纳米二硫化钼/黑磷纳米片复合润滑油添加剂的制备方法
技术领域
本发明涉及一种纳米复合润滑油添加剂的制备方法，具体的说是涉及一种纳米二硫化钼/黑磷纳米片复合润滑油添加剂的制备方法。
背景技术
随着工业技术的不断进步，各种机械设备及其零部件的工作环境日趋复杂和恶劣，只靠传统的矿物基润滑油已经远远不够。为了减小摩擦和磨损，各种减小摩擦的润滑添加剂被广泛的用在润滑油的极压添加剂中。在摩擦过程中经过摩擦化学反应形成的有效润滑膜是摩擦副表面能够抵抗胶合的关键。由于润滑的重要性和现有润滑方法的有限性，因此，发展具有良好性能的润滑油添加剂是机械设备实现高可靠和长服役寿命的关键。
二硫化钼作为重要的过渡族金属硫化物，具有六方晶系层状结构的特点，其分子层内通过很强的化学键结合，并且层与层之间通过弱的范德华力相结合，这使其在低剪切应力下就能发生层间滑移，以此被广泛用于润滑领域。因此，二硫化钼润滑添加剂在减少摩擦、显著提高防载性能和性能方面具有重要作用。
近年来，一种新型的二维材料黑磷(BP)因其特殊的二维结构和热力学稳定性而受到国内外研究者的广泛关注。目前，还没有纳米二硫化钼/黑磷纳米片复合材料在润滑有添加剂领域的应用。
发明内容
本发明提出一种纳米二硫化钼/黑磷纳米片复合润滑油添加剂的制备方法，改善现有的传统润滑油添加剂的不足。
本发明的技术方案如下：
本发明提出一种纳米二硫化钼/黑磷纳米片复合材料的制备方法，按以下方法进行制备，具体步骤为：
(1)黑磷纳米片的制备
将5-10份黑磷粉末置于20000-30000份N-甲基吡咯烷酮溶剂中，在冷水浴中超声8-10h,超声后先在3000-5000rpm转速下离心 20-30min,取上清液以7000-9000rpm转速下离心20-30min，最后再取上清液以10000-12000rpm转速下离心20-30min，取沉淀，在真空环境下40-60℃下干燥，得到黑磷纳米片；
(2)前驱体溶液的制备
将5-8份钼酸铵和5-8份硫化钠分散在1000-2000份去离子水水中得到反应液，将3-5份的黑磷纳米片加入到反应液中，超声 0.5-1h后得到前驱体溶液。
(3)复合材料的制备
将前驱体溶液倒入反应釜中，向反应釜中加入100-300份水合肼溶液，进行溶剂热反应，反应时间18-20h，反应温度为180-210℃，反应完成且样品自然冷却后以10000-12000rpm转速下离心5-10min，取沉淀，在真空环境下40-60℃干燥，得到纳米二硫化钼-黑磷烯复合材料，
本发明还提供一种纳米二硫化钼/黑磷纳米片复合润滑油添加剂的制备方法，按以下方法进行制备，具体步骤为：
(1)黑磷纳米片的制备
将5-10份黑磷粉末置于20000-30000份N-甲基吡咯烷酮溶剂中，在冷水浴中超声8-10h,超声后先在3000-5000rpm转速下离心 20-30min,取上清液以7000-9000rpm转速下离心20-30min，最后再取上清液以10000-12000rpm转速下离心20-30min，取沉淀，在真空环境下40～60℃下干燥，得到黑磷纳米片；
(2)前驱体溶液的制备
将5-8份钼酸铵和5-8份硫化钠分散在1000-2000份去离子水水中得到反应液，将3-5份的黑磷纳米片加入到反应液中，超声 0.5-1h后得到前驱体溶液。
(3)纳米二硫化钼/黑磷纳米片复合润滑油添加剂的制备
将前驱体溶液倒入反应釜中，向反应釜中加入100-300份水合肼溶液，进行溶剂热反应，反应时间18-20h，反应温度为180-210℃，反应完成且样品自然冷却后以10000-12000rpm转速下离心5-10min，取沉淀，在真空环境下40-60℃干燥，得到纳米二硫化钼-黑磷烯复合材料，将其分散到基础油中，得到纳米二硫化钼/黑磷纳米片复合润滑油添加剂。
