The invention relates to a self lubricating and wear-resistant composite film containing nanometer two dimensional black phosphorus and a preparation method thereof. The preparation method includes: (1) preparation of nano-two-dimensional black phosphorus composite material, preparation of black phosphorus and composite nano-powder of black phosphorus and graphite, preparation of black phosphorus composite solution: a, preparation of black phosphorus polytetrafluoroethylene mixture solution: b, preparation of black phosphorus polytetrafluoroethylene powder mixture solution: (2) preparation of nano-two-dimensional black phosphorus composite film, and (1) test The finishing process is smooth. The preparation process is simple and the preparation cost is low, and the nano-two-dimensional black phosphorus self-lubricating and wear-resisting composite film has excellent self-lubricating performance, wear resistance, stability and high temperature oxidation resistance, and can be applied in high temperature, air or vacuum, corrosion, radiation, high load and other special environments.
【技术实现步骤摘要】
含纳米二维黑磷的自润滑耐磨复合薄膜及其制备方法
本专利技术属于固相自润滑耐磨复合材料
,尤其涉及含纳米二维黑磷的自润滑耐磨复合薄膜及其制备方法。
技术介绍
随着现代汽车工业和航空航天事业以及机械加工业的突飞猛进,自润滑耐磨复合涂层零部件的应用领域变得更加广泛。长期以来,改善材料的自润滑性和耐磨性能已成为人们关心和重视的课题。通常,提高材料的摩擦学性能主要有以下两种技术手段。第一,在聚合物基体中添加具有低剪切强度和自润滑性的润滑粒子,如添加二硫化钼、氮化硼、石墨、聚四氟乙烯等,以降低材料的摩擦系数。第二,在聚合物基体中添加硬质颗粒或纤维增强剂,以提高材料的耐磨性。在改善复合材料的润滑性和耐磨性的同时,提高表面涂层的强度和稳定性对零件的服役寿命(如是疲劳寿命、磨损寿命)有十分重要的意义。近年来,新型二维材料黑磷因其独特的物理化学性能受到国内外诸多学者的关注。二维黑磷与石墨相似有片层结构,不同的是同层磷原子不在同平面,而是波形层状结构,层内有较强的共价键,层之间的键合比层内的键合弱,层间靠范德华力作用联系。另外,黑磷还具有明显的纯天然的负泊松比现象,因制备含有黑磷的复合材料料的物理机械性能会有很大的提高,如提高其复合薄膜材料的剪切模量、材料的抗缺口性能、抗断裂性能以及回弹韧性。最值得关注的是,黑磷在物化过程中产生磷酸盐和磷的氧化物后仍持有稳定的润滑效果,并且在摩擦过程中形成磷的物化产物的均匀转移膜,提高了材料的负载力,从而改善了复合材料的摩擦磨损性能;该特性是其他润滑二维材料所不具有的,如MoS2在潮湿大气或氧化环境中易于发生氧化而使其润滑性能退化,耐磨寿 ...
【技术保护点】
1.一种含纳米二维黑磷的自润滑耐磨复合薄膜制备方法,包括如下步骤:(1)制备纳米二维黑磷复合材料①制备黑磷以及黑磷与石墨复合纳米粉,将红磷以及红磷:石墨质量比=4:1~3:2的粉末进行球磨;②制备黑磷复合材料溶液:a、制备黑磷聚四氟乙烯混合液:在浓度为40~60%的聚四氟乙烯水分散液中加入步骤①制备的复合纳米粉,搅拌均匀,其中,所述复合纳米粉与聚四氟乙烯水分散液的质量比=0.1~15:100;b、制备黑磷聚四氟乙烯微粉混合液:使用聚四氟乙烯微粉制备20~50wt%N‑甲基吡咯烷酮溶液,所述溶液含有0.1~1.0wt%十六氟庚烷,加入步骤①制备的复合纳米粉,搅拌均匀,其中,所述复合纳米粉与N‑甲基吡咯烷酮溶液的质量比=0.1~15:100;(2)制备纳米二维黑磷复合薄膜①试样的光洁度处理,使试样表面光洁度达到Ra3~5μm;②利用匀胶机或静电喷涂方法制膜,将步骤(1)②中a或b制备的溶液均匀涂覆试样表面;升温、固化,烧结。
【技术特征摘要】
1.一种含纳米二维黑磷的自润滑耐磨复合薄膜制备方法,包括如下步骤:(1)制备纳米二维黑磷复合材料①制备黑磷以及黑磷与石墨复合纳米粉,将红磷以及红磷:石墨质量比=4:1~3:2的粉末进行球磨;②制备黑磷复合材料溶液:a、制备黑磷聚四氟乙烯混合液:在浓度为40~60%的聚四氟乙烯水分散液中加入步骤①制备的复合纳米粉,搅拌均匀,其中,所述复合纳米粉与聚四氟乙烯水分散液的质量比=0.1~15:100;b、制备黑磷聚四氟乙烯微粉混合液:使用聚四氟乙烯微粉制备20~50wt%N-甲基吡咯烷酮溶液,所述溶液含有0.1~1.0wt%十六氟庚烷,加入步骤①制备的复合纳米粉,搅拌均匀,其中,所述复合纳米粉与N-甲基吡咯烷酮溶液的质量比=0.1~15:100;(2)制备纳米二维黑磷复合薄膜①试样的光洁度处理,使试样表面光洁度达到Ra3~5μm;②利用匀胶机或静电喷涂方法制膜,将步骤(1)②中a或b制备的溶液均匀涂覆试样表面;升温、固化,烧结。2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(1)中所述红磷的纯度>98.5%,厚度为5~20nm,宽度0.3~1.5μm,所述石墨的粒径<30nm,厚度1~15nm,红磷:石墨质量比=7:3~7:4。3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(1)中所述球磨采用星式球磨法,球磨罐中钢球直径10mm和5mm,数量比为3:7~5:8,钢球与粉末的质量比20:1~40:1,球磨机转速为300~...
【专利技术属性】
技术研发人员:解国新,彭世广,雒建斌,
申请(专利权)人:清华大学,
类型:发明
国别省市:北京,11
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