一种氧化石墨烯/二氧化硅-三氧化二铝纳米复合水基润滑剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种氧化石墨烯/二氧化硅‑三氧化二铝纳米复合水基润滑剂及其制备方法，其中，该润滑剂为以下组份构成的混合物：二维材料氧化石墨烯纳米薄片，占水基润滑剂总质量的0.01～0.1％；三维材料二氧化硅颗粒，占水基润滑剂总质量的0.01～0.1％；三维材料三氧化二铝纳米颗粒，占水基润滑剂总质量的0.01～0.1％；pH调试剂丙三醇，占水基润滑剂总质量的5～30％；其余为去离子水。

A graphene oxide / silica alumina nanocomposite water-based lubricant and its preparation

【技术实现步骤摘要】
一种氧化石墨烯/二氧化硅-三氧化二铝纳米复合水基润滑剂及其制备方法
本专利技术涉及纳米复合润滑添加剂
，涉及一种二维材料氧化石墨烯/三维材料二氧化硅和三氧化二铝纳米复合水基润滑剂及其制备方法。
技术介绍
工业领域中，润滑剂在降低接触副的摩擦、磨损、机械损伤及在提高能源效率和生产率上起到至关重要的作用。目前，常用的液体润滑剂主要分为油基润滑剂和水基润滑剂，但油基润滑剂生物降解性能差且难回收，大量使用易产生环境污染等一系列问题。水基润滑剂具有导热系数高、环境兼容性好、成本低廉等优点，广泛应用于磨削、车削、精密抛光和冷/热轧等领域，但水基润滑剂存在润滑性能较差等缺点，限制了其更进一步的应用。通过添加各种功能性添加剂，可在保证水基润滑剂自身优异性能的同时，提高其润滑和减摩抗磨性能。随着纳米技术的发展，纳米石墨、石墨烯、氧化石墨烯、还原氧化石墨烯等二维碳基纳米薄片添加剂因其自身优异的摩擦学性能引起了研究者的广泛关注。独特的层状结构和纳米级厚度使得上述二维纳米材料易在摩擦副间形成一层润滑保护膜，避免摩擦副的直接接触磨损，因而改善基础液的减摩性能。然而，这些纳米薄片在高载荷下容易产生破裂失效，且在基液中会进一步的重叠和团聚，因而使得其减摩性能降低。三维无机纳米材料因其优异的极压、抗磨性能而受到越来越广泛的关注。粒径在1-100纳米的二氧化硅颗粒可良好地分散在碱性基础液中形成纳米悬浮液。伴随着滑动过程二氧化硅纳米颗粒进入摩擦接触区，呈现出滚动和抛光效应，因而改善基础液的性能，提高磨损表面的质量。此外，粒径在1-100纳米的三氧化二铝颗粒可分散在基础液中形成悬浮液。摩擦滑动过程中，三氧化二铝纳米颗粒进入摩擦接触区，呈现出填充和修复效应，因而在界面形成一层摩擦保护膜，改善基础液的抗磨性能。但高的颗粒表面活性，纳米级的二氧化硅和三氧化二铝颗粒容易在基础液中团聚和沉降，导致了磨损表面粗糙度的增加和抗磨性能的降低。虽然添加分散剂可以抑制纳米颗粒的聚沉，但分散剂的使用易导致难以控制、污染和成本高等进一步问题。成悬浮液。摩擦滑动过程中，三氧化二铝纳米颗粒进入摩擦接触区，呈现出填充和修复效应，因而在界面形成一层摩擦保护膜，改善基础液的抗磨性能。但高的颗粒表面活性，纳米级的二氧化硅和三氧化二铝颗粒容易在基础液中团聚和沉降，导致了磨损表面粗糙度的增加和抗磨性能的降低。虽然添加分散剂可以抑制纳米颗粒的聚沉，但分散剂的使用易导致难以控制、污染和成本高等进一步问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于克服现有纳米润滑添加剂存在的缺点，提供一种具有低摩擦系数、高抗载荷性能、良好磨损表面质量且绿色环保的水基润滑剂。其所要解决的技术问题可以通过以下技术方案来实施。一种氧化石墨烯/二氧化硅-三氧化二铝纳米复合水基润滑剂，为以下组份构成的混合物：二维材料氧化石墨烯纳米薄片，占水基润滑剂总质量的0.01～0.1％；三维材料二氧化硅颗粒，占水基润滑剂总质量的0.01～0.1％；三维材料三氧化二铝纳米颗粒，占水基润滑剂总质量的0.01～0.1％；pH调试剂丙三醇，占水基润滑剂总质量的5～30％；其余为去离子水。作为本技术方案的进一步改进，所述水基润滑剂中氧化石墨烯、二氧化硅和三氧化二铝的优选质量比为2:1:3～2:3:1。