CN111040822A - 纳米银线增强Ga-In液态金属润滑剂的制备方法 - Google Patents

纳米银线增强Ga-In液态金属润滑剂的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111040822A
CN111040822A CN201911313559.9A CN201911313559A CN111040822A CN 111040822 A CN111040822 A CN 111040822A CN 201911313559 A CN201911313559 A CN 201911313559A CN 111040822 A CN111040822 A CN 111040822A
Authority
CN
China
Prior art keywords
liquid metal
propylene glycol
nano
mixture
metal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201911313559.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111040822B (zh
Inventor
郭俊德
彭润玲
沈云波
曹蔚
杜航
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xian Technological University
Original Assignee
Xian Technological University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xian Technological University filed Critical Xian Technological University
Priority to CN201911313559.9A priority Critical patent/CN111040822B/zh
Publication of CN111040822A publication Critical patent/CN111040822A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111040822B publication Critical patent/CN111040822B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10M—LUBRICATING COMPOSITIONS; USE OF CHEMICAL SUBSTANCES EITHER ALONE OR AS LUBRICATING INGREDIENTS IN A LUBRICATING COMPOSITION
    • C10M125/00—Lubricating compositions characterised by the additive being an inorganic material
    • C10M125/04—Metals; Alloys
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/16—Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes
    • B22F9/18—Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes with reduction of metal compounds
    • B22F9/24—Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes with reduction of metal compounds starting from liquid metal compounds, e.g. solutions
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C47/00—Making alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments
    • C22C47/02—Pretreatment of the fibres or filaments
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C49/00—Alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments
    • C22C49/02—Alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments characterised by the matrix material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/16—Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes
    • B22F9/18—Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes with reduction of metal compounds
