[发明专利]改性二维润滑材料及其制备方法

说明书

本申请公开了一种改性二维润滑材料及其制备方法，其中包括非晶碳薄膜以及改性二维润滑材料，所述改性二维润滑材料位于非晶碳薄膜的表面。所述改性二维润滑材料的制备方法包括了将二维润滑材料与亲水改性剂通过超声分散，再与阴离子型聚合物溶液混合、超声、离心，并将得到的改性二维润滑材液体滴加在非晶碳薄膜表面，静置至溶剂挥发完全，即得改性二维润滑材料。本发明制备的改性二维润滑材料具有优异的润滑性能，经过空气中的摩擦磨损测试后，摩擦系数达到0.1，因此制备得到的改性二维润滑材料能够满足对润滑性有较高需求的材料或零部件的润滑需求。

技术领域

本文涉及机械工程的表面处理技术，尤指一种改性二维润滑材料及其制备方法。

背景技术

非晶碳膜已经应用在工业工程领域，尤其是需要抗磨损和低摩擦的车轮、硬盘驱动器、发动机。在摩擦过程中，低摩擦磨损非晶碳膜能够确保机器不会中断且极地能保持长期低能损的运行(YinX.；ZhangJ.；LuoT.；CaoB.；XuJ.；ChenX.；LuoJ.,Tribochemicalmechanism of superlubricity in graphene quantum dots modified DLC films underhigh contact pressure.Carbon,2021,173,329-338)。在基于自身的原子结构和制备工艺，不同的非晶碳膜会展现出不同的摩擦学行为。新型二维润滑材料MXenes已经在电化学储能领域得到较为广泛的研究和应用，但对于机械工程学科尤其是摩擦学领域，其研究和应用仍罕见，由此受到各界极大的关注。作为几项开拓性的工作之一，Lian等人(Lian,W.；Mai,Y.；Liu,C.；Zhang,L.；Li,S.；Jie,X.,Two-dimensional Ti₃C₂ coating as anemerging protective solid-lubricant for tribology.Ceramics International,2018,44,20154-20162)通过合成二维Ti₃C₂涂层发现，其作为固体润滑剂同样可起到减摩作用，在滑移过程中通过二维Ti₃C₂涂层的减摩诱导作用，富碳润滑转移膜可阻止接触界面间两层金属滑移面的直接接触，进一步证实MXenes存在独特的润滑机制。目前，类非晶碳薄膜在空气中的摩擦学性能尚不能满足对润滑有较高需求的机械零部件的服役要求。因此，需要对类非晶碳薄膜表面进行性能调控，以满足相关摩擦学领域日益严苛的润滑需求。

发明内容

本申请提供了一种改性二维润滑材料及其制备方法，这种方法制备得到的改性二维润滑材料赋予类非晶碳薄膜优异的润滑性能，能够满足对润滑有较高需求的材料或零部件的润滑需求。

本申请提供了一种改性二维润滑材料，所述改性二维润滑材料包括：非晶碳薄膜和改性二维润滑材料；所述改性二维润滑材料位于非晶碳薄膜的表面。

在本发明提供的改性二维润滑材料中，所述二维润滑材料选自二维金属碳化物或氮化物中的一种或多种；优选地，所述二维润滑材料为二维碳化钛(Ti₃C₂)和二维碳化钒(V₂C)。

在本发明提供的改性二维润滑材料中，非晶碳薄膜选自类石墨碳(PLC)薄膜、类金刚石薄膜、类聚合物碳薄膜中的一种或多种；优选地，所述非晶碳薄膜为类石墨碳(PLC)薄膜。非晶碳薄膜的厚度为1-10μm。

在本发明提供的改性二维润滑材料中，改性二维润滑材料可以在陶瓷、金属、钢、硅、玻璃以及无机物等多种基体上滴加，通过引入改性二维润滑材料使得非晶碳薄膜在大气环境中的应用性能大幅提高。

另一方面，本发明提供了，上述改性二维润滑材料的制备方法，包括以下步骤：