一种镓基液态金属高温润滑剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种镓基液态金属高温润滑剂的制备方法，主要步骤为：采用1～5wt％Bi对Ga

【技术实现步骤摘要】
一种镓基液态金属高温润滑剂及其制备方法


[0001]本专利技术涉及润滑材料
，具体是一种镓基液态金属高温润 滑剂的制备方法。

技术介绍

[0002]对于机械制造业领域，润滑剂的研发是核心的关键技术之一。运 动零部件的摩擦磨损是设备损坏和能量损失的主要原因；可靠润滑剂 不仅能保证机械零部件稳定、可靠运行，而且能够充分减摩，实现节 能减排，达成低碳。不同种类和型号的润滑油、润滑脂、离子液体， 在我国经济社会建设和国防军工中发挥着突出的作用。但是，对于部 分特定关键装置，上述润滑剂是不适用的。医疗放射领域和核领域的 工况，不仅要求润滑剂实现减摩，而且要求润滑剂满足足够的导电和 导热性能。镓基液态金属，在室温～2000℃内能够保持液态，金属元 素本质保证了良好的导电性和导热性，流体特征实现了较好的润滑性 能(Tribology International,141,2020,105904)。在医疗放射领域和核 领域，镓基液态金属是理想的润滑剂。进口CT设备的X射线管轴承 采用的就是镓基液态金属，我国目前还不能实现X射线管轴承的自 主制备，关键原因就是没有攻克有效润滑剂的研制问题。
[0003]随着检测运行指标的提高和更高端性能的实现，医疗放射领域和 核领域的轴承零件需要在较高的温度下进行服役，这就要求镓基液态 金属润滑剂在较高的温度下要实现良好的润滑性能。然而，高温环境 会降低液态金属的粘度，影响其润滑性能；必须提高镓基液态金属的 高温粘度。添加相界面结构和粘度对润滑剂的润滑性能，同样具有重 要作用。对于镓基液态金属，填加无机相(如二氧化硅)能够有效提 高其高温粘度；但是液态金属与绝大多数无机相的界面结构，在高温 下会显著恶化，会导致润滑失效。因此如何提高合金粘度的同时，保 持良好的界面结构，成为了高温润滑剂的难点。
[0004]本专利技术创新地采用镓基液态金属本征氧化物作为润滑性的粘度 增强相，一方面利用氧化物添加相结构，提高液态金属的粘度；另一 方面，利用氧化物基体的镓基液态金属成分，实现添加相与基体之间 的良好界面；为解决液态金属高温润滑剂的难点，开辟了一条可行的 道路。
[0005]除了采用添加相外部武装，通过合金化的方式，对液态金属进行 内部结构强化，也能有效改进润滑性能。本专利技术通过添加Bi，不仅 有效提高了液态金属的润湿性和粘度，进一步保证了液态金属的高温 润滑性能；而且Bi元素是固溶在Ga
‑
In
‑
Sn液态金属中，改性后的液 态金属与液态金属氧化物依然保持了良好的接触界面。
[0006]综上所述，针对我国医疗和核领域对液态金属高温润滑剂的需求， 面向现有液态金属高温下粘度降低的问题，创新性地采用内部合金化 强化与外部添加相辅助相互结合的方式；内部添加Bi，提高粘度和 润湿性；外部添加相创新性地采用镓基液态金属本征氧化物，提高粘 度的同时，实现了添加相与合金化液态金属基体的良好界面。本专利技术 制备的液态金属润滑剂在高温下具有良好的润滑性能，在医疗、核领 域以及冉冉升起的软体机器人领域具有重要应用潜力。