作为本技术方案的更进一步改进，所述水基润滑剂中，氧化石墨烯、二氧化硅和三氧化二铝总质量占水基润滑剂总质量的0.12～0.24％。也作为本技术方案的进一步改进，所述二维材料氧化石墨烯薄片的长度尺寸为200～600纳米，厚度为1～10纳米。还作为本技术方案的进一步改进，所述三维材料二氧化硅颗粒的初始粒径分布为10～100纳米。同样作为本技术方案的进一步改进，所述三维材料三氧化二铝纳米颗粒的初始粒径分布为10～100纳米。此外，所述二维材料氧化石墨烯薄片和三维材料二氧化硅和三维材料三氧化二铝纳米颗粒在水基润滑剂中的重量比例最好为1:1:1～10:1:1。作为本专利技术的优选实施例，所述的氧化石墨烯/二氧化硅-三氧化二铝纳米复合水基润滑剂的pH值为7～9。本专利技术所要解决的另一技术问题在于提供一种氧化石墨烯/二氧化硅-三氧化二铝纳米复合水基润滑剂的制备方法，其采用如下技术方案。一种氧化石墨烯/二氧化硅-三氧化二铝纳米复合水基润滑剂的制备方法，采用如下步骤：(1)在硫酸、硝酸和硫酸钾高酸性环境下将天然石墨粉氧化成氧化石墨，形成氧化石墨溶液；(2)氧化反应后，对氧化石墨溶液进行过滤并用去离子水重复清洗至溶液的pH值在5至7之间，接着超声处理获得二维氧化石墨烯水溶液；(3)将制备的二维氧化石墨烯水溶液进行抽滤、透析，避光冷冻干燥得到氧化石墨烯粉末；(4)将制备的氧化石墨烯粉末分散溶解到去离子水中，机械搅拌再进行60～120分钟超声处理，得到氧化石墨烯水溶液；(5)取适量氧化石墨烯水溶液和无水乙醇水浴加热下缓慢混合溶液及其温度达70～80℃(优选70℃)，随后逐滴加入适量氨水和正硅酸乙酯，并在该温度下恒温机械搅拌2～3小时(优选2小时)，最后冷却溶液至室温，15000～20000转(优选20000转)离心处理溶液20～40分钟(优选20分钟)，得到氧化石墨烯/二氧化硅纳米粉末；其中取用的氧化石墨烯水溶液、无水乙醇、氨水和正硅酸乙酯的体积比为5.7～17.1：75～225：3～9：4.5～13.5；(6)将制备的氧化石墨烯/二氧化硅纳米粉末分散溶解到去离子水中，机械搅拌再进行10～30分钟超声处理，得到氧化石墨烯/二氧化硅纳米复合纳米颗粒水溶液；(7)将三维材料三氧化二铝和pH调试剂丙三醇加入到步骤(6)配制的氧石墨烯/二氧化硅纳米水溶液中，机械搅拌30～60分钟，接着在0℃环境下强超声处理30～60分钟，制备得到基于二维材料氧化石墨烯/三维材料二氧化硅和三氧化二铝的纳米复合水基润滑剂。作为本专利技术的优选实施例，步骤(1)中采用改良的赫默法制备所述氧化石墨。作为本专利技术的另一优选实施例，步骤(5)中所取用的氧化石墨烯水溶液、无水乙醇、氨水和正硅酸乙酯的体积比为5.7：75：3：4.5。作为本技术方案的进一步改进，制备的二维材料氧化石墨烯粉末的初始长度尺寸为200～600纳米，厚度为1～10纳米；制备的三维材料二氧化硅的初始粒径分布为10～100纳米；制备的三维材料三氧化二铝颗的初始粒径分布为10～100纳米。作为本专利技术的优选实施例之一，步骤(2)中的超声处理时间为30分钟以上；步骤(3)中避光冷冻干燥时间为10～48小时；步骤(4)中机械搅拌时间为10～20分钟；步骤(6)中机械搅拌时间为10～20分钟。本专利技术提供的上述水基润滑剂及其制备方法，采用不同维数纳米材料尺寸结构的协同作用，利用化学反应、强超声处理法结合材料自身的优异性能和结构互补的特点制备基于氧化石墨烯/二氧化硅-三氧化二铝的高分散稳定性纳米复合水基润滑剂。对比传统二维纳米材料润滑本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氧化石墨烯/二氧化硅-三氧化二铝纳米复合水基润滑剂，其特征在于，为以下组份构成的混合物：/n二维材料氧化石墨烯纳米薄片，占水基润滑剂总质量的0.01～0.1％；/n三维材料二氧化硅颗粒，占水基润滑剂总质量的0.01～0.1％；/n三维材料三氧化二铝纳米颗粒，占水基润滑剂总质量的0.01～0.1％；/npH调试剂丙三醇，占水基润滑剂总质量的5～30％；/n其余为去离子水。/n

