[发明专利]一种氟化石墨烯润滑油添加剂、其制备方法及氟化石墨烯润滑油复合材料

说明书

本发明公开了一种氟化石墨烯润滑油添加剂、其制备方法及氟化石墨烯润滑油复合材料，涉及润滑材料技术领域。该润滑油添加剂的制备方法，包括：将氧化石墨烯吸收水分后，再进行氟化反应。利用氧化石墨烯中水分介质原位“催化”氧化石墨烯的氟化过程，实现在室温和低的氟气浓度下制备低的氧含量、高氟含量、大的层间距的氟化石墨烯。将该氟化石墨烯添加剂通过简单共混的方式与润滑油进行共混，其不易在润滑油中团聚，制备得到具有分散稳定性好的氟化石墨烯润滑油复合材料。相对于原始复合材料，摩擦系数下降了52.3％，磨损比率下降了92.5％。

技术领域

本发明涉及润滑材料技术领域，且特别涉及一种氟化石墨烯润滑油添加剂、其制备方法及氟化石墨烯润滑油复合材料。

背景技术

摩擦磨损是造成机械零件失效的主要原因之一，据权威统计，世界能耗的近50％是由摩擦磨损引起的。因此，减少摩擦引起的设备损失和能源消耗是当今社会的巨大挑战。润滑油添加剂对于改善润滑油性能至关重要。目前的润滑油市场中，传统润滑油依然占据主导地位，但由于其润滑能力有限以及传统润滑油中添加的含硫、磷、氯等元素的添加剂对环境造成严重污染，无法满足现今的工作需求。因此，新型润滑油添加剂的研究受到国内外众多学者的广泛关注，而其中纳米材料作为润滑油添加剂的研究逐渐成为当前研究的热点之一。

与普通的无机润滑剂如石墨、MoS₂、CrO₂等相比，纳米级材料具有较小的尺寸效应、量子效应、表面效应及协同效应，在改善润滑油耐磨性方面显现出独特的纳米复合优势。寡层石墨烯及其衍生物相比其它纳米材料具有极小的纳米尺寸、优异的力学、热学和摩擦性能，同时其较大的比表面积、表面褶皱特点增强了其与润滑油之间的相互作用，在摩擦过程中能够在润滑油摩擦副接触面形成具有自润滑和高结合特性的转移膜，阻止摩擦对偶的直接接触，因而石墨烯能够减少润滑油的摩擦磨损。

但是，完整的石墨烯具有较高的化学稳定性，其与润滑油之间相互作用力较弱，且石墨烯片层之间有着较强的范德华力易团聚，导致其在润滑油中难以稳定分散。同时石墨烯片层之间强的范德华力使其层间距很小甚至层间堆叠，摩擦过程中石墨烯片层之间摩擦力很大，这些极大地限制了石墨烯在润滑领域中的应用。

为了提高石墨烯的润滑耐磨能力，对石墨烯进行改性至关重要，绝大多数报道着眼于石墨烯与石墨烯与其它纳米材料的杂化。而杂化法的最大缺点是操作繁琐，常需要较精细的结构控制，此外，外来纳米颗粒与石墨烯片层结合力弱在摩擦过程中容易被剥离。这些都极大限制了杂化法的运用。

直接氟化技术是石墨烯改性的有效手段，其操作简单，价格低廉，效果显著，受到人们极大关注。其可以通过控制氟化程度来调控石墨烯的层间距且氟原子间能产生大的排斥力，因而氟化石墨烯在润滑耐磨领域表现出一定的优势。但是，现有的氟化方法存在着以下缺点：如果氟化程度低，少量氟的存在致使氟之间排斥力不够，层间距较低，不能到达对氟化石墨烯高耐磨的的要求。若要提高氟化程度，就需要在高温条件下发生氟化反应，且氟气本身具有高的化学活性和危险性，因此，高温氟化工艺存在安全隐患，且耗能高，对反应设备要求苛刻；同时，氟气用量大，且氟气利用率不高。(2)尽管目前在高温条件下制备的氟化石墨烯尽管具有很高的氟化程度，但其层间距不大，需要进一步增大其层间距，以更好地提高其在润滑油中的耐磨性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种润滑油添加剂的制备方法，其利用水分介质原位“催化”其在常温低氟的条件下的氟化过程，并利用原位自膨胀效应，制备高氟含量和大层间距的氟化石墨烯。

本发明的另一目的在于提供一种氟化石墨烯润滑油添加剂，其氟含量高，层间距大，从而提升了产品的耐磨性能。

本发明的第三目的在于提供一种氟化石墨烯润滑油复合材料，耐磨性能优异，氟化石墨烯的添加量少，是一种新型且高耐磨的纳米复合润滑油材料。

本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。