    • B22F9/24—Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes with reduction of metal compounds starting from liquid metal compounds, e.g. solutions
    • B22F2009/245—Reduction reaction in an Ionic Liquid [IL]

Abstract

本发明涉及一种纳米银线增强Ga‑In液态金属润滑剂的制备方法，其制备的润滑剂具有优良的减摩作用，可显著降低摩擦系数，改善设备在液态金属润滑下的摩擦学性能。本发明包括以下步骤：通过水热法，以聚乙烯吡咯烷酮作为保护剂，混合乙二醇、硝酸铋、硝酸和去离子水，在反应釜中反应一段时间，自然冷却至室温后将原液分散于无水乙醇中，通过微孔滤膜分离得到纳米银线；配制定比的Ga‑In液态金属，Ga与In的比例为：Ga为75wt％，In为25wt％，将金属Ga加热至液态，加入金属In，搅拌均匀；添加0.1wt％‑2wt％的纳米银线；通过超声分散混合均匀，得到添加纳米银线的Ga‑In液态金属，可比纯Ga‑In液态金属的摩擦系数降低约37％。

Description

纳米银线增强Ga-In液态金属润滑剂的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种金属润滑剂的制备方法，尤其是涉及一种纳米银线增强Ga-In液态金属润滑剂的制备方法。
背景技术：
目前，纳米颗粒作为润滑油添加剂有着非常广泛的应用。纳米颗粒具有纳米级尺寸，可在零件相对运动时产生微轴承效应，变滑动摩擦为滑动和滚动复合摩擦，起到减小摩擦的作用；纳米颗粒尺寸远小于摩擦副表面磨损产生的磨痕，因而可以填补金属表面磨痕，达到修复损伤的功能；纳米颗粒具有很高的表面能，可吸附在金属表面，形成吸附膜，且随着运动的进行，温度的升高，纳米颗粒渗透到材料表面，使材料表面的硬度大幅提高，抗磨能力大大加强。液态金属，同时具有液体的流动性、金属的高导电性，较为特殊；且具备室温液体的自修复能力；同时，液态金属具有较好的散热性能；液态金属Ga有较低的熔点(29.8℃)和较高的沸点(2204℃)，且具有较好的稳定性，其表面易于形成金属氧化层，产生的氧化层可以阻隔内层金属进一步发生氧化，因而稳定性较好。对液态金属所具有的性能进行分析，结合纳米颗粒在润滑中的广泛使用情况，考虑将两者结合。目前，现有技术中尚未有将纳米银线与液态金属结合作为润滑剂用于降低摩擦系数的报导。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种纳米银线增强Ga-In液态金属润滑剂的制备方法，其克服了现有技术中尚未有将纳米银线与液态金属结合作为润滑剂的问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种纳米银线增强Ga-In液态金属润滑剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
第一步，以聚乙烯吡咯烷酮作为保护剂，混合1,2-丙二醇和氯化钠后在反应釜中150℃～160℃下加热反应4～6小时，加热5～10min后逐滴加入硝酸银和1,2-丙二醇混合物，加热4～5小时后冷却至室温后将原液分散于无水乙醇。其中，首次添加的聚乙烯吡咯烷酮、1,2-丙二醇和氯化钠的质量配比为：0.3～0.5/150～160/0.5～0.6，二次加入的1,2-丙二醇和硝酸银配比为50～54/0.6～0.8。
第二步，用蒸馏水反复洗涤后通过微孔滤膜分离，得到长度为20～40μm，直径为30～90nm的纳米银线；
第三步，配制定比的Ga-In液态金属，Ga与In的比例为：Ga为75wt％，In为25wt％，将金属Ga在45℃加热至液态，加入金属In，搅拌均匀；
第四步，将0.1wt％～2wt％的纳米银线加入所配制Ga-In液态金属，通过超声分散混合均匀，超声时间为40～60min，得到含纳米银线的Ga-In液态金属。
作为优选方案，首次添加的聚乙烯吡咯烷酮、1,2-丙二醇和氯化钠的质量配比为：0.3～0.5/156/0.5～0.6，二次加入的1,2-丙二醇和硝酸银配比为52/0.6～0.8。
第一步反应中，加热后添加硝酸银和1,2-丙二醇混合物的时间间隔在6～8min。
所述的Ga和In金属，纯度均为99.99％。
与现有技术相比，本发明具有的优点如下：
本发明为一种新的增强Ga-In液态金属润滑性能的方法，基于液态金属在苛刻工况下的适用条件以及软金属银本身的润滑性能，以加入纳米银线的Ga-In液态金属作为润滑剂，将纳米银线材料的润滑特性与液态金属的适用性相结合，优化机械摩擦部件的润滑性能。在润滑液中添加纳米颗粒有利于界面的润滑，潜在的机理是纳米颗粒具有减摩的“滚珠效应”，银线本身类似于圆柱形的滚子，可变滑动为滚动，从而降低摩擦。制备的含纳米银线的Ga-In液态金属在平均接触压力0.7GPa，滑动速度24mm/s条件下，摩擦系数比纯Ga-In液态金属有显著降低，降低幅度在40％以上，而且摩擦系数稳定，比纯的Ga-In液态金属具有较好的润滑性能，用于高温高速苛刻工况下的减摩应用，改善设备在液态金属润滑下的摩擦学性能。
附图说明：
图1为本发明实施例1所制备的纳米银线的扫描电镜图片；
图2为实施例4(含有1.5wt％纳米银线的Ga-In液态金属)的摩擦系数图；
图3为实施例1-5制得样品在平均接触压力0.7GPa下平均摩擦系数随纳米银线添加量的变化曲线。
具体实施方式：
本发明是通过水热法，以聚乙烯吡咯烷酮作为保护剂，混合乙二醇、硝酸铋、硝酸和去离子水，在反应釜中反应一段时间，自然冷却至室温后将原液分散于无水乙醇中，通过微孔滤膜分离得到纳米银线；配制定比的Ga-In液态金属，将金属Ga加热至液态，加入金属In，再添加纳米银线；通过超声分散混合均匀，得到添加纳米银线的Ga-In液态金属。
