用作减摩添加剂的六方二硫化钼纳米片的制备方法

摘要

本发明公开了一种用作减摩添加剂的六方二硫化钼纳米片的制备方法，采用的是添加剂辅助水热合成法，其制备步骤包括：以高分子化合物为碳源，采用St?ber方法合成碳球，将Na2MO4、Na2S、NH2OH?HCl溶于水中，溶解得到溶液，再加入已制备的纳米碳球，通过离心搅拌使其均匀的分散到溶液中，最后用酸调节溶液的pH值为6~8；将得到的溶液搅拌后，移入不锈钢反应釜中恒温反应后得到反应产物；分离上述反应产物，并在温度400～600℃管式炉退火得到六方二硫化钼纳米片。本发明的制备方法工艺简单，制备得到的产品纯度及产率高；且减摩抗磨、润滑性能优良，可作为润滑油、脂的减摩添加剂。

说明书

 

技术领域

本发明涉及一种减摩添加剂的制备方法，具体涉及用作减摩添加剂的六方二硫化钼纳米片的制备方法。

 

背景技术

过渡族金属硫硒化物具有多样的物理性质，如金属性、半导体性质、磁性、超导性等，具有广泛的应用前景。这类物质的制备和性质逐渐成为近期研究热点。

二硫化钼( MoS₂) 是一种性能优异的润滑材料，在工业中被广泛应用。MoS₂ 有类似于石墨的层状结构，其结构中Mo-S棱面比表面积大，层内通过很强的共价键相结合，而层间通过较弱的范德华尔斯力相结合，层与层之间很容易剥离。因而层间的抗剪切力很低，具有良好的润滑性能。用作润滑油添加剂的MoS₂，润滑效果也是由MoS₂薄层引起的。

当材料粒子尺寸进入纳米量级时，其本身具有量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应、量子隧道效应。纳米级MoS₂的性能得到进一步提升，具体表现为比表面积极大，吸附能力更强，反应活性高，催化性能尤其是催化氢化脱硫的性能更强，可用来制备特殊催化材料与贮气材料；随着MoS₂的粒径变小，它在摩擦材料表面的附着性与覆盖程度都明显提高，抗磨、减摩性能也得到成倍提高。目前，制备的主要方法有气固反应、激光溅射和电弧放电、热分解法及溶剂热法等。

中国专利CN200510050405.7公布了一种无机类富勒烯二硫化钼的制备方法。该方法将硫化钠和钼酸氨溶于水中，使两种化合物充分反应，同时加入聚乙二醇水溶液作为分散剂，用盐酸滴定上述溶液，获得棕色沉淀三硫化钼；将三硫化钼沉淀离心分离，真空干燥后，在石英管式炉中氩气保护气氛下，于500～1000℃温度下氢气脱硫，并保温5～10小时，获得具有嵌套层状封闭结构的球形无机类富勒烯二硫化钼纳米颗粒。

中国专利CN201010185621.3公布了一种纳米级片状二硫化钼的制备方法。其具体合成方法如下：四硫代钼酸铵为钼源和硫源，以草酸为还原剂，在温度70℃～90℃下搅拌1～1.5h，经化学沉底得到无定形二硫化钼，然后在氮气气氛下高温退火处理，得到纳米级片状二硫化钼。而上述专利中公开的制备方法都需要进行高温处理或反应。

 

发明内容

本发明的目的在于提供一种性能优良的用作减摩添加剂的六方二硫化钼纳米片的制备方法，以降低六方二硫化钼纳米片的制备成本，简化制备工艺，并且提高制备产率高。

为达到上述发明目的，本发明提出的六方二硫化钼纳米片的制备方法，其步骤如下：

步骤（1）、以高分子化合物为碳源合成碳球；

步骤（2）、配制溶液：将Na₂MO₄、Na₂S、NH₂OH·HCl溶于水中，溶解得到溶液，再加入自制的纳米碳球，通过离心搅拌使其均匀的分散到溶液中，最后用酸调节溶液的pH 值为6~8；

步骤（3）、将步骤（2）得到的溶液搅拌后，移入不锈钢反应釜，密封，恒温反应后，冷却至室温，得到反应产物；

步骤（4）、分离上述反应产物，洗涤、干燥，并将产物在空气条件下，温度400～600℃管式炉退火得到六方二硫化钼纳米片。

其中，所述Na₂MO₄、Na₂S、NH₂OH·HCl 的物质的量之比为0.5~1.5:2.5~3.5:1.5~2.5，优选1:3:2。

所述碳球与Na₂MO₄的物质的量之比为1:4~8，优选1:5。

所述步骤（3）中的反应温度为160℃～200℃。

所述步骤（1）中合成的碳球是间苯二酚-甲醛树脂纳米聚合球。所述碳球的合成方法采用的是St?ber法。

将制得的六方二硫化钼纳米片加入到滴加了油酸作为表面活性剂的基础油中。所配置的润滑油在摩擦过程中，由于所含添加剂六方二硫化钼纳米片在摩擦过程中会形成具有一定承载能力、润滑作用的保护膜，提供有效的润滑，同时六方二硫化钼纳米片还可以填充修补工作表面的磨斑，起到磨损表面的修复作用，可提高基础润滑油的耐磨性、减摩性及极压性能，延长机械零件的使用寿命。