最后，本发明还公开一种按照上述方法制备的复合润滑油添加剂，纳米二硫化钼结构为层状结构，尺寸为200-400nm，层数为1-3 层；黑磷纳米片结构尺寸为30-500nm，层数为3-5层。
与现有技术相比，本发明的优势在于：
采用溶剂热法，由于二硫化钼和黑磷之间的范德华力，并且反应物充分接触，使得生成的二硫化钼更容易负载在黑磷纳米片上，并且更高效的让两者在摩擦界面上起到协同润滑的作用，保障了在高载荷环境下的减摩润滑性能。
采用液相剥离法制备黑磷，使黑磷在N-甲基吡咯烷酮溶剂进行剥离，防止黑磷纳米片氧化，保证黑磷纳米片的性能不受影响。
附图说明
图1(a)为本发明方法制备的纳米二硫化钼的透射电镜图；
图1(b)为本发明方法制备的纳米二硫化钼的透射电镜图；
图2(a)为本发明方法制备的黑磷纳米片的透射电镜图；
图2(b)为本发明方法制备的黑磷纳米片的透射电镜图；
图3为实施例1制备的纳米二硫化钼/黑磷纳米片复合润滑油添加剂不同载荷下的摩擦系数图。
具体实施方式
本申请发明人在研究过程中发现，纳米二硫化钼和黑磷纳米片结合的过程中遇到的困难在于结合不够理想，经过多方探究，最终研究出了水热法，不同于传统的水热法，使得两者在水热反应釜中，在高压强，和高温度下进行结合，能够克服分子间作用力又不影响两者各自的性能。
下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
实施例1
本实施例提供一种纳米二硫化钼/黑磷纳米片复合润滑油添加剂的制备方法，按照以下步骤实施：
(1)黑磷纳米片的制备
将50mg黑磷粉末置于200mlN-甲基吡咯烷酮溶剂中，在冷水浴中超声8h,超声后先在3000rpm转速下离心20min,取上清液以 7000rpm转速下离心20min，最后再取上清液以11000rpm转速下离心 20min，取沉淀，在真空环境下60℃下干燥，得到黑磷纳米片；
(2)前驱体溶液的制备
将50mg钼酸铵和50mg硫化钠分散在20ml去离子水水中得到反应液，将30mg的黑磷纳米片加入到反应液中，超声1h后得到前驱体溶液。
(3)纳米二硫化钼/黑磷纳米片复合润滑油添加剂的制备
将前驱体溶液倒入反应釜中，向反应釜中加入2ml水合肼，进行溶剂热反应，反应时间20h，反应温度为210℃，反应完成且样品自然冷却后以10000rpm转速下离心8min，取沉淀，在真空环境下60℃干燥，得到纳米二硫化钼-黑磷烯复合材料，将其分散到基础油中，得到纳米二硫化钼/黑磷纳米片复合润滑油添加剂。
实施例2
本实施例提供一种纳米二硫化钼/黑磷纳米片复合润滑油添加剂的制备方法，按照以下步骤实施：
(1)黑磷纳米片的制备
将70mg黑磷粉末置于260mlN-甲基吡咯烷酮溶剂中，在冷水浴中超声10h,超声后先在4000rpm转速下离心20min,取上清液以 8000rpm转速下离心20min，最后再取上清液以12000rpm转速下离心 20min，取沉淀，在真空环境下60℃下干燥，得到黑磷纳米片；
(2)前驱体溶液的制备
将80mg钼酸铵和80mg硫化钠分散在15ml去离子水水中得到反应液，将20mg的黑磷纳米片加入到反应液中，超声1h后得到前驱体溶液。
(3)纳米二硫化钼/黑磷纳米片复合润滑油添加剂的制备
将前驱体溶液倒入反应釜中，向反应釜中加入3ml水合肼，进行溶剂热反应，反应时间18h，反应温度为180℃，反应完成且样品自然冷却后以12000rpm转速下离心10min，取沉淀，在真空环境下50℃干燥，得到纳米二硫化钼-黑磷烯复合材料，将其分散到基础油中，得到纳米二硫化钼/黑磷纳米片复合润滑油添加剂。