实施例1:
一种纳米银线增强Ga-In液态金属润滑剂的制备方法，包括以下步骤：
第一步，以聚乙烯吡咯烷酮作为保护剂，混合1,2-丙二醇和氯化钠后在反应釜中150℃℃下加热反应6小时，5min后逐滴加入硝酸银和1,2-丙二醇混合物，添加硝酸银和1,2-丙二醇混合物的时间间隔在8min，加热4小时后冷却至室温后将原液分散于无水乙醇；其中，首次添加的聚乙烯吡咯烷酮、1,2-丙二醇和氯化钠的质量配比为：0.34/156/0.5，二次加入的1,2-丙二醇和硝酸银配比为52/0.7。
第二步，用蒸馏水反复洗涤后通过微孔滤膜分离，得到长度为20～40μm，直径为30～90nm的纳米银线；
第三步，配制定比的Ga-In液态金属，采用纯度均为99.99％的Ga和In金属，Ga与In的比例为：Ga为75wt％，In为25wt％，将金属Ga在45℃加热至液态，加入金属In，搅拌均匀；
第四步，将0.1wt％的纳米银线加入所配制Ga-In液态金属，通过超声分散混合均匀，超声时间为40min，得到含纳米银线的Ga-In液态金属。
实施例2：
一种纳米银线增强Ga-In液态金属润滑剂的制备方法，包括以下步骤：
第一步，以聚乙烯吡咯烷酮作为保护剂，混合1,2-丙二醇和氯化钠后在反应釜中160℃下加热反应4小时，10min后逐滴加入硝酸银和1,2-丙二醇混合物，添加硝酸银和1,2-丙二醇混合物的时间间隔在6min,加热5小时后冷却至室温后将原液分散于无水乙醇；其中，首次添加的聚乙烯吡咯烷酮、1,2-丙二醇和氯化钠的质量配比为：0.4/150/0.55，二次加入的1,2-丙二醇和硝酸银配比为50/0.6；
第二步，用蒸馏水反复洗涤后通过微孔滤膜分离，得到长度为20～40μm，直径为30～90nm的纳米银线；
第三步，配制定比的Ga-In液态金属，采用纯度均为99.99％的Ga和In金属，Ga与In的比例为：Ga为75wt％，In为25wt％，将金属Ga在45℃加热至液态，加入金属In，搅拌均匀；
第四步，将0.5wt％的纳米银线加入所配制Ga-In液态金属，通过超声分散混合均匀，超声时间为50min，得到含纳米银线的Ga-In液态金属。
实施例3：
一种纳米银线增强Ga-In液态金属润滑剂的制备方法，包括以下步骤：
第一步，以聚乙烯吡咯烷酮作为保护剂，混合1,2-丙二醇和氯化钠后在反应釜中155℃下加热反应5小时，8min后逐滴加入硝酸银和1,2-丙二醇混合物，添加硝酸银和1,2-丙二醇混合物的时间间隔在8min,加热4小时后冷却至室温后将原液分散于无水乙醇；其中，首次添加的聚乙烯吡咯烷酮、1,2-丙二醇和氯化钠的质量配比为：0.5/160/0.6，二次加入的1,2-丙二醇和硝酸银配比为54/0.8。
第二步，用蒸馏水反复洗涤后通过微孔滤膜分离，得到长度为20～40μm，直径为30～90nm的纳米银线；
第三步，配制定比的Ga-In液态金属，采用纯度均为99.99％的Ga和In金属，Ga与In的比例为：Ga为75wt％，In为25wt％，将金属Ga在45℃加热至液态，加入金属In，搅拌均匀；
第四步，将1wt％的纳米银线加入所配制Ga-In液态金属，通过超声分散混合均匀，超声时间为40min，得到含纳米银线的Ga-In液态金属。
实施例4，与实施例1不同之处在于纳米银线在Ga-In液态金属中的比例为1.5wt％。实施例4为最佳实施例，参见图1，可以看到所制备的纳米银线呈现棒状，分散性好且尺寸均匀，从摩擦学优化的角度来讲，银线过长会影响纳米银线在界面间的“滚动”，因此所制备出的银线在摩擦学理论上具备减摩的条件，这也与图2中的摩擦系数测试结果相一致，根据图中的摩擦系数最终可计算平均摩擦系数。
实施例5，与实施例2不同之处在于纳米银线在Ga-In液态金属中的比例为2wt％。
图3为实施例1-5中纳米银线在Ga-In液态金属中超声分散后的样品在平均接触压力0.7GPa下的平均摩擦系数随纳米银线添加量变化曲线，采用GCr15钢球和轴承钢盘作为配副，滑动速度为24mm/s，摩擦系数的数据每秒采集6个数据点，最后每500个点做一次平均化处理，最后得到摩擦系数曲线后再做平均化处理，得到平均摩擦系数。(含0.1wt％，0.5wt％，1wt％，1.5wt％，2wt％纳米银线的Ga-In液态金属在平均接触压力0.7GPa，滑动速度24mm/s条件下的摩擦系数)
实施例1，在往复式摩擦磨损实验机上测试所得的平均摩擦系数为0.221。
实施例2，在往复式摩擦磨损实验机上测试所得的平均摩擦系数为0.200。
实施例3，在往复式摩擦磨损实验机上测试所得的平均摩擦系数为0.163。
实施例4，在往复式摩擦磨损实验机上测试所得的平均摩擦系数为0.152。
实施例5，在往复式摩擦磨损实验机上测试所得的平均摩擦系数为0.160。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，以及部分运用的实施例，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种纳米银线增强Ga-In液态金属润滑剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
第一步，以聚乙烯吡咯烷酮作为保护剂，混合1,2-丙二醇和氯化钠后在反应釜中150℃～160℃下加热反应4～6小时，加热5～10min后逐滴加入硝酸银和1,2-丙二醇混合物，加热4～5小时后冷却至室温后将原液分散于无水乙醇。其中，首次添加的聚乙烯吡咯烷酮、1,2-丙二醇和氯化钠的质量配比为：0.3～0.5/150～160/0.5～0.6，二次加入的1,2-丙二醇和硝酸银配比为50～54/0.6～0.8。
第二步，用蒸馏水反复洗涤后通过微孔滤膜分离，得到长度为20～40μm，直径为30～90nm的纳米银线；
