黑磷烯/氧化石墨烯复合水基润滑添加剂的制备方法技术

本发明专利技术提供一种黑磷烯/氧化石墨烯复合水基润滑添加剂的制备方法，包括：采用高能球磨+液相剥离的方法制备出黑磷烯纳米片，通过羟基化处理超声分散至水溶液中，得到黑磷烯水基分散液；将其与氧化石墨烯分散液通过分子间自组装作用混合均匀，再利用高温高压同时引入十二烷基苯磺酸钠、聚乙二醇等对其进行功能化合成，最终制备出黑磷烯/氧化石墨烯复合水基润滑添加剂。采用本发明专利技术制备的水基润滑添加剂能够代替传统油润滑添加剂，可有效降低润滑剂的摩擦系数，提高金属的耐磨性能，节能环保，可应用于钛合金切削加工领域。

【技术实现步骤摘要】
黑磷烯/氧化石墨烯复合水基润滑添加剂的制备方法
本专利技术属于润滑添加剂领域，具体涉及一种黑磷烯/氧化石墨烯复合水基润滑添加剂的制备方法。
技术介绍
钛合金由于导热系数低、高温化学活性高和弹性模量小，加工成本高等一系列问题。润滑是解决钛合金加工的主要方法，然而，随着全球环境污染的日益严重，传统矿物基润滑油已经不能满足节能环保的绿色生产要求，因此，急需发展一种具有优异性能的水基复合润滑剂。在现代工业中，相比油基切削液，水基切削液中水含量高达95％以上，功能添加剂的含量控制在5％以内，因其优异的冷却性及低成本，被广泛应用在轧制、切削等金属加工过程中水基切削液重要的润滑作用是通过润滑和极压抗磨添加剂实现。近年来，二维材料的兴起使其成为润滑添加剂的研究热点。比如富勒烯、碳纳米管、石墨烯等，尤其是氧化石墨烯，其片层的边缘通常含有大量的羟基和羧基官能团，因此具有很强的亲水性，作为水基润滑添加剂受到了广泛应用。黑磷，具有类石墨烯的片层结构，但不同的是，同一层内的原子不在同一平面上，呈一种蜂窝状的褶皱结构，层内具有较强的共价键，层间原子通过范德华力结合。其独特的褶皱结构，使其原子结构在平面内表现出较大的挤压和拉伸。同时，黑磷具有层间低剪切和较高的热力学稳定性等特点，有望成为新型润滑材料。但是目前，复合润滑剂均存在均匀分散的问题。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷和不足，本专利技术的目的在于，提供一种钛合金切削用黑磷烯/氧化石墨烯复合水基润滑添加剂的制备方法及复合水基润滑添加剂，针对单一润滑剂无法起到协同润滑作用的局限性，提出一种复合润滑剂，旨在解决钛合金传统加工液存在多功能性差、抗氧化以及润滑失效等不足，提高金属切削液的摩擦学性能，实现钛合金的高效润滑。为解决上述技术问题，本专利技术采取以下的技术方案：一种黑磷烯/氧化石墨烯复合水基润滑添加剂的制备方法，包括如下步骤：(1)黑磷烯纳米片的制备：将红磷粉末与直径为10-20mm的不锈钢球按照一定球料比加入球磨罐中真空密封，进行高能球磨，收集黑磷粉末。将1-5份黑磷粉末加入到10000-25000份N-甲基吡咯烷酮中进行冰水浴超声处理6-10小时，之后将所得溶液在不同转速下离心取其沉淀物，反复用无水乙醇冲洗并真空干燥得到黑磷烯纳米片。(2)黑磷烯分散液的制备：配置一定浓度的黑磷分散液，向其中滴加氧化剂并缓慢搅拌持续反应3-8小时，抽滤并洗涤真空干燥，重新悬浮至水溶液中。(3)复合润滑添加剂的制备：将1-10份氧化石墨烯分散液加入到1-10份黑磷烯分散液中，进行磁力搅拌+超声振荡使溶液混合均匀，引入表面活性剂和增粘剂将混合溶液放入聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中进行水热反应合成，反应结束后取出产物，将其超声分散至去离子水中即得到黑磷烯/氧化石墨烯复合水基润滑添加剂。优选的，步骤(1)中，球料比为40:1-50:1，球磨时间为1-2h，球磨机转速为1100-1200r/min。根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述黑磷粉末粒径约为200-600nm。优选的，步骤(1)所述以1000-4000rpm离心10-30分钟，取出含有黑磷烯纳米片的上清液。随后，将含有黑磷烯纳米片的上清液以7000-11000rpm离心15-40分钟取沉淀物。优选的，步骤(2)中，氧化剂为过硫酸钾、过硫酸铵、高锰酸钾、过氧化物中的一种。优选的，步骤(2)所述黑磷分散液质量分数为0.01％-2％，氧化剂的浓度为0.2％-0.8％，两者配比为100:1-300:1。优选的，步骤(3)所述十二烷基苯磺酸钠和添加量为0.1％-0.5％、聚乙二醇添加量为0.1％-0.3％，两者比例为2：1、1：2、。优选的，步骤(3)中，磁力搅拌反应10-30min，超声功率100W，超声频率20-30HZ，超声时间2-5小时。优选的，步骤(3)所述，高压反应釜容积为100-200mL，反应温度控制在80-200℃，更有选的控制在100-200℃。本专利技术与现有技术相比，具有如下有益效果：本专利技术创新性的引入了黑磷烯，利用高温高压功能化合成制备得到的钛合金切削用黑磷烯-氧化石墨烯复合水基润滑添加剂，其中黑磷烯为二维片层结构，层间靠范德华力结合，在相互滑动过程中能够降低摩擦系数；氧化石墨烯自身带有羟基等亲水官能团容易吸附在摩擦副表面从而有效减小摩擦；本专利技术所述的黑磷烯和氧化石墨烯片层间由于具有低剪切作用，两者之间的协同润滑效应，更有利于形成边界润滑膜，提高润滑添加剂的抗磨性能。本专利技术的复合润滑剂，通过高能球磨、液相剥离，尤其是功能化合成，三者共同解决均匀分散问题。本专利技术引入十二烷基苯磺酸钠和聚乙二醇进行功能化合成的过程，巧妙的解决了两厢均匀分散的问题。本专利技术所述钛合金切削用黑磷烯/氧化石墨烯复合水基润滑添加剂可应用于钛合金切削加工领域，代替传统油润滑添加剂，可有效提高润滑剂的减摩抗磨性能，同时环保无污染，节约资源，降低成本，使用寿命长。附图说明图1是制备的黑磷粉末的拉曼光谱图。图2是氧化石墨烯分散液的拉曼光谱图。图3是制备的黑磷烯/氧化石墨烯复合水基润滑添加剂的扫描电镜图片。图4是实施例1-5制备的不同比例黑磷烯/氧化石墨烯复合水基润滑添加的摩擦系数图。图5是实施例2制备的黑磷烯/氧化石墨烯复合水基润滑添加剂与对比例1-3纯水、黑磷烯、氧化石墨烯分散液的摩擦系数曲线图。图6是实施例2制备的黑磷烯/氧化石墨烯复合水基润滑添加剂与对比例1-3纯水、黑磷烯、氧化石墨烯分散液的磨损率图。图7是对比例1纯水进行摩擦实验后的TC4盘磨痕的扫描电镜图片。图8是对比例2氧化石墨烯摩擦实验后的TC4盘磨痕的扫描电镜图片。图9是对比例3黑磷烯进行摩擦实验后的TC4盘磨痕的扫描电镜图片。图10是实施例2黑磷烯/氧化石墨烯复合水基润滑添加剂进行摩擦实验后的TC4盘磨痕的扫描电镜图片。图11是实施例2黑磷烯/氧化石墨烯复合水基润滑添加剂进行摩擦实验后的TC4盘磨痕表面的拉曼图谱。具体实施方式以下为具体实施例对本专利技术进行的具体阐述，但实施例对本专利技术不做任何形式的限定。氧化石墨烯，其片层的边缘通常含有大量的羟基和羧基官能团，因此具有很强的亲水性，作为水基润滑添加剂受到了广泛应用。黑磷，因其固有的结构特点，有望成为新型润滑材料，理想状态下，氧化石墨烯应当与黑磷结合成为一种润滑性能很好的材料。但是，在本申请专利技术人研究过程中，发现按照以往公开的方法并不能想当然的将氧化石墨烯与黑磷进行结合，这期间需要克服两者之间的片层剪切以及层间存在的范德华力等问题，因此经过长期的研究，最后才形成了本申请的制备方法，在本申请的制备方法中，需要首先将黑磷烯粉末加入到N-甲基吡咯烷酮中进行冰水浴超声处理得到黑磷烯纳米片，再将黑磷烯纳米片通过羟基化处理超声分散至水溶液中，得到的黑磷烯水基分散液，能够解决黑磷纳米片在水中能够分散的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种黑磷烯/氧化石墨烯复合水基润滑添加剂的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：/n步骤一，将黑磷烯粉末加入到N-甲基吡咯烷酮中进行冰水浴超声处理后取沉淀干燥得到黑磷烯纳米片，将黑磷烯纳米片通过羟基化处理超声分散至水溶液中得到黑磷烯水基分散液；/n步骤二，将氧化石墨烯分散液加入到黑磷烯水基分散液中混合，之后加入十二烷基苯磺酸钠和聚乙二醇进行功能化合成，将合成得到的产物超声分散至去离子水中即得到黑磷烯/氧化石墨烯复合水基润滑添加剂。/n

【技术特征摘要】
1.一种黑磷烯/氧化石墨烯复合水基润滑添加剂的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一，将黑磷烯粉末加入到N-甲基吡咯烷酮中进行冰水浴超声处理后取沉淀干燥得到黑磷烯纳米片，将黑磷烯纳米片通过羟基化处理超声分散至水溶液中得到黑磷烯水基分散液；
步骤二，将氧化石墨烯分散液加入到黑磷烯水基分散液中混合，之后加入十二烷基苯磺酸钠和聚乙二醇进行功能化合成，将合成得到的产物超声分散至去离子水中即得到黑磷烯/氧化石墨烯复合水基润滑添加剂。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤一中，真空密封条件下，将红磷粉末与直径为10-20mm的不锈钢球进行球磨，得到黑磷粉末。


3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，球磨时的球料比为30:1-60:1，球磨时间0.5-3h，球磨转速为1000-1250r/min。


4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤一中，将黑磷烯粉末加入到N-甲基吡咯烷酮中进行冰水浴超声处理后取沉淀干燥得到黑磷烯纳米片包括：按质量份数计，将1-5份黑磷粉末加入到10000-25000份N-甲基吡咯烷酮中进行冰水浴超声处理后离心取沉淀物，用无水乙醇冲洗并真空干燥得到黑磷烯纳米片。


5.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯婷丽，王伟，王庆娟，高原，王快社，董少文，
申请(专利权)人：西安建筑科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61