[发明专利]一种TixNb1-xSe2纳米材料的制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及润滑材料技术领域，尤其涉及一种Ti_xNb_1-xSe₂纳米材料的制备方法及其应用。

背景技术

过渡族金属硫硒化合物MX₂(M=Nb、Mo、W、Ta；X=Se、S)具有金属性、超导性、磁性、半导体性质等多样的物理性质，其作为良好的固体润滑剂得到了广泛研究。MX₂晶体是X-M-X原子形成的六方体结构。每一层X-M原子是以很强的共价键结合，而层与层之间是以很弱的范德瓦尔斯键结合，层与层直接很容易剥离，具有良好的各向异性和较低的摩擦系数，可作为良好的固体润滑剂。

NbSe₂以其具有较低的电阻率以及真空干燥环境下优良的摩擦学性能而成为开发新型材料的选择。相对于石墨、MoS₂而言，NbSe₂无天然矿物，且Nb、Se源成本高，因而人工合成的高成本限制了其应用，对其进行掺杂降低成本，将大大拓展其应用领域。铌钽共生的铌铁矿以及含有Nb、Ti、Ta等元素的高温合金，在湿法冶金处理此类难溶金属元素时，分离困难，若不分离并能作为开发掺杂NbSe₂新材料的原料，则即可降低能源消耗并降低原料成本。掺杂不改变原物质晶体结构可使其性能优于原物质的性能，掺杂还能改变晶体的生长习性从而得到与掺杂前物质的形貌不同的新颖形貌使其具有新的性能。将其用作润滑油添加剂在受到剪切力时容易发生层间的滑动。目前，将掺杂的物质作为基础油添加剂在摩擦学领域的研究较少，同时也还未见国内外有关于Ti掺杂NbSe₂的报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种Ti_xNb_1-xSe₂纳米材料的制备方法以及作为基础油添加剂与NbSe₂相比其有更好的润滑性和良好的耐磨性。具有工艺简单、生产过程安全环保等特点。

技术方案：本发明是通过如下技术手段实现的：以硒粉、铌粉和钛粉为原料，通过固相反应直接制备基础油添加剂Ti_xNb_1-xSe₂纳米带和纳米片。其具有良好的分散性、机械性能以及耐磨性能，制备工艺简单、成本低且生产过程安全环保。

本发明采用如下技术方案：

本发明的Ti_xNb_1-xSe₂纳米材料的制备方法具体步骤如下：

(1)配置原料混合物：按Ti_xNb_1-xSe₂的化学计量称Ti粉，按Se：(Nb+Ti)=2～3：1的摩尔比称取Nb粉和Se粉，混合均匀；

(2)按球料和原料混合物的重量比8～10：1的比例称取10mm的不锈钢球，将步骤(1)中混合均匀的原料和不锈钢球放入行星式球磨机中，抽真空后在氩气保护下进行球磨，球磨24h；

(3)干燥步骤(2)所得的待反应物装到石英管中，抽出空气并通入氩气，将石英管密封后放入到管式反应炉，以5℃/min的速度加热到650℃～800℃，保温0.5h～2h后随炉冷却至室温，得Ti_xNb_1-xSe₂纳米材料，其中x为1％～5％。

步骤(1)中，优选按Se：(Nb+Ti)=2.2：1的摩尔比称取Nb粉和Se粉。

步骤(1)中，Nb粉为200目，Ti粉300目，Se粉300目。

步骤(2)中，优选按球料和原料混合物的重量比10：1的比例称取10mm的不锈钢球。

步骤(2)中，星式球磨机的速率200r/min。

步骤(3)中，优选以5℃/min的速度加热到750℃。

步骤(3)中，优选保温1h。

步骤(3)中，石英玻璃管的直径为15mm。

本发明所制备的Ti_xNb_1-xSe₂纳米材料可以作为润滑油添加剂使用。

本发明的积极效果如下：