技术实现思路

[0007]本专利技术提供一种镓基液态金属高温润滑剂及其制备方法。本专利技术 的镓基液态金属高温润滑剂基于液态金属合金化和液态金属氧化物 的添加，获得了优异的高温润滑性能。
[0008]本专利技术的一种镓基液态金属高温润滑剂，其特征在于，该镓基液 态金属高温润滑剂包括合金化液态金属和液态金属氧化物，其组成比 例为：(合金化液态金属)
(100
‑
y)wt％
‑
(液态金属氧化物)
y wt％
，4≥y ≥1；
[0009]其中，合金化液态金属由Bi、Ga、In、Sn组成，组成比例为： (Ga
‑
In
‑
Sn基础液态金属)
(100
‑
x)wt％
Bi
x wt％
，5≥x≥1；
[0010]液态金属氧化物为Ga
‑
In
‑
Sn液态金属的氧化物。
[0011]本专利技术镓基液态金属高温润滑剂制备方法，具体步骤如下：
[0012]1)合金化
[0013]在无氧环境下，按照(Ga
‑
In
‑
Sn基础液态金属)
(100
‑
x)wt％
Bi
x wt％
， 5≥x≥1的比例称取Bi、Ga、In、Sn，置于锥形瓶中，然后将锥形瓶 置于200～250℃的油浴锅中，磁子搅拌0.5～1.5小时，冷却得到合金 化液态金属；
[0014]2)氧化
[0015]将Ga
‑
In
‑
Sn基础液态金属置于烧杯中，将烧杯放入马弗炉中， 大气环境高温保温，实现初步氧化；然后将烧杯置于200～250℃的油 浴锅中，大气环境下磁子搅拌0.5～1.5小时，充分氧化，冷却得到液 态金属氧化物；
[0016]3)混合
[0017]按照(合金化液态金属)
(100
‑
y)wt％
‑
(液态金属氧化物)
y wt％
，4 ≥y≥1的比例称取合金化液态金属和液态金属氧化物，置于锥形瓶 中,磁子搅拌0.5～1.5小时，然后将锥形瓶置于超声波清洗器中，超 声分散0.5～1小时，得到镓基液态金属高温润滑剂。
[0018]作为进一步优选的实施方案，所述Ga
‑
In
‑
Sn基础液态金属优选 质量百分比为：Ga
65
In
22
Sn
13
；
[0019]作为进一步优选的实验方案，所述氧化步骤中的Ga
‑
In
‑
Sn基础 液态金属，由Ga、In、Sn原料，置于锥形瓶中，在180℃油浴锅中 搅拌1～1.5小时，冷却获得；
[0020]作为进一步优选的实施方案，所述无氧环境为氩气氛围的手套箱， 其氧气含量≤10ppm；
[0021]作为进一步优选的实施方案，所述Bi为粉末，粒度为50～100nm；
[0022]作为进一步优选的实施方案，所述Ga、In、Sn、Bi原料的纯度 均为99.99％；
[0023]作为进一步优选的实施方案，马弗炉中高温保温，工艺为 250～400℃保温1～4小时。
[0024]本专利技术的有益效果：
[0025](1)本专利技术利用Bi合金化，实现了Ga
‑
In
‑
Sn液态金属粘度和 润湿性的提高；利用镓基液态金属本征氧化物作为添加相，提高了液 态金属的粘度，实现了粘度添加相与合金化液态金属的良好界面，解 决了粘度添加相在高温下与基体的界面劣化导致润滑性能下降的问 题。
[0026](2)本专利技术制备的镓基液态金属高温润滑剂，主要由金属元素 构成，具有优异的...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种镓基液态金属高温润滑剂，其特征在于，该镓基液态金属高温润滑剂包括合金化液态金属和液态金属氧化物，其组成比例为：(合金化液态金属)
(100
‑
y)wt％
‑
(液态金属氧化物)
ywt％
，4≥y≥1；其中，合金化液态金属由Bi、Ga、In、Sn组成，组成比例为：(Ga
‑
In
‑
Sn基础液态金属)
(100
‑
x)wt％
Bi
xwt％
，5≥x≥1；液态金属氧化物为Ga
‑
In
‑
Sn液态金属的氧化物。2.一种权利要求1所述镓基液态金属高温润滑剂的制备方法，其特征在于，步骤如下：1)合金化在无氧环境下，按照(Ga
‑
In
‑
Sn基础液态金属)
(100
‑
x)wt％
Bi
xwt％
，5≥x≥1的比例称取Bi、Ga、In、Sn，置于锥形瓶中，然后将锥形瓶置于200～250℃的油浴锅中，磁子搅拌0.5～1.5小时，冷却得到合金化液态金属；2)氧化将Ga
‑
In
‑
Sn基础液态金属置于烧杯中，将烧杯放入马弗炉中，大气环境高温保温，实现初步氧化；然后将烧杯置于200～250℃的油浴锅中，大气环境下磁子搅拌0.5～1.5小时，充...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔竹辉，于源，朱晓童，李彤阳，刘维民，宋琳，
申请(专利权)人：烟台先进材料与绿色制造山东省实验室烟台中科先进材料与绿色化工产业技术研究院，
类型：发明
国别省市：