[发明专利]纳米二氧化钛/黑磷纳米片复合润滑剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种纳米二氧化钛/黑磷纳米片复合润滑剂及其制备方法，复合润滑剂中纳米二氧化钛与黑磷纳米片质量比为0.05‑0.8:1，其中二氧化钛为非晶态球形结构，粒径为10‑30nm，均匀分布在黑磷纳米片表面；该复合润滑剂制备方法简便、可控性好。本发明复合润滑剂润滑性好，能显著提高摩擦副在高载环境下的减摩润滑性能，能够应用于重型机械设备油润滑、粉末润滑等领域。

发明领域:

本发明涉及一种纳米润滑剂及其制备方法，具体的说是一种纳米二氧化钛/黑磷纳米片复合润滑剂及其制备方法。

背景技术:

润滑剂对于改善机械设备运动部件的润滑、降低摩擦部件磨损、提高设备效率具有非常重要的作用，开发新型润滑剂对于提高设备润滑效率、推动机械制造产业升级具有重要意义。层状材料由于在摩擦过程能起到滑移作用从而发挥润滑效果，而零维纳米材料通过微滚珠作用发挥润滑效果被广泛关注，如何将现有层状材料和零维纳米材料进行复合发挥协同润滑效果已成为纳米润滑剂领域研究开发的热点。

近年来，研究人员开发了一种新型层状材料——黑磷，它具有特殊的褶皱层状结构以及多种独特的理化性能。Wang等[Wang W.，Xie G.X.，Luo J.B.,Friction 2018,6(1):116-142]研究发现黑磷纳米片作为润滑添加剂能够明显改善润滑介质的摩擦学性能，能够起到较好的润滑作用。然而，研究发现黑磷纳米片的润滑作用不仅与其滑移作用有关，还与其摩擦界面成膜作用有关[Xu Y.F.,Yu J.Y.,Dong Y.H.,et al,ASME Journal ofTribology,2019,141(7):072101.]，特别是在高载环境下(接触应力1.67GPa以上)润滑性能有待进一步提高，此外，由于黑磷纳米片的制备成本较高，限制了其优势的发挥，因此，有必要改善黑磷纳米片在高载环境下的减摩润滑性能并降低其使用成本。

Lee等[Lee H.U.,Lee S.C.,Won J.,et al,Scientific Report,2015,5:8691]将二氧化钛包裹在黑磷纳米片层间，发现其光催化活性不受温度和pH的影响，但并未涉及其润滑效果。由于这种结合方式会影响黑磷纳米片在摩擦界面的成膜作用，此外，目前对两者的晶型、粒径或厚度、组合比以及结合方式的控制也没有规律性认识，如何结合纳米二氧化钛的微纳滚珠作用以及黑磷纳米片的层状滑移作用，发挥协同润滑效果，尤其是改善黑磷纳米片在高载环境下的减摩润滑性能，目前尚未见报道。

发明内容:

本发明针对现有技术的不足，提供一种纳米二氧化钛/黑磷纳米片复合润滑剂及其制备方法，用以改善黑磷纳米片在高载环境下的减摩润滑性能并降低其使用成本。

本发明通过以下技术方案来实现:

一种纳米二氧化钛/黑磷纳米片复合润滑剂，其特征在于：纳米二氧化钛与黑磷纳米片质量比为0.05-0.8:1，二氧化钛为非晶态球形结构，粒径为10-30nm，二氧化钛均匀分布在黑磷纳米片表面；黑磷纳米片厚度为2-10nm。

如上所述的纳米二氧化钛/黑磷纳米片复合润滑剂，按以下方法进行制备(以下所述份数均为质量份)，具体步骤为：

(1)将3-5份黑磷粉末置于25000-35000份N-甲基吡咯烷酮(NMP)溶剂中，在120-150℃加热搅拌10-20h，溶液冷却后先在3000-4000rpm转速下离心20-30min，取上清液以10000-14000rpm转速下离心20-30min，取沉淀，在真空环境60℃下干燥，得到黑磷纳米片；