第三步，配制定比的Ga-In液态金属，Ga与In的比例为：Ga为75wt％，In为25wt％，将金属Ga在45℃加热至液态，加入金属In，搅拌均匀；
第四步，将占Ga-In液态金属0.1wt％～2wt％的纳米银线加入所配制Ga-In液态金属，通过超声分散混合均匀，超声时间为40～60min，得到含纳米银线的Ga-In液态金属。
2.根据权利要求1所述的纳米银线增强Ga-In液态金属润滑剂的制备方法，其特征在于：首次添加的聚乙烯吡咯烷酮、1,2-丙二醇和氯化钠的质量配比为：0.3～0.5/156/0.5～0.6，二次加入的1,2-丙二醇和硝酸银配比为52/0.6～0.8。
3.根据权利要求1所述的纳米银线增强Ga-In液态金属润滑剂的制备方法，其特征在于：第一步反应中，加热后添加硝酸银和1,2-丙二醇混合物的时间间隔在6～8min。
4.根据权利要求1所述的纳米银线增强Ga-In液态金属润滑剂的制备方法，其特征在于：所述的Ga和In金属，纯度均为99.99％。
CN201911313559.9A 2019-12-19 2019-12-19 纳米银线增强Ga-In液态金属润滑剂的制备方法 Active CN111040822B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911313559.9A CN111040822B (zh) 2019-12-19 2019-12-19 纳米银线增强Ga-In液态金属润滑剂的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911313559.9A CN111040822B (zh) 2019-12-19 2019-12-19 纳米银线增强Ga-In液态金属润滑剂的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111040822A true CN111040822A (zh) 2020-04-21
CN111040822B CN111040822B (zh) 2021-12-07

Family

ID=70237727

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911313559.9A Active CN111040822B (zh) 2019-12-19 2019-12-19 纳米银线增强Ga-In液态金属润滑剂的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111040822B (zh)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4647386A (en) * 1983-10-03 1987-03-03 Jamison Warren E Intercalated transition metal based solid lubricating composition and method of so forming
CN102328095A (zh) * 2011-10-14 2012-01-25 济南大学 一种长度与直径可调的金属银纳米线的制备方法
US20120208730A1 (en) * 2011-02-15 2012-08-16 Robert Chaffee Richmond Friction and Wear Modifiers Using Solvent Partitioning of Hydrophilic Surface-Interactive Chemicals Contained in Boundary Layer-Targeted Emulsions
US20130158307A1 (en) * 2005-07-19 2013-06-20 Margaret May-Som Wu Low Viscosity Poly-Alpha-Olefins
CN103771491A (zh) * 2014-01-26 2014-05-07 西安工业大学 一种Ga-Sn共掺杂ZnO纳米带及其制备方法
CN109022110A (zh) * 2018-08-23 2018-12-18 云南科威液态金属谷研发有限公司 以微纳米粉末作为添加剂的液态金属润滑剂及其制备方法
CN109280573A (zh) * 2018-11-01 2019-01-29 中国科学院兰州化学物理研究所 一种液态金属润滑剂的制备方法
CN109852453A (zh) * 2019-01-07 2019-06-07 中国科学院兰州化学物理研究所 一种高性能液态金属润滑剂的制备方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4647386A (en) * 1983-10-03 1987-03-03 Jamison Warren E Intercalated transition metal based solid lubricating composition and method of so forming
US20130158307A1 (en) * 2005-07-19 2013-06-20 Margaret May-Som Wu Low Viscosity Poly-Alpha-Olefins
US20120208730A1 (en) * 2011-02-15 2012-08-16 Robert Chaffee Richmond Friction and Wear Modifiers Using Solvent Partitioning of Hydrophilic Surface-Interactive Chemicals Contained in Boundary Layer-Targeted Emulsions
