CN110550659A - 一种二硫化钨微球及其制备方法和应用 - Google Patents

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叶霞
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Abstract

本发明属于润滑材料技术领域，具体涉及一种二硫化钨微球及其制备方法和作为润滑油添加剂的应用。所述制备方法包括：(1)将钨酸铵溶于去离子水中，形成钨酸铵溶液；(2)向步骤(1)所得钨酸铵溶液中加入硫代乙酰胺，搅拌，再加入草酸，得到混合溶液，然后进行水热反应，经冷却、离心、洗涤和干燥，得到二硫化钨微球。本发明采用一步水热反应法，制备得到形貌均一、分散性好的二硫化钨微球，在作为润滑剂的添加剂的应用中，具有减少润滑油的摩擦系数的效果；工艺简单易控、原料安全、成本低廉、产物产出率高，对环境友好，适合大规模的工业生产。

Description

一种二硫化钨微球及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于润滑材料技术领域，具体涉及一种二硫化钨微球及其制备方法和作为润滑油添加剂的应用。
背景技术
摩擦与磨损是普遍存在的自然现象，根据文献报道因机械运动所产生的摩擦损失了世界上一次性能源的1/3以上，磨损则是材料与设备破坏和失效的3种主要形式之一，而润滑剂则能帮助降低摩擦、减小或避免磨损。润滑剂可分为三类：固体润滑剂、液体润滑剂和气体润滑剂。最常见的润滑剂是液体润滑剂，由基础润滑油和添加剂组成。添加剂很大程度上决定了润滑剂的使用性能，包括抗腐蚀性、抗磨损性和抗氧化性。抗磨减摩性能是润滑剂的主要性能之一，通常在研究或开发润滑油产品时要优先考虑，润滑油抗磨减摩添加剂的研究是一个热门领域。
二硫化钨(WS2)是一种具有类似石墨层状结构的典型过渡金属硫化物，单个二硫化钨分子层由上下两层S原子夹着中间一层W原子构成S-W-S的三明治结构，分子层内由很强的共价键连接，而分子层之间却只有很弱的范德华尔斯力，这使得二硫化钨晶体内的分子层很容易剥离。这种特殊的结构使得二硫化钨具有良好的润滑性能，因此并被广泛应用于固体润滑剂领域。研究发现纳米材料的尺寸、结构和形貌对其性能有极大的影响。球状纳米材料作为润滑油添加剂添加到基础油中的减摩效果比片状纳米材料的要好，这是由于球状纳米材料能在摩擦副间形成滚珠轴承效应，使摩擦副间的滑动摩擦转变为滚动摩擦。因此理论上分析，球状二硫化钨纳米材料将能更好的改善润滑油的减摩效果，但目前的文献和专利对球状二硫化钨材料的制备方法介绍的却很少。
鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的在于提供一种二硫化钨微球及其制备方法和作为润滑油添加剂的应用，制备方法环保无污染，成本低，效率高。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种二硫化钨微球的制备方法，包括如下步骤：
(1)将钨酸铵溶于去离子水中，形成钨酸铵溶液；
(2)向步骤(1)所得钨酸铵溶液中加入硫代乙酰胺，搅拌，再加入草酸，继续搅拌至均匀，得到混合溶液，然后进行水热反应，反应结束后，经冷却、离心、洗涤和干燥，得到二硫化钨微球。
反应过程中草酸充当催化剂和辅助还原剂，提高产物的产率和纯度。
优选地，步骤(1)中所述钨酸铵溶液的浓度为20-30mg/mL。
优选地，所述钨酸铵与所述硫代乙酰胺的摩尔比为1:40-50；所述草酸与硫代乙酰胺的摩尔比为1:2.5-3.5。
优选地，步骤(2)中所述搅拌的时间为10-15min。
优选地，步骤(2)中所述水热反应的温度为240-260℃，时间为22-26h。
优选地，步骤(2)中所述洗涤为采用去离子水和乙醇洗涤。
优选地，所述干燥的温度为60-80℃，干燥时间为12-16h
本发明的另一个目的在于提供一种所述的方法制备的二硫化钨微球，所述微球的直径为2-4μm。
本发明的再一个目的在于提供一种所述的二硫化钨微球作为润滑油添加剂的应用。
本发明的有益效果：
(1)本发明通过选择钨酸铵作为钨源，与硫代乙酰胺在草酸的条件下进行水热反应，制备得到二硫化钨微球，采用一步水热反应法，制备工艺简单易控、原料安全、成本低廉、产物产出率高，对环境友好，适合大规模的工业生产。
(2)本发明通过控制反应原料的比例，水热反应的温度和时间，制备得到形貌均一、分散性好的二硫化钨微球，在作为润滑剂的添加剂的应用中，具有减少润滑油的摩擦系数的效果。
附图说明
图1为本发明实施例1所制得的二硫化钨微球的XRD图谱。
图2为本发明实施例1所制得的二硫化钨微球的扫描电镜(SEM)照片；(a)为低放大倍数，(b)为高放大倍数。
图3为本发明实施例2所制得的二硫化钨微球的EDS图谱。
图4为本发明实施例3所制得的二硫化钨微球的扫描电镜(SEM)照片。
图5为实施例1所制得的二硫化钨微球作为基础油HVI 750的添加剂对改善油品摩擦学性能的摩擦曲线图。
具体实施方式
下面将结合具体实施例和附图对本发明做进一步详细的说明，但不限于此。
实施例1
将0.75g钨酸铵溶解到30mL去离子水中，配制成25mg/mL的溶液，再加入0.75g硫代乙酰胺，利用磁力搅拌器搅拌10min，然后再加入0.3g草酸，再次将混合溶液搅拌10min，最后将搅拌后的溶液转移到容积为50mL的水热反应釜中；于240℃条件下进行水热反应24h，然后自然冷却，经离心后，用去离子水和乙醇各洗涤三次，最后将离心后的黑色样品放入干燥箱，在80℃温度下保温12h，即得到二硫化钨微球。
图1为本实施例所制备的二硫化钨微球的XRD图谱，可以看出，产物为纯的WS2六方晶体。
图2为本实施例所制备的二硫化钨微球的SEM照片，从低倍的SEM照片(a)中可以明显看到样品由大量的微球组成，微球的大小比较均一，而从高倍的SEM照片(b)中则可看到完整的单个微球。
实施例2
将0.9g钨酸铵溶解到30mL去离子水中，配制成30mg/mL的溶液，再加入1.1g硫代乙酰胺，利用磁力搅拌器搅拌10min，再向混合溶液中加入0.45g草酸，再次搅拌15min，将搅拌后的溶液转移到容积为50mL的水热反应釜中；于250℃条件下进行水热反应22h，然后自然冷却，经离心后，用去离子水和乙醇各洗涤三次，最后放入干燥箱，在60℃条件干燥15h，即得到二硫化钨微球；SEM照片与图2相似。
图3为本实施例所制备的二硫化钨微球的EDS图谱，在图中只存在S和W元素，两元素的原子比为1.97:1，说明所制备的产物为纯的WS2。
实施例3
将0.6g钨酸铵溶解到30mL去离子水中，配制成20mg/mL的溶液，再加入0.6g硫代乙酰胺，利用磁力搅拌器搅拌15min，然后向混合溶液中加入0.3g草酸，再次搅拌10min，将搅拌后的溶液转移到容积为50mL的水热反应釜中；于260℃条件下进行水热反应26h，然后自然冷却，经离心后，用去离子水和乙醇各洗涤三次，最后放入干燥箱，在60℃条件干燥12h，即得到二硫化钨微球。
图4为本实施例所制备的二硫化钨微球的SEM照片，从图中可看出，所制备的样品为大小均一的微球形。
试验例1
将实施例1所制得WS2微球以基础油质量的0.5wt％、1wt％、3wt％、5wt％添加到基础油HVI750中，以球-盘摩擦方式，上试样为材料牌号440C直径4mm的不锈钢球，下试样为Φ25mm×6mm的45#钢盘，实验时上试样固定不动，下试样作旋转运动，以摩擦半径7mm，相对旋转速度400rpm，加载力5N、10N、20N、40N、80N，摩擦实验时间30min对所配制油品进行摩擦学性能测试，其摩擦曲线如图5所示，从图中可以看出，添加了二硫化钨微球的润滑油摩擦系数比纯基础油HVI750的摩擦系数明显减小，结果显示WS2微球质量配比为1wt％的润滑油综合减摩耐磨性能最佳。
尽管已经详细描述了本发明的实施方式，但是应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明的实施方式做出各种改变、替换和变更。

