[发明专利]采用流化床制备石墨烯纳米锌工业润滑复合材料的方法

说明书

本发明公开了一种采用流化床制备石墨烯纳米锌工业润滑复合材料的方法。该方法先利用热气流和机械力同时作用，使流化床内的微米锌粉体呈沸腾状并强制运动，在相互碰撞、摩擦中粒径削减至纳米级；然后将石墨烯母液均匀喷入使之包覆纳米锌成粒。采用该方法制备的石墨烯纳米锌复合材料工艺简单、产量大、均匀及稳定性高，并协同石墨烯与纳米锌在摩擦体系中的自修复优异性能，可广泛应用于工业润滑添加剂领域。

技术领域

本发明涉及一种石墨烯纳米锌工业润滑复合材料的制备方法，属于利用流化床技术高效大批量制备石墨烯基复合材料的技术领域。

背景技术

纳米锌作为一种软金属，其剪切强度和熔点也较低，当摩擦表面达到较高的瞬时高温时，纳米锌获得了潜热而熔融，熔融的锌所产生的润滑作用使得摩擦系数降低。因此选择低熔点的锌微粒作为润滑自修复添加剂是非常有利的。但是单独的纳米锌其强度和抗磨减摩性能新能较弱。

而石墨烯是一种特殊的二维单层结构碳的同素异形体，不仅具备良好的理化性能，且具有比表面积大、高扩散性等特性，其摩擦学综合性能较佳，可将石墨烯应用于摩擦磨损的原位动态自修复。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种采用流化床制备石墨烯纳米锌工业润滑复合材料的方法，通过将石墨烯与纳米锌制成复合材料，不仅可协同两者优异的润滑性能，还可利用石墨烯的超高热传导作用(理论导热系数可达5300W/mK)，使得摩擦热迅速扩散，整个摩擦表面不会长久维持高温；此外，纳米锌在摩擦表面合金化后其硬度要大于锌金属的硬度，加上石墨烯出色的机械强度和柔韧性，摩擦面的抗磨减摩性能也会得到增强。

上述石墨烯纳米锌新型润滑材料不仅可以在摩擦表面形成一层易剪切的薄膜，降低摩擦系数，还可直接填充至零件的划痕或微坑处，对摩擦表面进行一定程度的填补和自修复，对现有工业润滑技术将有很大提升。

该工艺简单、产量大、均匀及稳定性高，可工业化利用纳米技术促进自修复润滑添加剂的开发及生产应用。适量的石墨烯纳米锌新型润滑添加剂能通过摩擦吸附膜的形式显著提高润滑剂的承载抗磨性能，对现有工业润滑技术将有很大提升。

本发明的技术方案是：采用流化床制备石墨烯纳米锌工业润滑复合材料的方法，具体步骤如下：

步骤一、将微米锌粉体通入流化床内；

步骤二、在流化床内通入热气流，使流化床内的微米锌粉体呈沸腾状并强制不规则运动，使得微米锌粉体在相互碰撞、摩擦中粒径削减至纳米级，并呈流态化；

步骤三、将石墨烯母液均匀喷入，经雾化后均匀包覆纳米锌，经热气流对流蒸发溶剂，所制粒子落入底部流化床并同时干燥；

步骤四、采用分级轮通过气流自动分离，筛选符合粒径要求的颗粒并收集。

进一步的，步骤一中经过进料系统进入流化床内的微米锌粉体，其粒径为30～100μm；经步骤二制备所得纳米锌粉体，其粒径为2～50nm。

进一步的，步骤二中所采用的热气流源为氦气、氩气、氮气、二氧化碳气体中的一种；气体加热至100～150℃；热气流研磨压强为1.0～4.0Mpa；热气流研磨剪切时间为2～4小时，

进一步的，步骤三中所采用的石墨烯母液，其石墨烯固含量为0.1～3％；溶剂为乙醇、乙二醇、丙二醇中的一种；石墨烯厚度为1～10μm，径向尺寸为5～30μm。

进一步的，步骤四中符合粒径要求的石墨烯纳米锌复合材料颗粒的粒径为5～30μm。

进一步的，步骤三中所采用的石墨烯母液，其石墨烯固含量为0.1～0.5％；石墨烯厚度为1～3μm，径向尺寸为10～15μm。

进一步的，步骤三中所采用的石墨烯母液，其石墨烯固含量为0.5％；石墨烯厚度为3μm，径向尺寸为15μm。