一种MXene基复合润滑涂层的制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种摩擦诱导的MXene基双层异质复合涂层及其制备方法和应用，属于涂层技术领域。本发明专利技术提供的MXene基双层异质复合涂层，包括MXene层和位于所述MXene层表面的PTFE转移层，其中，MXene层强度高，PTFE转移层韧性强，两者通过协同互补使复合涂层实现强韧性的统一。PTFE转移层保护MXene涂层在大气和湿度条件下都表现出优异的润滑耐磨性能，具有环境不敏感性。本发明专利技术在新型功能润滑涂层构筑以及长寿命、多环境摩擦学服役工况下具有极大应用潜力。本发明专利技术采用金属离子诱导MXene纳米片自组装和牺牲摩擦对偶的原位转移法进行制备，操作简单，复合涂层与基底结合强度高，能够实现机械化生产。机械化生产。机械化生产。

【技术实现步骤摘要】
一种MXene基复合润滑涂层的制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及耐磨涂层
，具体涉及一种MXene基双层异质复合涂层及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]摩擦不仅会降低运动机械部件的使用效率和寿命，而且会加剧能耗。据估计，汽车燃料的三分之一仅仅是为了克服摩擦而消耗掉的。因此，开发固体润滑涂层，最大限度地减少摩擦能量损失能够极大地提高机械部件的服役寿命。为保证固体润滑涂层长寿命、高强韧、多环境适用于一体的特性，轻质高强、多元复合的润滑材料的选择与结构构筑是未来的趋势发展。
[0003]低维碳MXene纳米材料凸显了更薄、更轻、更柔和更强的结构特征，在未来的航天和机械涂层领域具有广阔的应用前景。由于MXene的高脆性及湿度敏感性，导致MXene涂层容易磨损失效，服役寿命极低。通过在涂层中掺杂纳米颗粒能够提高其耐磨性能。例如，中国专利CN202110635660.7公开了一种MXene/GO复合涂层，表现出优异的减摩耐磨性能。然而，上述MXene/GO复合涂层受湿度等因素的影响易导致润滑失效。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种MXene基双层异质复合涂层及其制备方法和应用，本专利技术提供的MXene基双层异质复合涂层在高湿环境中润滑耐磨性能优异。
[0005]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0006]本专利技术提供了一种MXene基双层异质复合涂层，包括MXene层和位于所述MXene层表面的聚四氟乙烯转移层。
[0007]优选的，所述MXene层的厚度为1～6μm。
[0008]优选的，所述MXene层的材质包括Ti3C2T
x
、V2CT
x
、Nb2CT
x
、Ti2C和Mo2CT
x
中的一种或几种。
[0009]本专利技术提供了上述技术方案所述MXene基双层异质复合涂层的制备方法，包括以下步骤：
[0010]将基底置于金属离子溶液中浸泡后置于MXene分散液中进行MXene纳米片自组装，得到MXene层；
[0011]以所述MXene层和聚四氟乙烯对偶球作为摩擦副通过对摩进行摩擦转移，在所述MXene层表面形成聚四氟乙烯转移层，得到MXene基双层异质复合涂层。
[0012]优选的，所述金属离子溶液中的金属离子包括Al
3+
、Mg
2+
、Cr
3+
、Fe
2+
、Fe
3+
和Zr
4+
中的一种或几种；
[0013]所述金属离子溶液的浓度为0.1～0.5mol/L。
[0014]优选的，所述浸泡的温度为10～40℃，时间为0.01～10s。
[0015]优选的，所述MXene分散液的浓度为2～20g/L。
[0016]优选的，所述MXene纳米片自组装的温度为10～40℃，时间为5～60s。
[0017]优选的，所述摩擦转移的滑动速度为0.75～2cm/s，法向载荷为1～5N，时间为0.1～2.0h。
[0018]本专利技术提供了上述技术方案所述MXene基双层异质复合涂层或上述技术方案所述制备方法得到的MXene基双层异质复合涂层在摩擦润滑领域中的应用。