为了检测本发明的润滑性能，将实施例1中的纳米二硫化钼/黑磷纳米片复合润滑油添加剂，采用球-盘旋转摩擦、小球材料为GCr15，试样盘材料为TC4,试验机转速为150rpm，载荷为8、11、15N进行摩擦学实验，得到复合润滑油添加剂在不同载荷下润滑下减摩润滑性能数据如图3所示。
为了检测本发明的润滑性能，将实施例2中的纳米二硫化钼/黑磷纳米片复合润滑油添加剂、二硫化钼纳米片(对比例2)、黑磷纳米片(对比例3)、纳米二硫化钼/氧化石墨烯纳米片(对比例4)、纳米氧化石墨烯/黑磷纳米片(对比例5)以0.5wt％的浓度分散到液体石蜡基础油中并和对比例1中的液体石蜡进行对比摩擦实验：
对比例1：
本对比例提出单独的液体石蜡是作为一个空白对照，来检测在基础油中加入润滑添加剂之后，摩擦效果是否有所改善。
选用球盘摩擦试验机，小球为GCr15轴承钢球，盘为TC4盘。摩擦参数为：载荷为8N，转速为150rpm，旋转直径为4mm。实验前分别用石油醚和乙醇超声清洗球和盘，使其表面光洁。待装好试样后，向TC4盘上滴加少量液体石蜡，测试时间30min后，试验停止，记录平均摩擦系数。
对比例2：
本对比例提出了一种黑磷纳米片润滑添加剂的制备方法，方法与实施例2相同，来进一步检测单独的加入润滑添加剂的效果。
选用球盘摩擦试验机，小球为GCr15轴承钢球，盘为TC4盘。摩擦参数为：载荷为8N，转速为150rpm，旋转直径为4mm。实验前分别用石油醚和乙醇超声清洗球和盘，使其表面光洁。待装好试样后，向TC4盘上滴加浓度为0.5wt％的二硫化钼油基润滑剂，测试时间 30min后，试验停止，记录平均摩擦系数。
对比例3：
本对比例提出了一种二硫化钼润滑添加剂的制备方法，方法与实施例2相同，来进一步检测单独的加入润滑添加剂的效果。
选用球盘摩擦试验机，小球为GCr15轴承钢球，盘为TC4钛合金盘。摩擦参数为：载荷为8N，转速为150rpm，旋转直径为4mm。实验前分别用石油醚和乙醇超声清洗球和盘，使其表面光洁。待装好试样后，向TC4盘上滴加浓度为0.5wt％的黑磷油基润滑剂，测试时间30min后，试验停止，记录平均摩擦系数。
对比例4：
本对比例提出了一种纳米二硫化钼/氧化石墨烯纳米片复合润滑剂制备方法，方法与实施例2相同，把其中的黑磷纳米片换成制备好的氧化石墨烯纳米片，来制备出纳米二硫化钼/氧化石墨烯纳米片复合材料，将其以0.5wt％分散到基础油中，从而得到纳米二硫化钼/氧化石墨烯纳米片润滑添加剂。
选用球盘摩擦试验机，小球为GCr15轴承钢球，盘为TC4钛合金盘。摩擦参数为：载荷为8N，转速为150rpm，旋转直径为4mm。实验前分别用石油醚和乙醇超声清洗球和盘，使其表面光洁。待装好试样后，向TC4盘上滴加浓度为0.5wt％的纳米二硫化钼/氧化石墨烯纳米片复合润滑剂，测试时间30min后，试验停止，记录平均摩擦系数。
对比例5：
本对比例提出了一种纳米黑磷/氧化石墨烯纳米片复合润滑剂制备方法，将制备好的氧化石墨烯纳米片和黑磷纳米片分散到酒精中并将其混合然后加入水热反应釜中，来制备出纳米黑磷/氧化石墨烯纳米片复合材料，将其以0.5wt％分散到基础油中，从而得到纳米二硫化钼/氧化石墨烯纳米片润滑添加剂。
用球盘摩擦试验机，小球为GCr15轴承钢球，盘为TC4钛合金盘。摩擦参数为：载荷为8N，转速为150rpm，旋转直径为4mm。实验前分别用石油醚和乙醇超声清洗球和盘，使其表面光洁。待装好试样后，向TC4盘上滴加浓度为0.5wt％的纳米氧化石墨烯/黑磷纳米片复合润滑剂，测试时间30min后，试验停止，记录平均摩擦系数。
表一不同润滑油添加剂减摩润滑性能对比
由表一可以看出，本发明制备的一种纳米二硫化钼/黑磷纳米片复合润滑添加剂的摩擦性能优于黑磷纳米片、基础油、纳米二硫化钼纳米片单独作用，并且优于二硫化钼/氧化石墨烯纳米片和黑磷/氧化石墨烯纳米片符合润滑添加剂说明了二硫化钼和黑磷纳米片复合后具有良好的摩擦性能。
