CN105087105B - 纳米二硫化钼磁性润滑剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纳米二硫化钼磁性润滑剂及其制备方法，具体的是一种纳米Fe₃O₄@IF‑MoS₂‑石墨烯润滑剂，其中，Fe₃O₄、IF‑MoS₂与石墨烯的质量比为1∶2～20∶0.02～0.5，此外，各组分均为特定尺寸与结构；制备方法为采用先将纳米Fe₃O₄分散到氧化石墨烯表面，然后在Fe₃O₄外面原位合成MoS₃前驱物，通过还原、脱硫获得产物。所制备的润滑剂产品收率高、纯度好、分散性好，同时具有良好的磁性和润滑性，在精密机械润滑、长效润滑等领域有重要的应用价值。

Description

纳米二硫化钼磁性润滑剂及其制备方法

一、发明领域

本发明涉及一种纳米二硫化钼磁性润滑剂领域，具体的说是一种纳米Fe₃O₄@IF-MoS₂-石墨烯润滑剂及其制备方法。

二、背景技术

固体润滑剂颗粒的尺寸对其性能的影响较大，纳米润滑剂相对于传统润滑剂而言，由于粒径更小、更接近于液体润滑膜厚，除能摩擦剪切或摩擦化学反应形成润滑膜外，还能起到微轴承的滚珠效应，因此，往往表现出更优秀的润滑性能。然而，在机械摩擦作用下，这些润滑剂纳米颗粒很快从摩擦界面脱落，不能长时间保持，因而影响了其优势的发挥。纳米磁性润滑剂能在外磁场作用下，有效富集在摩擦界面故能起到长效润滑的效果，甚至在没有外磁场作用下，一些铁基金属摩擦副的摩擦自激发磁化作用，对这些纳米级别的润滑剂微粒也有显著的富集效果。值得一提的是，由于纳米磁性润滑剂微粒的磁性，它们比普通纳米颗粒更加容易团聚，为此需要加入大量的表面活性剂进行分散[吴磊，刘永坤，李学慧，纳米磁性润滑油的制备，润滑与密封，2011，36(3):94-96]，这些表面活性剂的使用，一方面增加了润滑剂的使用成本，另一方面，在摩擦后期，由于表面活性剂的摩擦破坏，导致纳米磁性润滑剂颗粒的快速集聚，极大的影响了润滑稳定性，因此，迫切需要发展一种新型纳米磁性润滑剂。

近年来，粒径为数十至数百纳米的无机类富勒烯结构二硫化钼(IF-MoS₂)具有良好的润滑效果受到了科研人员的广泛关注，但同样由于润滑时效短受到了极大的限制，因此，将IF-MoS₂制备成磁性润滑剂是加速其应用的一个重要方法。中国专利[公开号CN104762122A]公开了一种石墨烯-类富勒烯二硫化钼复合润滑油添加剂及其制备方法，但这种纳米微粒并没有磁性，尽管也有关于磁性微粒Fe₃O₄@MoS₂的报道[Lin T,Wang J,GuoL,et al.Fe₃O₄@MoS₂Core-Shell Composites:Preparation,Characterization andCatalytic Application.The Journal of Physical Chemistry C,2015,119,13658-13664]，但其主要作为催化剂应用，由于功能的不同，材料的成分、结构、组成比、制备方法等会有显著的区别，迄今为止，基于IF-MoS₂的磁性润滑剂尚未见文献和专利等报道。

三、发明内容

本发明提供一种纳米Fe₃O₄@IF-MoS₂-石墨烯润滑剂及其制备方法。

本发明通过以下技术方案来实现，除特别说明外，所涉及的份数均为质量份数，百分比均为质量百分数。

一种纳米Fe₃O₄@IF-MoS₂-石墨烯润滑剂，其特征在于，Fe₃O₄、IF-MoS₂与石墨烯的质量比为1∶2～20∶0.02～0.5，其中，Fe₃O₄为粒径15～30nm的纳米球，IF-MoS₂为粒径80～200nm的空心类富勒烯结构纳米球，石墨烯为比表面积3000～3400m²/g的单层石墨烯。

如上所述的润滑剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将1份粒径为15～30nm的Fe₃O₄加入1000份含0.002～0.05％氧化石墨烯的水溶液中，30～50℃下超声分散20～40min；

(2)保持恒温超声状态，依次往溶液中加入0.1～0.5份EDTA-2Na、2～30份硫化钠、15～150份钼酸铵、0.2～2份草酸钠，调溶液pH至7，将溶液移至耐压反应釜中，在温度160～180℃下，保温反应1～2h；然后将pH调节至9～10，温度降至90～100℃，加入0.02～0.2份硼氢化钠，保温反应2～3h；冷却后将溶液离心，得到黑色固体，用去离子水冲洗干净、烘干，得润滑剂前驱物；

(3)将上述润滑剂前驱物置于管式炉中，通高纯氮气吹扫，气流速度0.05～1m/s，同时，将体系温度升至400～500℃煅烧10～20min，然后升温至900～1100℃煅烧30～60min，冷却、取出，即得纳米Fe₃O₄@IF-MoS₂-石墨烯润滑剂。