[0019]本专利技术提供了一种MXene基双层异质复合涂层，包括MXene层和位于所述MXene层表面的聚四氟乙烯转移层。本专利技术提供的MXene基双层异质复合涂层中，MXene层具有高强度，有机相聚四氟乙烯(PTFE)转移层具有高韧性，能够与无机相MXene层的高强度达到协同互补，使得MXene基双层异质复合涂层同时具有高强度、高韧性和致密性。PTFE转移层具有环境稳定性，能够保护MXene层不受水分的侵蚀，具有环境不敏感性，在高湿性条件下仍然表现出优异的润滑耐磨性能，服役性能优异。而且，本专利技术提供的MXene基双层异质复合涂层与基体的结合力强，对构筑轻质高强的涂层有很大的指导意义。本专利技术提供的MXene基双层异质复合涂层在新型功能润滑涂层构筑以及长寿命、多环境的摩擦学服役工况下具有极大应用潜力。
[0020]本专利技术提供了上述技术方案所述MXene基双层异质复合涂层的制备方法。本专利技术提供的制备方法，结合了金属离子诱导MXene层自组装方法，牺牲摩擦对偶的原位转移法，摩擦力/热诱导的新型涂层构筑技术。本专利技术利用金属离子诱导MXene纳米片进行自组装，不仅能加强涂层与基体的静电吸附结合力，还能满足涂层内部层与层之间的结合力，对构筑轻质高强的涂层具有重要的指导意义；而且，本专利技术采用“牺牲PTFE摩擦对偶法”，在摩擦力和热作用下原位构建MXene基双层异质复合涂层，操作简单，容易实现机械化生产。
附图说明
[0021]图1为实施例1制备的MXene层的断面SEM图；
[0022]图2为实施例1制备的MXene层的应力
‑
应变曲线；
[0023]图3为实施例2制备的MXene层的断面SEM图；
[0024]图4为实施例2制备的MXene层的应力
‑
应变曲线；
[0025]图5为实施例2制备的MXene层的表面SEM图；
[0026]图6为实施例2制备的MXene基双层异质复合涂层的表面SEM图；
[0027]图7为实施例3制备的MXen涂层的断面SEM图；
[0028]图8为实施例3制备的MXene层的应力
‑
应变曲线；
[0029]图9为实施例9制备的MXene基双层异质复合涂层的表面SEM图；
[0030]图10为实施例10制备的MXene基双层异质复合涂层的表面SEM图；
[0031]图11为实施例11制备的MXene基双层异质复合涂层的表面SEM图；
[0032]图12为实施例12制备的MXene基双层异质复合涂层的表面SEM图；
[0033]图13为实施例2制备的MXene基双层异质复合涂层表面的轮廓表征图，其中，(a)为三维轮廓表征，(b)为二维曲线；
[0034]图14为实施例2制备的MXene基双层异质复合涂层的断面SEM图；
[0035]图15为实施例2制备的MXene基双层异质复合涂层的EDS元素分布图；
[0036]图16为对比例1制备的MXene基双层异质复合涂层的断面SEM图；
[0037]图17为对比例1制备的MXene基双层异质复合涂层的应力
‑
应变曲线；
[0038]图18为实施例2制备的MXene基双层异质复合涂层(PTFE/MXene coating)、对比例2制备的MXene层(Al
3+
‑
MXene coating)和对比例3制备的PTFE转移层(PTFE transfer coating)的XRD谱图；
[0039]图19为实施例2制备的MXen本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种MXene基双层异质复合涂层，包括MXene层和位于所述MXene层表面的聚四氟乙烯转移层。2.根据权利要求1所述的MXene基双层异质复合涂层，其特征在于，所述MXene层的厚度为1～6μm。3.根据权利要求1或2所述的MXene基双层异质复合涂层，其特征在于，所述MXene层的材质包括Ti3C2T
x
、V2CT
x
、Nb2CT
x
、Ti2C和Mo2CT
x
中的一种或几种。4.权利要求1～3任一项所述MXene基双层异质复合涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将羟基化基底置于金属离子溶液中浸泡后置于MXene分散液中进行MXene纳米片自组装，得到MXene层；以所述MXene层和聚四氟乙烯对偶球作为摩擦副通过对摩进行摩擦转移，在所述MXene层表面形成聚四氟乙烯转移层，得到MXene基双层异质复合涂层。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述金属离子溶液中的金属离...

【专利技术属性】
技术研发人员：王金清，杨亚文，马立民，贾卫红，王宏刚，杨生荣，
申请(专利权)人：中国科学院兰州化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：