一种复合型纳米润滑添加剂及其制备方法与应用

本发明属于润滑剂，具体涉及一种黑磷量子点复合纳米润滑添加剂及其制备方法与应用。

背景技术：

1、钛及钛合金广泛应用于航空、航天的紧固件和结构件等领域。由于钛及钛合金丝材具有高强度、耐热和高变形抗力等特点，在拉拔加工成形中易黏着，属于难加工材料。此外，由于拉拔加工界面产生的摩擦阻力，对制品表面质量会产生负面影响。因此，研究一种钛合金丝材冷拉拔加工过程的高效润滑介质显得尤为重要。

2、稀土配合物是由稀土元素和有机分子配体形成的络合物。具有优异的可协调性，通过控制设计配体从而实现不同目的优异性质表现，且结构稳定，能够实现可靠持久润滑。另外，稀土配合物可根据不同的润滑需求设计不同的化学结构，在摩擦润滑中具有广泛应用场景。量子点的尺寸粒径通常是在纳米级别，且具有可调控的尺寸和表面化学特性。

3、本发明旨在提供一种黑磷量子点复合纳米润滑添加剂及其制备方法。

技术实现思路

1、本发明的第一目的是提供一种黑磷量子点复合纳米润滑添加剂，本发明的第二目的是提供所述润滑添加剂的制备方法及应用。

2、本发明的第一目的是这样实现的，一种黑磷量子点复合纳米润滑添加剂，是由稀土钐配合物与改性黑磷量子点杂化制备而成；所述稀土钐配合物与改性黑磷量子点的质量比为0.2-0.4:110-23。

3、所述稀土钐配合物的制备方法按以下步骤实现：

4、1）将氧化钐溶于盐酸中得到氧化钐盐酸溶液，在乙二醇中加入氧化钐盐酸溶液，于30-45℃下搅拌1.5-3h，得到混合溶液a；其中，乙二醇与氧化钐盐酸溶液的体积比为1-4:2-5，氧化钐与盐酸的质量体积比为0.05-0.08:20-50g/ml；

5、2）向乙二醇中加入吡啶-2，6-二羧酸并于45-50℃下搅拌2-4h，乙二醇溶液与吡啶-2，6-二羧酸的体积质量比为20-50:0.05-0.15ml/g，得到混合溶液b；

6、3）将混合溶液a缓慢加入至混合溶液b中混合，调节ph值至6~7之后加入肉桂酸的乙二醇水溶液，在55~70℃下搅拌加热4~5h，并调节ph值至6.5~7之后，转移到反应釜中于100-120℃下反应12-15h后，得到的固体用去离子水和无水乙醇分别离心清洗3-4次，55~60℃下真空干燥16~18h，得到微黄色固体沉淀物，再将其微研磨得到稀土钐配合物；

7、其中，肉桂酸的乙二醇水溶液的配制方法是在乙二醇溶液中加入肉桂酸混匀，乙二醇水溶液与肉桂酸的体积质量比为30-60 :0.1-0.3ml/g，乙二醇水溶液的质量分数为20%~25%。

8、本发明的第二目的是这样实现的，所述复合型纳米润滑添加剂的制备方法，按以下步骤实现：将0.2-0.4g稀土钐配合物溶于20-30ml水和30-35ml乙二醇的混合溶液中，加入110-230g改性黑磷量子点，在45~70℃下搅拌7~8h后，使用碳酸氢钠饱和溶液调节ph至6~7，最后对沉淀进行离心清洗、真空干燥，获得复合型纳米润滑添加剂。

9、所述复合型纳米润滑添加剂在制备钛及钛合金丝冷拉拔润滑剂中的应用，具体方法是将所述润滑添加剂加入到基础矿物油中，超声分散后即得钛合金丝冷拉拔润滑剂。

10、本发明方法制备得到的黑磷量子点复合纳米润滑添加剂是通过调控配合体和表面功能化相结合的方法实现。其具有稀土配合物可实现的持续润滑效应及改性黑磷量子点滚珠轴承效应，可以有效解决钛合金丝材冷拉拔过程中因润滑不足而产生的表面质量问题。通过第一配体吡啶-2，6-二羧酸和第二配体肉桂酸的引入，将稀土元素钐形成稳定的配合物，并和改性黑磷量子点杂化结合，实现了基础矿物油不能达到的优异协同润滑性能。稀土配合物因其电子结构的独特性，能够降低接触界面的熔点。与二维材料相似的是，稀土配合物晶体结构呈六方晶系，层间的范德华力也能大幅降低接触界面的摩擦磨损。经过聚乙二醇改性的黑磷量子点也具有很好的吸附性和稳定性。另外，在一定的相互摩擦、剪切和碰撞的作用下，局部区域内改性黑磷量子点和稀土配合物达到了均匀混合。从而提高润滑剂的分散性能和承载能力。通过制备黑磷量子点复合纳米润滑添加剂，能够为钛合金丝材冷拉拔加工润滑提供一种新型高效润滑介质。

