一种稳定的二硫化钼纳米润滑剂及其制备方法与流程

本发明涉及一种纳米润滑剂，更具体地说涉及一种分散均匀稳定的二硫化钼纳米润滑剂及其制备方法。

技术背景

摩擦是具有相对运动部件之间普遍存在的现象，会造成磨损和能源的浪费，世界上约有三分之一的能源浪费都是由摩擦造成的。如汽车发动机，其摩擦损失约占总功率的20％，在我国汽车工业蓬勃发展的背景下，车用柴油机节能需求成为降低能耗、提高环保效率的重要保障手段。2015年1月1日，我国全面推行更加环保的柴油国IV标准，因此柴油机节能减排技术及方法的研究成为行业关注的焦点问题。针对柴油机节能减排的手段主要有降低柴油机磨损、实施涡轮增压、利用更加环保清洁的能源、尾气余热再利用等。润滑油是机械设备运转的血液，主要起着润滑、冷却、净化、密封、防锈以及减震的作用，内燃机的使用寿命和经济性与润滑油品的性能密切相关。伴随着现代柴油机在节能、低排放和可靠性等方面要求的不断提高，研制具有减摩抗磨、高导热性的新型润滑油对内燃机整体性能的提高具有重要的理论和实际应用意义。

纳米粒子具有纳米尺寸效应、高强度、高的扩散性等优异的性能，添加到基础油中，如能形成稳定的分散体系，可以增加润滑油的承载能力，起到抗摩减磨的作用。在润滑油基液中分散金属、金属氧化物、碳素等纳米粒子形成的纳米流体具有良好的导热性和耐热性，并且在摩擦过程中纳米颗粒能渗透到摩擦表面，在摩擦副之间形成摩擦膜，不仅能提高润滑膜承担负荷的能力，而且可以分离摩擦表面，球形的纳米颗粒可以在滑动摩擦过程中的摩擦面之间滚动，将滑动摩擦转变为滑动摩擦和滚动摩擦的混合，使摩擦系数明显降低。但是纳米流体中的纳米粒子能不能充分发挥其作用，关键在于纳米颗粒能否稳定地分散在基体油中，形成稳定均一的润滑体系。传统的纳米流体是纳米尺寸的金属、金属氧化物或非金属氧化物颗粒分散在基体液体(如水、乙醇或润滑油等)中所形成的悬浮体系。尽管由于纳米颗粒的小尺寸效应，悬浮体系比较稳定，不易发生沉降，但在长期静置或高剪切速率的作用下，颗粒间的范德华尔力、氢键等作用会导致纳米颗粒凝聚，因而堵塞冷却系统管道或影响润滑膜的稳定性，因此，提高纳米颗粒在纳米流体中的分散稳定性是纳米流体能得到工业化应用所急需解决的问题。超声波振荡、添加表面活性剂和纳米粒子的表面化学修饰等方法可以降低纳米颗粒的凝聚倾向，提高纳米流体的稳定性，但并不能从根本上解决问题。

二硫化钼一方面具有层状结构，层与层之间的硫原子结合力(范德华力)较弱，易于滑动而表现出很好的减摩作用；另一方面暴露在晶体表面的硫原子对金属表面产生很强的黏附作用，形成很牢固的膜，因此常用作固体润滑剂。如将二硫化钼纳米粒子分散在水相或基础油中，也可以起到降摩减磨的作用。比如:原位制备二硫化钼纳米片水基润滑剂具有分散稳定性好，二硫化钼纳米片能够以极少的添加量(0.001％～1％)实现润滑剂抗磨减摩性能的极大提升，而不影响水基润滑剂固有的冷却性好、加工性好等优异特性(专利201410836281.4)。由纳米二硫化钼粉末、去离子水、油酸、三乙醇胺、水性硼酸酯、聚丙烯酸钠、十二碳醇酯、硅烷偶联剂KH560、胆酸钠、十二烷基苯磺酸钠、双乙酸钠、消泡剂组成的润滑液用于钢板的冷轧加工过程，少量的纳米粒子作为添加剂即可达到优秀的润滑效果，具有良好的抗磨减磨性、耐高温性，并且具有较高的油膜强度、冷却效果优异等特点。(专利201610173015.7)。

纳米颗粒离子化以化学键相连的有机冠状层是纳米核的悬浮介质，纳米颗粒离子流体中的每个纳米粒子被其周围的“溶剂”悬浮，有利于提高纳米粒子分散体系的稳定性，专利201210044621.0、Zhang Y,Gu S,Yan B,Ren J.Solvent-free ionic molybdenum disulphide(MoS₂)nanofluids.Journal of Materials Chemistry,2012,22,14843–14846.Gu S,Zhang Y,YanB.Solvent-free ionic molybdenum disulfide(MoS₂)nanofluids with self-healing lubricating behaviors.Materials Letters，2013,97,169–172中提出了制备核-壳-冠结构纳米粒子的方法，但具体未涉及其在基础油中形成纳米润滑剂的相关内容。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种稳定的二硫化钼纳米润滑剂及其制备方法，具体的是将具有核-壳-冠结构的二硫化钼纳米粒子分散在基础油中形成稳定的、均匀的二硫化钼纳米润滑剂。此纳米润滑剂纳米粒子添加量少，具有良好的抗磨减磨性，纳米颗粒不会出现沉淀和分层现象。采用本发明能够解决机械滑动运动件在苛刻环境下的磨损失效问题，可提高设备可靠性和使用寿命、减少维修时间。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

