CN114702843B - 一种改善大气环境下二硫化钼涂层摩擦磨损性能的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种改善大气环境下二硫化钼涂层摩擦磨损性能的方法，应用于能量摩擦耗散技术领域，针对现有的二硫化钼在大气环境下摩擦磨损性能急剧恶化的问题；本发明通过将二硫化钼粉末、表面活性剂和碳酸钠加入去离子水中配成二硫化钼混合溶液A，然后对混合溶液A进行超声处理；将混合溶液滴到硅基底上并进行真空加热处理；本发明方法通过加入碳酸钠降低了大气环境下二硫化钼涂层的氧化程度，从而有效改善其摩擦磨损性能。

Description

一种改善大气环境下二硫化钼涂层摩擦磨损性能的方法
技术领域
本发明属于能量摩擦耗散技术领域，特别涉及一种改善二硫化钼在大气环境下的摩擦磨损性能的技术。
背景技术
自从SpaceX公司成功回收火箭以来，航天器的二次利用受到广泛的关注。航天器在地面和太空两种截然不同的环境下的服役对润滑材料提出了严重的挑战。二硫化钼在航天器润滑材料中占有重要的地位。研究表明，二硫化钼在真空环境下摩擦磨损性能优异，但在大气环境下摩擦磨损性能急剧恶化。目前研究人员多是通过在二硫化钼涂层中添加金属元素来改善大气环境下二硫化钼的摩擦磨损性能，但这些方法成本较高，需要昂贵的设备和复杂的操作过程。因此，本领域需要开发一种简单、经济的方法来改善二硫化钼在大气环境下的摩擦磨损性能。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提出一种改善大气环境下二硫化钼涂层摩擦磨损性能的方法，通过降低大气环境下二硫化钼涂层的氧化程度，从而有效改善其摩擦磨损性能。
本发明采用的技术方案为：一种改善大气环境下二硫化钼涂层摩擦磨损性能的方法，包括：
S1、将二硫化钼粉末、去离子水、表面活性剂和碳酸钠混合，得到混合溶液A；
S2、将所述混合溶液A进行超声处理；
S3、将经步骤S2处理后的混合溶液A滴注于硅基底上并真空加热处理，得到二硫化钼涂层。
本发明的有益效果：本发明提供了一种新的策略来降低二硫化钼在大气环境下的氧化程度，从而改善大气环境下二硫化钼的摩擦磨损性能。本发明制备方法简单易行，成本较低。通过实验测试表明通过在二硫化钼中添加适量碳酸钠能降低二硫化钼的氧化程度，有效地提升二硫化钼涂层在大气环境下的摩擦磨损性能；采用本发明的方法可以有效提升二硫化钼涂层在大气环境下的润滑性能。
附图说明
图1为本发明的方法流程图；
图2为本发明实施例3中碳酸钠去除二硫化钼台阶边缘氧化物原理图；
其中，(a)为未添加碳酸钠的二硫化钼样品台阶边缘具有氧化层；(b)为添加碳酸钠的二硫化钼样品台阶边缘氧化层；
图3为本发明实施例3中制得的二硫化钼涂层在大气环境下的摩擦系数测试图像；
图4为本发明实施例3中制得的二硫化钼涂层磨损后的光镜图像；
其中，(a)为未添加碳酸钠的二硫化钼涂层的磨痕宽度；(b)为添加碳酸钠的二硫化钼涂层的磨痕宽度；
图5为本发明实施例3中制得的二硫化钼涂层磨屑的拉曼光谱图像；
其中，(a)为二硫化钼拉曼特征峰；(b)为三氧化钼拉曼特征峰。
具体实施方式
为便于本领域技术人员理解本发明的技术内容，下面结合附图对本发明内容进一步阐释。
实施例1
如图1所示，本发明的一种大气环境下改善二硫化钼摩擦磨损性能的方法，包括以下步骤：
(1)将粒径2-25μm的二硫化钼粉末、表面活性剂和碳酸钠加入去离子水中得混合溶液 A，混合溶液A中二硫化钼质量浓度为25％-50％，表面活性剂浓度为0.05％-0.15％，碳酸钠质量浓度为1-8％；
(2)对混合溶液A进行超声剥离处理，温度为室温，时间为1-2小时，功率150-200W；超声处理能进一步提高二硫化钼在溶液中分散程度；
(3)超声剥离处理后，将所得混合溶液按照0.04mL-0.12mL每平方厘米的用量滴注于硅基底上并进行真空加热处理，加热温度为50-120℃，加热时间为30-100分钟。
加热处理将有助于提高溶液的蒸发速率，并且能进一步提高二硫化钼与基底的结合强度。
采用真空气氛能避免加热导致二硫化钼发生氧化。
实施例2
所述表面活性剂为非离子表面活性剂，优选为异辛基苯基聚氧乙烯醚。
本实施例在制备样品过程中使用的溶剂为去离子水，相对于采用有机溶剂，采用水为溶剂会使二硫化钼样品不会因有机物残留而影响其摩擦磨损性能。本发明采用的表面活性剂中具有亲水基团和疏水基团，疏水基团可以与二硫化钼稳定结合，亲水基团使其稳定分散在水中，因亲疏水基团的作用，二硫化钼粉末被乳化成胶体，改善其在水溶液中的分散性。相对于水溶液分散样品的方式，本发明采用去离子水+非离子表面活性剂+超声处理的组合可以使二硫化钼在溶液中的分散性更好，最终使沉积样品的均匀更好。
实施例3
一种大气环境下改善二硫化钼摩擦磨损性能的方法，步骤如下：
(1)将粒径5μm的二硫化钼粉末、曲拉通(又称异辛基苯基聚氧乙烯醚)和碳酸钠加入去离子水中得混合溶液A，混合溶液A中二硫化钼质量浓度为48.78％，异辛基苯基聚氧乙烯醚质量浓度为0.1％，碳酸钠质量浓度为2.44％；本领域技术人员应知去离子水质量占比为47.78％。
(2)对混合溶液A进行超声剥离处理，温度为室温，时间为1.5小时，功率175W；
(3)超声剥离处理后，将所得混合溶液按照0.08mL每平方厘米的用量滴注于硅基底上并进行真空加热处理，加热温度为70℃，加热时间为60分钟。
本实施例3中添加碳酸钠去除二硫化钼台阶边缘氧化物原理如图2所示。图2(a)中未添加碳酸钠的二硫化钼样品台阶边缘具有氧化层，且台阶边缘氧化层会导致吸附水量增多。图2(b)中添加碳酸钠的二硫化钼样品台阶边缘氧化层的生成受到抑制，且台阶边缘处吸附水量降低。
本实施例3步骤(3)所得二硫化钼涂层摩擦力测试图如图3所示。添加碳酸钠后二硫化钼涂层的摩擦系数相比于未添加有明显下降。说明添加碳酸钠能降低二硫化钼涂层在大气环境下的摩擦系数。
本实施例3步骤(3)所得二硫化钼涂层磨损后的光镜图如图4所示。从图4(a)、(b)中可以看出添加碳酸钠后二硫化钼涂层的磨痕宽度有所减小。说明添加碳酸钠能降低二硫化钼涂层在大气环境下的磨损率。
本实施例3步骤(3)所得二硫化钼涂层磨损后的拉曼光谱如图5所示。可以看出添加碳酸钠后二硫化钼涂层磨屑的拉曼光谱曲线中未有明显的三氧化钼信号。说明添加碳酸钠能降低二硫化钼涂层在大气环境下的受氧化程度。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (7)

