通过Fe3O4@C核壳纳米钉固定离子液体润滑膜的方法技术

本发明专利技术公开了一种通过Fe3O4@C核壳纳米钉固定离子液体润滑膜的方法。所述方法先在离子液体与乙醇的混合溶液中加入Fe3O4@C核壳小球，超声混合均匀，将得到的混合溶液滴加到洁净的基底表面，真空干燥，得到Fe3O4@C核壳纳米钉固定的离子液体润滑膜。本发明专利技术的Fe3O4@C核壳纳米钉固定的离子液体润滑膜能够明显降低摩擦，减少磨损，降低能量损耗，提高机械使用寿命，其摩擦系数减少了50％以上。其摩擦系数减少了50％以上。其摩擦系数减少了50％以上。

【技术实现步骤摘要】
通过Fe3O4@C核壳纳米钉固定离子液体润滑膜的方法


[0001]本专利技术属于润滑剂
，涉及一种通过Fe3O4@C核壳纳米钉固定离子液体润滑膜的方法。

技术介绍

[0002]摩擦以及磨损广泛存在于工业、科技及日常生活中。据估算，现代工业中30～40％的化石能源消耗于摩擦及磨损，高达80％的设备因为磨损而瘫痪，造成严重的资源浪费，导致工业化国家经济损失高达GDP的5％～7％。润滑剂的使用能够有效降低摩擦磨损。传统液体润滑剂由于边界润滑能力较差，价格昂贵，高温下易挥发，低温流动性差，对添加剂的溶解能力和感受性能差且与摩擦副相互作用不强，不能较好的发挥润滑作用。此外，因泄漏或挥发，对土壤、水以及空气造成的污染愈发严重。固体润滑剂在使用过程中也存在一系列的局限性，例如：固体润滑剂的摩擦因数大，一般比润滑油润滑的摩擦因数大50倍～100倍，比润滑脂润滑时大100倍～500倍，且在润滑过程中，热传导困难，摩擦部件的温度容易升高，会产生磨屑等污染摩擦表面，自行修补性差，容易造成润滑失效。
[0003]离子液体是指在室温或室温附近呈液态的，完全由正负离子构成的熔盐体系，一般是由特定的、体积相对较大的有机阳离子和体积相对较小的无机或有机阴离子通过库仑力结合构成。离子液体具有一些特殊的性质，如极低的挥发性，高热稳定性，不可燃性和熔点低，而这些特点与理想润滑剂所期望的性能极为吻合，使其具备了成为新型润滑剂的潜质。此外，阴阳离子的可调控性也为离子液体提供更广泛的结构和性能的选择范围。
[0004]随着科技的高速发展，现代新型设备需要在更为苛刻的条件下运行，例如在航天航海、石油化工中，如航天器、舰船、输送油气管道、换热器等，常需要设备在超低或高温(-150～400℃)、高真空和重载(10-5
Pa～320MPa)等恶劣工况下运转。然而在较大载荷下，离子液体润滑薄膜会被挤出润滑界面而使摩擦副成为固固摩擦导致润滑失效，同时苛刻的施工环境对润滑剂也有了更为严格的要求。
[0005]王宝刚通过在离子液体[BMIM][PF6]中加入金离子添加剂在十六烷基三甲基溴化铵稳定剂的作用下形成稳定的纳米流体发挥优异的润滑作用，相比较纯离子液体，摩擦系数在载荷逐渐增大到800N时，摩擦系数减少了16％(Baogang Wang,Xiaobo Wang,et al.Gold-ionic liquid nanofluids with preferably tribological properties and thermal conductivity.Nanoscale Research Letters 2011,6:259)。Wen Li将类金刚石薄膜作为添加剂加入到离子液体[BMIM[BP6]中，使得摩擦系数降低了37％(Wen Li,Xiaoqiang Fan,Hao Li,et al.Probing carbon-based composite coatings toward high vacuum lubrication application.Tribology International 128(2018)386-396)。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种通过Fe3O4@C核壳纳米钉固定离子液体润滑膜的方法。该
方法通过Fe3O4@C核壳纳米钉固定离子液体润滑膜，使离子液体润滑膜在高、低负载下能够同时发挥优异的润滑作用，适用于苛刻的工作条件，减少能量损耗，提高机械寿命。
[0007]实现本专利技术目的的技术方案如下：
[0008]通过Fe3O4@C核壳纳米钉固定离子液体润滑膜的方法，包括以下步骤：
[0009]在离子液体与乙醇的混合溶液中加入Fe3O4@C核壳小球，超声混合均匀，得到的混合溶液滴加到洁净的基底表面，真空干燥，得到Fe3O4@C核壳纳米钉固定的离子液体润滑膜。