CN102328095A (zh) * 2011-10-14 2012-01-25 济南大学 一种长度与直径可调的金属银纳米线的制备方法
CN103771491A (zh) * 2014-01-26 2014-05-07 西安工业大学 一种Ga-Sn共掺杂ZnO纳米带及其制备方法
CN109022110A (zh) * 2018-08-23 2018-12-18 云南科威液态金属谷研发有限公司 以微纳米粉末作为添加剂的液态金属润滑剂及其制备方法
CN109280573A (zh) * 2018-11-01 2019-01-29 中国科学院兰州化学物理研究所 一种液态金属润滑剂的制备方法
CN109852453A (zh) * 2019-01-07 2019-06-07 中国科学院兰州化学物理研究所 一种高性能液态金属润滑剂的制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN111040822B (zh) 2021-12-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE60125147T2 (de) Hohle fulleren-artige nanopartikel als feste schmiermittel in verbundmetallmatrizen
Abad et al. Tribological properties of surface-modified Pd nanoparticles for electrical contacts
Kolodziejczyk et al. Surface-modified Pd nanoparticles as a superior additive for lubrication
Wu et al. Novel water-based nanolubricant with superior tribological performance in hot steel rolling
Li et al. Preparation of nanoscale liquid metal droplet wrapped with chitosan and its tribological properties as water-based lubricant additive
CN113956911B (zh) 一种复合稠化剂的全氟聚醚型润滑脂及其制备方法
CN111360243B (zh) 一种高性能的自润滑铜基受电弓滑板材料及其制备方法
Singh et al. Properties, functions and applications of commonly used lubricant additives: a review
CN110964940B (zh) 一种高熵合金浸银复合材料及其制备方法和应用
CN112210417A (zh) 一种实现碳薄膜超低摩擦的摩擦催化设计方法
CN111040822B (zh) 纳米银线增强Ga-In液态金属润滑剂的制备方法
CN111635800B (zh) 一种纳米颗粒复合超分子凝胶润滑剂及其制备方法
Wu et al. Ultra-dispersive sulfonated graphene as water-based lubricant additives for enhancing tribological performance
Prabu et al. Influence of Ag nanoparticles for the anti-wear and extreme pressure properties of the mineral oil based nano-cutting fluid
CN109082329B (zh) 一种三元纳米自润滑复合材料及其制备方法
Kang et al. Tribological behavior and self-lubricating mechanism of Ag–C fiber brushes under air and vacuum conditions
Chen et al. Inhibition of cold‐welding and adhesive wear occurring on surface of the 6061 aluminum alloy by graphene oxide/polyethylene glycol composite water‐based lubricant
JP2010100702A (ja) パーフルオロポリエーテルコンパウンド組成物
CN110373623B (zh) 一种梯度自润滑轴承及其制备方法
CN112143541A (zh) 一种二硫化钼和二硫化钨混合纳米润滑油添加剂及其应用
CN109536849B (zh) 一种磁悬浮列车刹车片材料及制备方法
CN108517238B (zh) 蛋白质修饰还原氧化石墨烯水润滑添加剂、其制法与应用
US3427244A (en) Solid lubricant composites
Guangyan et al. Research progress on synthesis and structural control of graphene lubricant additives
CN110760365B (zh) 一种氧化石墨烯/二氧化硅-三氧化二铝纳米复合水基润滑剂及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant