层仅在低载时有抗磨作用，而厚的涂层在严酷工况下会因应力或热应力导致层内出现裂纹甚至剥落失效。此外，在钛合金构件表面涂抹润滑油、脂等介质也是一种常用的处理方式，但在严酷工况下，高的环境温度或摩擦热易造成润滑油、脂摩擦燃烧，润滑摩擦再次变为干滑动摩擦。因此，现有的表面改性或涂抹润滑油、脂等介质并不能满足钛合金基于方便、价廉、环保理念的严酷工况下的应用要求。若在钛合金滑动界面直接添加同时含减摩剂和抗磨剂的复合材料促进钛合金表面形成含减摩剂和抗磨剂的摩擦层，从而保护钛合金基体，避免金属-金属接触，则可显著改善钛合金在严酷工况下的摩擦磨损性能。制备石墨烯/无机纳米粒子复合材料的方法有多种，如：晶体外延生长法、化学气相沉积法、氧化还原法、溶剂热法、有机合成法、电化学法及碳纳米管转换法等。可是，这些方法存在工艺复杂、成本高昂、能源消耗大和环境污染严重等问题。而通过液相剥离法制备石墨烯/无机纳米粒子复合材料不仅可以满足实际应用需求，而且该方法成本低廉，可控性强，节能环保。
技术实现思路
本专利技术的目的是基于上述问题，提出一种钛合金减摩抗磨用MLG/Fe2O3复合材料及其制备方法。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种钛合金减摩抗磨用MLG/Fe2O3复合材料，其特征在于：按重量百分比计，由25-67％的减摩剂和33-75％的抗磨剂复合而成。其中减摩剂为MLG，抗磨剂为10-50nm的Fe2O3纳米颗粒。制备本专利技术的钛合金减摩抗磨用MLG/Fe2O3复合材料采用液相剥离法，该方法的具体步骤如下：A.将膨胀石墨、Fe2O3纳米颗粒和分散剂加入至二甲基亚砜溶剂中，并在磁力搅拌器中搅拌。B.将步骤A获得的分散均匀的混合溶液置于超声波细胞粉碎机中进行超声粉碎，粉碎结束后静置分离。C.取静置分离后的下层浑浊液体进行高速离心，并用无水乙醇将其洗至中性。D.将洗至中性后的固体置于真空烘箱中烘干。步骤A中，每1mL二甲基亚砜溶剂加入0.05g膨胀石墨和Fe2O3纳米颗粒，分散剂为十六烷基三甲基溴化铵、司班60，添加量为对应膨胀石墨和Fe2O3纳米颗粒质量的1/1000。膨胀石墨和Fe2O3纳米颗粒按1:0.5～1:3加入。磁力搅拌的时间为1h。步骤B中，超声粉碎参数为：总功率1200W，设定功率45％，变幅杆直径20mm，超声3s间隔3s，粉碎时间2h；静置分离时间为0.5h。步骤C中，高速离心的速度为10000r/min，离心时间为10min，洗涤时的离心速度为10000r/min，时间为5min，洗涤3次。步骤D中，干燥温度为60℃，时间为24h。本专利技术采用的液相剥离法具有简便、价廉、环保等优点，并且只需添加极少量制得的复合材料，就可使钛合金滑动构件表面形成双层摩擦层，上、下层分别为主要含MLG、Fe2O3摩擦层，具有良好的润滑作用和承载能力，既可使钛合金构件服役于严酷工况，又可减少摩擦噪声。附图说明图1实施例3制备的复合材料的XRD图谱。图2实施例3制备的复合材料的SEM形貌。图3未添加与添加复合材料时TC11合金随添加量变化的磨损率。图4未添加与添加实施例3时TC11合金磨损表面的拉曼光谱。图5添加实施例3时TC11合金磨损表面形貌。图6添加实施例3时TC11合金磨损剖面形貌。具体实施方式实施例1根据所述的制备方法，按重量百分比计，以67％的MLG和33％的50nmFe2O3制备MLG/Fe2O3复合材料，并将其添加至TC11合金摩擦界面。实施例2根据所述的制备方法，按重量百分比计，以50％的MLG和50％的10nmFe2O3制备MLG/Fe2O3复合材料，并将其添加至TC11合金摩擦界面。实施例3根据所述的制备方法，按重量百分比计，以33％的MLG和67％的30nmFe2O3制备MLG/Fe2O3复合材料，并将其添加至TC11合金摩擦界面。实施例4根据所述的制备方法，按重量百分比计，以25％的MLG和75％的30nmFe2O3制备MLG/Fe2O3复合材料，并将其添加至TC11合金摩擦界面。本专利技术提出的制备MLG/Fe2O3复合材料的方法，具有简便、价廉、环保的优点。制得的复合材料中，Fe2O3纳米颗粒均匀分布在MLG片层表面。实施例3制得的复合材料的XRD图谱及SEM形貌如附图1、2所示。