[0010]优选地，所述的离子液体采用本领域常规使用的离子液体，可以是1-己基-2,3-二甲基咪唑溴盐([HDMIM]Br)、1-己基-2,3-二甲基咪唑四氟硼酸盐([HDMIM][BF4])、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐([BMIM][BF4])、1-乙基-3-甲基咪唑硝酸盐([EMIM][NO3])、1-丁基-3-甲基六氟咪唑磷酸盐([BMIM][PF6])等咪唑类离子液体。在本专利技术的具体实施例中，所述的离子液体为1-丁基-3-甲基六氟咪唑磷酸盐([BMIM][PF6])。
[0011]优选地，所述的离子液体与乙醇的体积比为1:300～1:600，在本专利技术的具体实施例中，所述的离子液体与乙醇的体积比为1:500。
[0012]优选地，所述的Fe3O4@C核壳小球和离子液体与乙醇的混合溶液的质量比为1：7500～1：12500，在本专利技术的具体实施例中，Fe3O4@C核壳小球和离子液体与乙醇的混合溶液的质量比为1：10000。
[0013]优选地，所述的基底为硅片。
[0014]优选地，所述的真空干燥温度为120
±
10℃，干燥时间为2
±
1h。
[0015]本专利技术中，以C包裹Fe3O4形成核壳小球可以使核心粒子的反应活性降低、热稳定性增强，从而增加整个粒子的热稳定性和可分散性，使核壳小球在高载荷下均匀分散在摩擦界面。Fe3O4达到支撑作用，可以提高壳层材料在高载荷下的稳定性，因此Fe3O4@C核壳小球能够更好的固定离子液体润滑膜，润滑作用显著增强。当载荷较小时，离子液体润滑薄膜在摩擦副上发挥较好的润滑作用，而且能够有效修复摩擦副表面获得良好的抗磨性能。当载荷较大时，Fe3O4@C核壳小球存在于离子液体润滑薄膜的内部，作为纳米钉来固定摩擦界面处的离子液体润滑膜，使离子液体可以紧紧附着在摩擦基底上，能够形成致密的润滑薄膜，此外摩擦状态由单一的滑动摩擦转化为滚动与滑动相结合的多元摩擦，达到优秀的抗磨减摩性能，避免了离子液体因载荷较大而被挤出润滑界面而成为固固摩擦即润滑失效。
[0016]综上所述，与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0017]1.Fe3O4@C核壳纳米钉固定的离子液体润滑膜能够明显降低摩擦，减少磨损，降低能量损耗，提高机械使用寿命，其摩擦系数减少了50％以上。
[0018]2.Fe3O4@C核壳结构解决添加剂分散困难的问题，使得添加剂分散均匀，更好发挥润滑作用。
[0019]3.润滑薄膜制备工艺比较简单，成本较低，可以普遍应用于各微观摩擦系统中。
[0020]4.润滑薄膜具有极低蒸汽压，不可燃性，非挥发性，良好化学稳定性，热稳定性和可循环利用性，可作为一种高效、通用型润滑剂且自修复性能好。
附图说明
[0021]图1是实验条件分别在Si(纯硅片)、ILs-Si(对比例1)、0.001N+ILs-Si(实施例1)、0.01N+ILs-Si(实施例2)、0.05N+ILs-Si(实施例3)和0.1N+ILs-Si(实施例4)下得到的原子
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.通过Fe3O4@C核壳纳米钉固定离子液体润滑膜的方法，其特征在于，包括以下步骤：在离子液体与乙醇的混合溶液中加入Fe3O4@C核壳小球，超声混合均匀，得到的混合溶液滴加到洁净的基底表面，真空干燥，得到Fe3O4@C核壳纳米钉固定的离子液体润滑膜。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的离子液体选自1-己基-2,3-二甲基咪唑溴盐、1-己基-2,3-二甲基咪唑四氟硼酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑硝酸盐或1-丁基-3-甲基六氟咪唑磷酸盐。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的离子...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱秀华，安蓉，吴沐秋，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：