11、本发明提供的黑磷量子点复合纳米润滑添加剂具有抗磨性好、良好化学稳定性、分散能力强和附着性好等优异特点，能降低钛合金丝材冷拉拔过程表面质量问题。其既有稀土配合物可持续润滑时间久及改性黑磷量子点的优异分散性，又有两者杂化而成的稳定结构具有的高承载能力，使其能够达到基础矿物油不可比拟的高效协同润滑效应。

技术特征：

1.一种用于制备润滑添加剂的稀土钐配合物，其特征在于，所述稀土钐配合物的制备方法按以下步骤实现：

2.根据权利要求1所述稀土钐配合物的制备方法，其特征在于，步骤1）中，盐酸的质量分数为36%~38%。

3.根据权利要求1所述稀土钐配合物的制备方法，其特征在于，步骤3）中，离心转速为6000~8000r/min，离心时间为20~30min。

4.根据权利要求1所述稀土钐配合物的制备方法，其特征在于，步骤3）中，采用碳酸氢钠饱和溶液调节ph。

5.一种基于权利要求1所述稀土钐配合物的复合型纳米润滑添加剂，其特征在于，所述润滑添加剂是由所述稀土钐配合物与改性黑磷量子点杂化制备而成；所述稀土钐配合物与改性黑磷量子点的质量比为0.2-0.4:110-230。

6.根据权利要求5所述复合型纳米润滑添加剂，其特征在于，所述改性黑磷量子点的是通过黑磷粉和聚乙二醇粉末高能球磨制备得到，其中，黑磷与聚乙二醇的质量比为3-4:12-16；

7.权利要求5所述复合型纳米润滑添加剂的制备方法，其特征在于，按以下步骤实现：将0.2-0.4g稀土钐配合物溶于20-30ml水和30-35ml乙二醇的混合溶液中，加入110-230g改性黑磷量子点，在45~70℃下搅拌7~8h后，使用碳酸氢钠饱和溶液调节ph至6~7，最后对沉淀进行离心清洗、真空干燥，获得复合型纳米润滑添加剂。

8.根据权利要求7所述复合型纳米润滑添加剂的制备方法，其特征在于，离心转速为9000~12000r/min，清洗时间为30~40min，真空干燥温度为80~90℃，干燥时间为24~36h。

9.权利要求5所述复合型纳米润滑添加剂在制备钛及钛合金丝冷拉拔润滑剂中的应用，其特征在于，将所述润滑添加剂加入到基础矿物油中，超声分散后即得钛合金丝冷拉拔润滑剂。

10.根据权利要求9所述复合型纳米润滑添加剂在制备钛及钛合金丝冷拉拔润滑剂中的应用，其特征在于，所述基础矿物油为sn150。

技术总结
本发明公开了一种复合型纳米润滑添加剂及其制备方法与应用。所述润滑添加剂是通过将0.2‑0.4g稀土钐配合物溶于20‑30mL水和30‑35mL乙二醇的混合溶液中，加入110‑230g改性黑磷量子点，在45~70℃下搅拌7~8h后，使用碳酸氢钠饱和溶液调节pH至6~7，最后对沉淀进行离心清洗、真空干燥即得。所述复合型纳米润滑添加剂的应用为在制备钛及钛合金丝冷拉拔润滑剂中的应用。本发明提供的黑磷量子点复合纳米润滑添加剂具有抗磨性好、良好化学稳定性、分散能力强和附着性好等优异特点，能降低钛合金丝材冷拉拔过程表面质量问题，为钛合金丝材冷拉拔加工润滑提供一种新型高效润滑介质。

技术研发人员：王伟,吕凡凡,宫鹏辉,高原,王快社
受保护的技术使用者：西安建筑科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15