1.一种改善大气环境下二硫化钼涂层摩擦磨损性能的方法，其特征在于，采用以下步骤制备二硫化钼涂层：
S1、将二硫化钼粉末、去离子水、非离子表面活性剂和碳酸钠混合，得到混合溶液A；混合溶液A中二硫化钼质量浓度为25％-50％，非离子表面活性剂质量浓度为0.05％-0.15％，碳酸钠质量浓度为1-8％；
S2、将所述混合溶液A进行超声处理；
S3、将经步骤S2处理后的混合溶液A滴注于硅基底上并真空加热处理，得到二硫化钼涂层；碳酸钠用于去除二硫化钼台阶边缘氧化物。
2.根据权利要求1所述的一种改善大气环境下二硫化钼涂层摩擦磨损性能的方法，其特征在于，所述非离子表面活性剂为异辛基苯基聚氧乙烯醚。
3.根据权利要求2所述的一种改善大气环境下二硫化钼涂层摩擦磨损性能的方法，其特征在于，所述二硫化钼粉末粒度范围为2-25μm。
4.根据权利要求3所述的一种改善大气环境下二硫化钼涂层摩擦磨损性能的方法，其特征在于，步骤S2中超声处理的条件包括：超声处理温度为室温，超声处理时间为1-2小时，超声功率为150-200W。
5.根据权利要求4所述的一种改善大气环境下二硫化钼涂层摩擦磨损性能的方法，其特征在于，步骤S3中经步骤S2处理后的混合溶液A滴注于硅基底上，具体为每平方厘米硅基底上滴注0.04mL-0.12mL经步骤S2处理后的混合溶液A。
6.根据权利要求5所述的一种改善大气环境下二硫化钼涂层摩擦磨损性能的方法，其特征在于，步骤S3中加热温度为50-120℃。
7.根据权利要求6所述的一种改善大气环境下二硫化钼涂层摩擦磨损性能的方法，其特征在于，步骤S3中加热时间为30-100分钟。
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