本发明采用添加剂辅助水热合成法制备六方二硫化钼纳米片，制备成本较低，生产工艺简单易控，产物差率高，适合大规模的工业生产。制备过程中，所有试剂均为商业产品，不需要再制备。制得的六方二硫化钼纳米片由于其片层结构，本身具有很好的润滑特性，摩擦过程中，分散在润滑油中的纳米片会随着油的流动被带到磨痕的犁沟处，当纳米颗粒在摩擦副间被挤压，挤碎的纳米粒子起到“微轴承”作用，近似地将滑动摩擦变为滚动和滑动摩擦的复合运动，从而降低摩擦因数，提高润滑性能；同时纳米级的润滑油添加剂在摩擦过程中更容易在磨痕上长时间的沉积以起到填补的效应，及时修复损伤部位，提高摩擦面的减摩抗磨能力；作为润滑油添加剂使用时，六方二硫化钼纳米片在摩擦副间高压、高温下发生层间的剥离，阻碍了摩擦副金属间的直接接触，同时也降低了粘着磨损的可能性。纳米结构的六方二硫化钼纳米片既可以作为固体润滑剂，也可以作为润滑油、脂的减摩添加剂，在工程应用领域具有广阔的发展前景。

 

附图说明

图1 为本发明制得的固体润滑油添加剂六方二硫化钼纳米片的X射线谱图（XRD）。

图2 为本发明制得的固体润滑油添加剂六方二硫化钼纳米片场发射扫描电镜（SEM）下的微观形貌图片。

图3 为图2所示六方二硫化钼纳米片在高分辨率场发射扫描电镜（SEM）下的微观形貌图片。

 

具体实施方式

实施例1

（a）将0.2 ml氨水溶液（25wt%）加入16 ml的无水乙醇与40ml的蒸馏水混合溶液中，再加入0.13 g F127，0.4 g间苯二酚以及0.56 ml的甲醛溶液，将该溶液放在恒温加热磁力搅拌器中30℃恒温水浴搅拌至均匀；然后，将上述混合溶液放在不锈钢反应釜水热反应釜置于真空干燥箱中于180 ℃保温24h，冷却至室温。反应产物经离心分离后，分别用去离子水和无水乙醇反复洗涤，最后在真空条件下60℃干燥10h得到间苯二酚-甲醛树脂纳米聚合球。

（b）将0.88g Na₂MO₄、1.40g Na₂S、0.7g NH₂OH·HCl溶于70 ml的蒸馏水，然后加入之前制备的间苯二酚-甲醛树脂纳米聚合球0.3g，搅拌均匀，再用2mol/L的盐酸调节pH 值至7左右。将混合液转移至不锈钢反应釜中，置于真空干燥箱中于180℃保温24h，冷却至室温。反应产物经离心分离后，分别用去离子水和无水乙醇反复洗涤，真空条件下80℃干燥10h后，在空气气氛下，450℃退火2h得黑色粉末，即六方二硫化钼纳米片。

图1为实施例1所制备的产物的XRD图谱，产物为纯的MoS₂六方晶体。图2及图3是实施例1所制备的六方二硫化钼纳米片的场发射扫描电镜及高分辨率场发射扫描电镜下的照片，可以明显看到大量均一的纳米片生成，无团聚现象。其直径约为500～800nm，厚度为50～100 nm的六方二硫化钼纳米片。

 

实施例2

将0.88g Na₂MO₄、1.40g Na₂S、0.7gNH₂OH·HCl溶于70 ml的蒸馏水，然后加入0.3g之前实施例1的（a）中制备的纳米碳球，再用2mol/L的盐酸调节pH 值至7左右。搅拌30min 后，将混合液转移至100ml 的不锈钢反应釜中，置于真空干燥箱中于180℃保温24h，冷却至室温。反应产物经离心分离后，分别用去离子水和无水乙醇反复洗涤，真空条件下80℃干燥10h后，在管式炉中空气气氛下，450℃退火2h得黑色粉末，即六方二硫化钼纳米片。

将制得的六方二硫化钼纳米片加入到重载齿轮油CKD220中，采用油酸为纳米材料的表面分散剂，将配置油样置于60℃恒温下用超声波分散器分散1小时。在MR-S10B型四球摩擦试验机考察其摩擦学性能（实验条件为：温度75℃±2℃；转速1200r/min±60r/min；载荷392N±4N；时间60min±1min）。表1示出了在基础油中添加六方二硫化钼纳米片的磨斑直径（WSD）、摩擦因数（f）、最大无卡咬负荷PB比较。

表 1

油品名称基础油添加六方二硫化钼纳米片（1.0%）磨斑直径（WSD）/mm0.77330.3898摩擦因数（f）0.05470.0478最大无卡咬负荷（PB）/N7261063

由表1可见，添加六方二硫化钼纳米片的润滑油，明显减低摩擦过程中的摩擦因素，提高润滑油的抗磨能力和极压性能。

本发明的作为减摩添加剂的六方二硫化钼纳米片，可以添加于润滑油、脂中，降低摩擦过程中的摩擦因素，提高抗磨能力，延长零部件的使用寿命。

需要说明的是，尽管本发明的技术内容及技术特征已揭示如上，然而熟悉本领域的技术人员仍可能基于本发明的教示及揭示而作种种不背离本发明精神的替换及修饰，因此，本发明保护范围应不限于实施例所揭示的内容，而应包括各种不背离本发明的替换及修饰，并为本专利申请权利要求所涵盖。