【技术特征摘要】
1.一种氧化石墨烯/二氧化硅-三氧化二铝纳米复合水基润滑剂，其特征在于，为以下组份构成的混合物：
二维材料氧化石墨烯纳米薄片，占水基润滑剂总质量的0.01～0.1％；
三维材料二氧化硅颗粒，占水基润滑剂总质量的0.01～0.1％；
三维材料三氧化二铝纳米颗粒，占水基润滑剂总质量的0.01～0.1％；
pH调试剂丙三醇，占水基润滑剂总质量的5～30％；
其余为去离子水。


2.根据权利要求1所述氧化石墨烯/二氧化硅-三氧化二铝纳米复合水基润滑剂，其特征在于，所述水基润滑剂中氧化石墨烯、二氧化硅和三氧化二铝的质量比为2:1:3～2:3:1。


3.根据权利要求1或2所述氧化石墨烯/二氧化硅-三氧化二铝纳米复合水基润滑剂，其特征在于，所述水基润滑剂中，氧化石墨烯、二氧化硅和三氧化二铝总质量占水基润滑剂总质量的0.12～0.24％。


4.根据权利要求1所述氧化石墨烯/二氧化硅-三氧化二铝纳米复合水基润滑剂，其特征在于，所述二维材料氧化石墨烯薄片的长度尺寸为200～600纳米，厚度为1～10纳米。


5.根据权利要求1所述氧化石墨烯/二氧化硅-三氧化二铝纳米复合水基润滑剂，其特征在于，所述三维材料二氧化硅颗粒的初始粒径分布为10～100纳米。


6.根据权利要求1所述氧化石墨烯/二氧化硅-三氧化二铝纳米复合水基润滑剂，其特征在于，所述三维材料三氧化二铝纳米颗粒的初始粒径分布为10～100纳米。


7.根据权利要求1所述氧化石墨烯/二氧化硅-三氧化二铝纳米复合水基润滑剂，其特征在于，所述二维材料氧化石墨烯薄片和三维材料二氧化硅和三维材料三氧化二铝纳米颗粒在水基润滑剂中的重量比例为1:1:1～10:1:1。


8.根据权利要求1所述氧化石墨烯/二氧化硅-三氧化二铝纳米复合水基润滑剂，其特征在于，所述的氧化石墨烯/二氧化硅-三氧化二铝纳米复合水基润滑剂的pH值为7～9。


9.一种氧化石墨烯/二氧化硅-三氧化二铝纳米复合水基润滑剂的制备方法，其特征在于，采用如下步骤：
(1)在硫酸、硝酸和硫酸钾高酸性环境下将天然石墨粉氧化成氧化石墨，形...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄含，姜正义，焦四海，王连洲，
申请(专利权)人：宝山钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31