采用MPX-2000型盘销式摩擦磨损试验机评估本专利技术制得的MLG/Fe2O3减摩抗磨复合材料对TC11合金严酷滑动工况下摩擦磨损性能的影响，并与未添加MLG/Fe2O3减摩抗磨复合材料时TC11合金的磨损率进行对比。试验规范确定如下：销试样为Φ5×23mm2的TC11合金；盘试样为Φ34×10mm2的GCr15轴承钢，硬度为50HRC；滑动速度为0.5m/s；转数为10000转；载荷为100N。滑动开始前，按单位滑动面积的添加量计，将0.1、0.2、0.3、0.4、0.5mg/mm2实施例1-4的MLG/Fe2O3减摩抗磨复合材料分别添加至TC11合金/GCr15钢滑动界面。测试结果如附图3-6所示。由附图3可知，当未添加MLG/Fe2O3减摩抗磨复合材料时，TC11合金的磨损率保持较大值，达30×10-6mm3/mm，此时发生严重磨损。而当添加0.3-0.5mg/mm2实施例1或0.2-0.5mg/mm2实施例2-4的MLG/Fe2O3减摩抗磨复合材料时，TC11合金的磨损率几乎为0，此时发生轻微磨损，表明添加实施例1-4的MLG/Fe2O3减摩抗磨复合材料使得TC11合金的耐磨性得以显著提高。当添加0.1-0.2mg/mm2实施例1或0.1mg/mm2实施例2、4的MLG/Fe2O3减摩抗磨复合材料时的TC11合金磨损率均快速增大，而添加0.1mg/mm2实施例3的MLG/Fe2O3减摩抗磨复合材料时的TC11合金磨损率仍然接近0。这就表明实施例3制得的钛合金减摩抗磨用MLG/Fe2O3复合材料为最优实施例。由附图4-6可知，当添加本专利技术制得的MLG/Fe2O3减摩抗磨复合材料时，在滑动过程中，TC11合金表面易形成同时含减摩剂和抗磨剂的双层摩擦层。其中上层为主要含MLG摩擦层(MLG-predominatedtribo-layer)，下层为主要含Fe2O3摩擦层(Fe2O3-predominatedtribo-layer)，两层摩擦层分别起润滑和承载的作用。这样的摩擦层可保护钛合金基体，避免金属-金属接触。并且，只需添加极少量制得的MLG/Fe2O3减摩抗磨复合材料便可使钛合金构件服役于严酷工况，同时又可显著降低摩擦系数，减少摩擦噪声。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钛合金减摩抗磨用复合材料，其特征在于：按重量百分比计，按重量百分比计，由25‑67％的减摩剂和33‑75％的抗磨剂复合而成，其中减摩剂为MLG，抗磨剂为10‑50nm的Fe2O3纳米颗粒；将复合材料直接添加到钛合金构件滑动界面即可。

【技术特征摘要】
1.一种钛合金减摩抗磨用复合材料，其特征在于：按重量百分比计，按重量百分比计，由25-67％的减摩剂和33-75％的抗磨剂复合而成，其中减摩剂为MLG，抗磨剂为10-50nm的Fe2O3纳米颗粒；将复合材料直接添加到钛合金构件滑动界面即可。2.如权利要求1所述的一种钛合金减摩抗磨用复合材料，其特征在于：所述复合材料的添加量为0.1-0.5mg/mm2，即每mm2的钛合金构件表面添加0.1-0.5mg的复合材料。3.如权利要求1所述的一种钛合金减摩抗磨用复合材料，其特征在于：所述的复合材料，添加后使得钛合金滑动构件表面在滑动过程中形成双层摩擦层，上、下层分别主要为MLG、Fe2O3摩擦层，具有良好的润滑作用和承载能力，既可使钛合金构件服役于严酷工况，又可减少摩擦噪声。4.如权利要求1所述的一种钛合金减摩抗磨用复合材料，其特征在于：复合材料由33％的MLG和67％的30nm的Fe2O3组成，按0.1mg/mm2的添加量添加至钛合金构件滑动界面。5.如权利要求1所述的一种钛合金减摩抗磨用复合材料的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：A.将膨胀石墨、Fe2O3纳米颗粒和分散剂加入至二甲基亚砜溶剂中，并在磁力搅拌器中搅拌；B.将步骤A获得的分散...

【专利技术属性】
技术研发人员：王树奇，周银，崔向红，张秋阳，陈康敏，王兰，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32