[发明专利]一种金属加工水润滑纳米添加剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种金属加工水润滑纳米添加剂及其制备方法，具体是用于钛合金加工过程中的石墨烯量子点@聚N‑异丙基丙烯酰胺复合微凝胶润滑添加剂及其制备方法。其制备步骤包括：先制备石墨烯量子点溶液，然后制备两种分散相溶液，再将第一分散相溶液置于四口烧瓶中，滴加第二分散相溶液，引发聚合反应，分离纯化，收集产物，即得。本发明解决了石墨烯量子点的团聚问题，所制备的复合微凝胶粒径为60‑100nm，粒径均一可控、分散性好，作水润滑纳米添加剂，对钛合金/硬质合金摩擦副具有优良的润滑性能，在钛合金加工等领域具有良好的应用前景。

1、技术领域

本发明涉及一种润滑添加剂领域，特别是涉及一种金属加工用复合微凝胶水润滑纳米添加剂及其制备方法。

2、背景技术

钛合金材料由于有着强度高、重量轻、耐腐蚀等优越的性能，已经在航空航天、生物医药等领域应用越来越广泛。然而，由于切削加工过程中存在摩擦系数大导致的粘刀现象严重，制约了其优势的发挥。钛合金加工过程的摩擦润滑问题已成为亟待解决的重要问题。

近年来，石墨烯被发现具有良好的摩擦学性能，并且当片层尺寸在100nm以内，片层层数在10层以下的石墨烯量子点(GQDs)在电化学、生物传感、光伏器件、生物成像等方面具有广泛的应用。然而，由于比表面积大，GQDs的分散性不佳，成为影响其润滑性能优势发挥的瓶颈。聚合物微凝胶是一类在水中具有良好分散性的纳米微球，在药物释放、污水处理和开关阀领域有着广泛的应用。然而，聚合物微凝胶机械强度低，在重载条件下，减摩效果难以发挥，限制了其在摩擦学领域的进一步发展。为此，如果能结合两者的优势，则有望发展一种钛合金加工过程用的新型水润滑添加剂，然而，迄今为止，尚未见有关这种复合微凝胶润滑添加剂及其在钛合金加工润滑方面的相关报道。

3、发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种金属加工水润滑纳米添加剂用于钛合金摩擦过程的减摩润滑，降低摩擦系数，改善钛合金表面质量。

本发明通过以下具体技术方案来实现：

一种金属加工水润滑纳米添加剂，按以下方法制备：

(1)将浓度为15-25g/L含羧基基团的石墨烯量子点溶液，调节pH至中性。

(2)将1.5-2.5g N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)单体、0.02-0.04g N,N'-亚甲基双丙基酰胺交联剂、0.01-0.03g十二烷基硫酸钠、2-10mL上述石墨烯量子点中性溶液依次加入含120mL去离子水的烧杯中，超声分散均匀，形成第一分散相；将1-2g过硫酸钾溶于经过除氧处理的100mL去离子水中，超声分散均匀，形成第二分散相。

(3)将第一分散相置于四口烧瓶中，先通入氮气，进行除氧处理，然后将溶液升温至65-70℃，以滴速为50-70滴/分，滴入第二分散相3-8mL，滴完后，反应4-5h，然后用截留分子量为3500D的透析袋，每隔5-7h更换一次去离子水，透析6-8天，即得金属加工水润滑纳米添加剂石墨烯量子点@聚N-异丙基丙烯酰胺(GQDs@PNIPAM)复合微凝胶。

其中，步骤(2)中超声功率为200-400W，超声时间为20-40min。

和现有技术相比，本发明的有益效果体现在：

(1)本发明采用特定的石墨烯量子点原料并将其负载于PNIPAM微凝胶中，所制备的金属加工水润滑纳米添加剂GQDs@PNIPAM复合微凝胶在水中分散性好，解决了石墨烯量子点的团聚问题。

(2)本发明采用特定的反应原料配比与制备工艺，所制备的金属加工水润滑纳米添加剂GQDs@PNIPAM复合微凝胶粒径均一可控，粒径大小为60～100nm。