与以往的技术方法相比，本发明的优势在于：

1、本发明的组成与结构合理，既保持了纳米颗粒的磁性，又保持了其良好的润滑性。对于润滑剂而言，颗粒成分、组成比、各成分颗粒尺寸、结合方式、制备工艺等均会对产物产生重要而又难以预料的影响。本发明通过纳米颗粒尺寸、反应体系组成、制备工艺等的有效控制，保障了Fe₃O₄、IF-MoS₂、石墨烯各组分之间相对稳定的比例和独特的结合方式。

2、本发明的润滑剂产品收率高、纯度好、分散性好。通过制备工艺的控制有效提高了产品收率，通过分级合成、分级煅烧的方式提高了产品纯度，同时，利用氧化石墨烯众多的有机官能团的吸附有效分散了Fe₃O₄颗粒，然后在其表面原位合成MoS₃前驱物，防止了润滑剂颗粒自身的团聚，保证了润滑剂在介质中良好的分散效果。

四、具体实施例

为了更好的理解本发明，通过以下具体实施例说明本发明，除特别说明外，所涉及的份数均为质量份数，百分比均为质量百分数。

实施例1：

将1份粒径为15nm的Fe₃O₄加入1000份含0.002％氧化石墨烯的水溶液中，50℃下超声分散40min；保持恒温超声状态，依次往溶液中加入0.2份EDTA-2Na、2份硫化钠、20份钼酸铵、0.2份草酸钠，调溶液pH至7，将溶液移至耐压反应釜中，在温度165℃下，保温反应1h；然后将pH调节至9，温度降至90℃，加入0.02份硼氢化钠，保温反应2h；冷却后将溶液离心，得到黑色固体，用去离子水冲洗干净、烘干，得润滑剂前驱物；将润滑剂前驱物置于管式炉中，通高纯氮气吹扫，气流速度0.05m/s，同时，将体系温度升至400℃煅烧20min，然后升温至1000℃煅烧30min，冷却、取出，即得纳米Fe₃O₄@IF-MoS₂-石墨烯润滑剂。

实施例2：

将1份粒径为20nm的Fe₃O₄加入1000份含0.02％氧化石墨烯的水溶液中，40℃下超声分散30min；保持恒温超声状态，依次往溶液中加入0.2份EDTA-2Na、10份硫化钠、60份钼酸铵、0.8份草酸钠，调溶液pH至7，将溶液移至耐压反应釜中，在温度180℃下，保温反应1h；然后将pH调节至9.5，温度降至90℃，加入0.1份硼氢化钠，保温反应2.5h；冷却后将溶液离心，得到黑色固体，用去离子水冲洗干净、烘干，得润滑剂前驱物；将润滑剂前驱物置于管式炉中，通高纯氮气吹扫，气流速度0.05m/s，同时，将体系温度升至450℃煅烧10min，然后升温至900℃煅烧60min，冷却、取出，即得纳米Fe₃O₄@IF-MoS₂-石墨烯润滑剂。

实施例3：

将1份粒径为30nm的Fe₃O₄加入1000份含0.05％氧化石墨烯的水溶液中，30℃下超声分散30min；保持恒温超声状态，依次往溶液中加入0.3份EDTA-2Na、30份硫化钠、90份钼酸铵、1份草酸钠，调溶液pH至7，将溶液移至耐压反应釜中，在温度180℃下，保温反应2h；然后将pH调节至10，温度降至100℃，加入0.2份硼氢化钠，保温反应3h；冷却后将溶液离心，得到黑色固体，用去离子水冲洗干净、烘干，得润滑剂前驱物；将润滑剂前驱物置于管式炉中，通高纯氮气吹扫，气流速度1m/s，同时，将体系温度升至500℃煅烧20min，然后升温至1100℃煅烧40min，冷却、取出，即得纳米Fe₃O₄@IF-MoS₂-石墨烯润滑剂。

Claims (2)

1.一种纳米Fe₃O₄@IF-MoS₂-石墨烯润滑剂，其特征在于，Fe₃O₄、IF-MoS₂与石墨烯的质量比为1∶2～20∶0.02～0.5，其中，Fe₃O₄为粒径15～30nm的纳米球，IF-MoS₂为粒径80～200nm的空心类富勒烯结构纳米球，石墨烯为比表面积3000～3400m²/g的单层石墨烯。

2.一种权利要求1所述的纳米Fe₃O₄@IF-MoS₂-石墨烯润滑剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤，除特别说明外，所涉及的份数均为质量份数，百分比均为质量百分数：

(1)将1份粒径为15～30nm的Fe₃O₄加入1000份含0.002～0.05％氧化石墨烯的水溶液中，30～50℃下超声分散20～40min；

(2)保持恒温超声状态，依次往溶液中加入0.1～0.5份EDTA-2Na、2～30份硫化钠、15～150份钼酸铵、0.2～2份草酸钠，调溶液pH至7，将溶液移至耐压反应釜中，在温度160～180℃下，保温反应1～2h；然后将pH调节至9～10，温度降至90～100℃，加入0.02～0.2份硼氢化钠，保温反应2～3h；冷却后将溶液离心，得到黑色固体，用去离子水冲洗干净、烘干，得润滑剂前驱物；

(3)将上述润滑剂前驱物置于管式炉中，通高纯氮气吹扫，气流速度0.05～1m/s，同时，将体系温度升至400～500℃煅烧10～20min，然后升温至900～1100℃煅烧30～60min，冷却、取出，即得纳米Fe₃O₄@IF-MoS₂-石墨烯润滑剂。