[发明专利]一种MXene增强硅酸盐胶黏陶瓷涂层及其制备方法

说明书

本发明涉及金属表面材料技术领域，具体涉及一种MXene增强硅酸盐胶黏陶瓷涂层及其制备方法，所述MXene增强硅酸盐胶黏陶瓷涂层，包括以下组分：氧化铝、磷酸硅、MXene和硅酸盐胶黏剂；所述MXene的化学式为Ti₃C₂。本发明涂层兼具较低的剪切强度、自润滑能力、较高的机械强度以及层层堆叠结构；制备工艺较为简单，固化温度较低，时间较短，非常适合一些不耐高温的工业生产设备和场所；制备过程能耗低，不需要结构复杂、精密的涂敷设备，绿色无污染。

技术领域

本发明涉及金属表面材料技术领域，具体涉及一种MXene增强硅酸盐胶黏陶瓷涂层及其制备方法。

背景技术

在工业技术的飞速发展之下，工程设备及其构件的工作环境条件愈加恶劣和严苛。相互作用的机器部件在经历摩擦和磨损后，最终会导致功率损失和服役寿命的减少。目前，使机械部件在滑动状态下进行可靠工作的同时，减少摩擦磨损引起的材料损耗仍然是节约能源消耗的挑战之一。对工程设备及其零部件表面涂敷涂层已成为保护上述工程机械及设备和节约能源消耗行之有效的办法之一。

无机胶黏陶瓷涂层为溶胶凝胶技术的产物，它主要包含胶黏剂、骨料、固化剂和功能性添加剂等，通常采用刷涂、刮涂和常温喷涂的涂覆方法。由于制备工艺较为简单，不需要结构复杂，精密的涂敷设备在工业领域展现出广泛应用。目前所用胶黏剂多为无机粘结剂磷酸二氢铝，但其固化温度较高，固化时间长，在严苛的真实环境下的耐磨性还有待提高，专利CN 106866122 A采用磷酸二氢铝做为胶黏剂制备涂层，其固化温度达到300℃。无机粘结剂硅酸钾固化温度低、时间短，因其环保、成本低、耐候性强、取材丰富等优点，在富锌底漆、建筑涂料、无机胶黏剂等方面应用广泛，近年来一直成为世界各国研究的热点。目前硅酸钾粘结剂在制备耐磨减摩涂层的应用上还鲜有报道。

在摩擦学领域中，人们普遍是利用一种或多种有机或无机填料作为润滑材料，来改善涂层材料的摩擦磨损性能和机械性能。二维MXene材料自2011年首次被报道以来具有许多优良特性，在各个领域有重大的研究意义，但在摩擦学领域的应用较少。MXene在化学刻蚀制备过程中表面会有一些化学基团，如–OH、–O、–F。MXene具有较低的剪切强度、自润滑能力、较高的机械强度以及层层堆叠结构，该结构由较弱的范德华力键合，能够在较小的剪切力的作用下自我剥离分层形成较薄且稳定性良好的片层。在摩擦过程中，这些片层和磨屑易于形成润滑薄膜，减小摩擦副之间的摩擦系数以及减缓摩擦件的磨损，是一种理想的自润滑材料，在摩擦学领域显示出巨大的潜力。若能将MXene作为一种可用于任何基材表面的涂层增强材料，这对推动MXene在减摩耐磨领域中的产业化具有重大的意义。

发明内容

本发明为了解决现有技术中无机磷酸盐胶黏陶瓷涂层固化温度高，固化时间长，耐磨性不足，尽管人们添加不同的润滑材料改善其摩擦磨损性能，但摩擦磨损性能还是不能满足于目前工程设备的应用的问题，提供了一种MXene增强硅酸盐胶黏陶瓷涂层及其制备方法，兼具较低的剪切强度、自润滑能力、较高的机械强度以及层层堆叠结构。

按照本发明的技术方案，所述MXene增强硅酸盐胶黏陶瓷涂层，包括以下组分：氧化铝、磷酸硅、MXene和硅酸盐胶黏剂，所述MXene的化学式为Ti₃C₂。

进一步的，所述氧化铝的质量份数为20-60，磷酸硅的质量份数为1-10，MXene的质量份数为0.1-2.5，硅酸盐胶黏剂的质量份数为40-80。

进一步的，所述硅酸盐胶黏剂由硅酸钾水溶液与硅溶胶水溶液混合所得。

进一步的，所述硅酸盐胶黏剂中溶质的质量百分比浓度为35-40％。

具体的，所述硅酸盐胶黏剂可以由质量比为2:1-2的硅酸钾水溶液(质量百分比浓度40％)配比硅溶胶水溶液(质量百分比浓度30％)所得。

进一步的，所述MXene的表面化学基团为–OH、–O和–F中的至少一种。