Claims (8)

1.一种二硫化钨微球的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将钨酸铵溶于去离子水中，形成钨酸铵溶液；
(2)向步骤(1)所得钨酸铵溶液中加入硫代乙酰胺，搅拌，再加入草酸，继续搅拌至均匀，得到混合溶液，然后进行水热反应，反应结束后，经冷却、离心、洗涤和干燥，得到二硫化钨微球。
2.根据权利要求1所述的一种花状二硫化钨微球的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述钨酸铵溶液的浓度为20-30mg/mL。
3.根据权利要求1所述的一种二硫化钨微球的制备方法，其特征在于，所述钨酸铵与所述硫代乙酰胺的摩尔比为1:40-50；所述草酸与硫代乙酰胺的摩尔比为1:2.5-3.5。
4.根据权利要求1所述的一种二硫化钨微球的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述搅拌的时间为10-15min。
5.根据权利要求1所述的一种二硫化钨微球的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述水热反应的温度为240-260℃，时间为22-26h；所述干燥的温度为60-80℃，干燥时间为12-16h。
6.根据权利要求1所述的一种二硫化钨微球的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述洗涤为采用去离子水和乙醇洗涤。
7.一种如权利要求1～6任一项所述的方法制备的二硫化钨微球，其特征在于，所述微球的直径为2-4μm。
8.一种如权利要求7所述的二硫化钨微球作为润滑油添加剂的应用。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN114203984A (zh) * 2021-11-08 2022-03-18 南京航空航天大学 一种WS2@MoS2@C/rGO电极材料及制备方法和应用

Non-Patent Citations (2)

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X. SHANG ET AL.: ""Carbon fiber cloth supported interwoven WS2 nanosplates with highly enhanced performances for supercapacitors"", 《APPLIED SURFACE SCIENCE》 *
日本钢铁协会编 简光沂译: "《新版钢铁技术讲座 第4卷 钢材加工》", 31 May 1982, 上海科学技术出版社 *

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