技术方案一：

一种纳米润滑剂的制备方法为：水热法合成的二硫化钼纳米颗粒经2，3-三硅醇丙磺酸(SIT)表面磺化，再加入带有有机长链的有机三取代胺得到具有核-壳-冠结构的二硫化钼纳米粒子，然后将该纳米粒子分散到基础油中(其中，该纳米粒子的添加量为：占整个体系0.5～5wt％。)，室温下进行超声分散，得到分散均匀、稳定的二硫化钼纳米润滑剂。其中，表面处理的有机三取代胺的分子量为500～3000g/mol。基础油可以为：商业化的白油、壳牌润滑油(Shell HELIX，10W-40)、液体石蜡等。此润滑剂纳米粒子添加量少，具有良好的抗磨减磨性，纳米颗粒不会出现沉淀和分层现象。采用本发明能够解决机械滑动运动件在苛刻环境下的磨损失效问题，可提高设备可靠性和使用寿命、减少维修时间。

技术方案二：

通过以上制备方法最终获得的二硫化钼纳米润滑剂产品。

表面处理的有机三取代胺的分子量为500～3000g/mol。

与以往技术方法相比，本发明的优势在于：

本发明中的二硫化钼纳米粒子具有核-壳-冠结构，能在基础油中稳定、均匀分散，解决了以往的纳米润滑剂长期使用后会出现纳米粒子凝聚的现象。纳米粒子的添加量少，具有良好的抗磨减磨性，纳米颗粒不会出现沉淀和分层现象。采用本发明能够解决机械滑动运动件在苛刻环境下的磨损失效问题，可提高设备可靠性和使用寿命、减少维修时间。

附图说明

图1核-壳-冠结构二硫化钼纳米粒子化学结构示意图

图2二硫化钼纳米润滑剂性状

图3二硫化钼纳米润滑剂纳米颗粒的分散状况(透射电子显微镜照片)

图4实施例1和实施例2的摩擦曲线

具体实施方式

以下实施例是对本发明的进一步说明，而不是限制本发明的范围。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。

纳米润滑剂的分散状态及显微结构用高分辨透射电镜(HRTEM)表征，摩擦试验用MMW-1型立式万能摩擦磨损试验机表征。

实施例1

1.4g纳米二硫化钼加入到3g3-三硅醇丙磺酸中，在60℃下反应24小时后，再在强烈搅拌下加入分子量为800g/mol的三取代胺7g，并调节pH至7，经透析后进行干燥处理，即得核-壳-冠结构的二硫化钼纳米粒子。称取2g以上的二硫化钼纳米粒子，加入398g的壳牌润滑油中，超声分散，得纳米润滑剂。

实施例2

1.4g纳米二硫化钼加入到3g3-三硅醇丙磺酸中，在60℃下反应24小时后，再在强烈搅拌下加入分子量为800g/mol的三取代胺7g，并调节pH至7，经透析后进行干燥处理，即得核-壳-冠结构的二硫化钼纳米粒子。称取2g以上的二硫化钼纳米粒子，加入198g的壳牌润滑油中，超声分散，得纳米润滑剂。

实施例3

2g纳米二硫化钼加入到3.5g3-三硅醇丙磺酸中，在65℃下反应24小时后，再在强烈搅拌下加入分子量为1000g/mol的三取代胺10g，并调节pH至7，经透析后进行干燥处理，即得核-壳-冠结构的二硫化钼纳米粒子。称取2g以上的二硫化钼纳米粒子，加入398g的壳牌润滑油中，超声分散，得纳米润滑剂。

实施例4

3g纳米二硫化钼加入到3.5g3-三硅醇丙磺酸中，在60℃下反应24小时后，再在强烈搅拌下加入分子量为2000g/mol的三取代胺7g，并调节pH至7，经透析后进行干燥处理，即得核-壳-冠结构的二硫化钼纳米粒子。称取3g以上的二硫化钼纳米粒子，加入298g的壳牌润滑油中，超声分散，得纳米润滑剂。

实施例5

3g纳米二硫化钼加入到3.5g3-三硅醇丙磺酸中，在60℃下反应24小时后，再在强烈搅拌下加入分子量为2000g/mol的三取代胺7g，并调节pH至7，经透析后进行干燥处理，即得核-壳-冠结构的二硫化钼纳米粒子。称取4g以上的二硫化钼纳米粒子，加入198g的壳牌润滑油中，超声分散，得纳米润滑剂。

使用实施例1、实施例2中所制得的纳米润滑剂，利用MMW-1型立式万能摩擦磨损试验机对45#的摩擦副进行加载为50N下的摩擦试验，其摩擦曲线见图例4，可以看出，摩擦过程稳定，相对于壳牌润滑油，添加量为0.5wt％和1wt％纳米润滑剂的摩擦系数均有所下降，并且以上实施例中所得到的润滑剂长时间放置都能保持清澈透明，无分层，如图例2。