金属硫化物/碳纳米复合物作为高温润滑添加剂的设计、制备与使役行为研究

With rapid development in aircrafts, seafaring and heavy industry, etc., the demand for the lubricating oil additives to operate at high temperature conditions is increasing. Therefore, it is of significant value and urgency that developing novel lubricant additives at high temperatures. In this paper,considering the fact that organic lubricant additives are easily decomposed under high-temperature, and the inorganic lubricant additives have poor dispersion stability in base oils, based on the mutual influence of each nanopartical in the prepared nanocomposites, design and synthesis of the nanocomposites of transition metal dichalcogenides (TMDC) with carbon nanomaterials, and using them as high-temperature lubricant additives. The main work in this project include: Research on the law of mutual influence and structure combination of each nanomaterial in the nanocomposites; A study of the principle of synthesis technology and route; Investigation of the dispersion stability of the nanocomposites in high-temperature lubricants; Research on the fundamental problems about the tribological behaviors, mechanism of lubrication, the graceful degradation and material invalidation of TMDC/carbon nanomaterials in the high-temperature lubricants under various harsh conditions. This above works will provide new theory and method for the design of high-temperature lubricant additives, will realize exceptional dispersion stability of inorganic nanopartices in high-temperature lubricants, and will creat a performance breakthrough of high-temperature lubricant additives.

航空、舰船、冶金、建材等重要工业及高技术产业装备对高温润滑可靠性愈发严格的要求使得新型高性能高温润滑材料的研究具有重要的价值和紧迫性。本项目针对当前有机分子润滑添加剂高温性能局限、而耐温良好的无机纳米材料在润滑介质中难于分散的背景，拟基于无机纳米复合物各组分性能协同作用原理，设计制备可分散于润滑介质的过渡金属硫化物（TMDC）与碳纳米材料复合物并将其用作高温润滑添加剂。研究典型TMDC/碳纳米材料复合物的合成工艺原理与路线；研究其各种性能相互影响规律及最佳协同作用实现的组合规律；研究其作为高温润滑添加剂在润滑介质中的分散稳定性；研究其作为高温润滑添加剂在不同高温工况下的润滑行为、润滑原理、功能退化与材料失效破坏机制等基础性技术问题。项目研究可望取得高温润滑添加剂设计制备新原理新方法，解决无机纳米添加剂难于在润滑介质中稳定分散的技术瓶颈，为实现高温润滑添加剂性能突破提供基础理论与新材料支撑

高温工况下的高效可靠润滑是当前许多工业领域亟待解决的润滑难题，发展新型高性能耐高温润滑材料具有重要的研究与应用价值。传统的有机分子润滑剂在高温下不稳定性的固有缺陷限制了其高温润滑性能的进一步突破，将具有优异的热稳定性和润滑特性的无机纳米材料或其复合物引入液体介质润滑体系来进一步提升其高温润滑性成为新的探索途径。本课题研究了碳基纳米材料与金属硫化物的复合物及其表面功能化的复合物的合成工艺原理与路线，研究其作为高温润滑剂在不同高温工况下的分散稳定性、摩擦性能、润滑机理等基础性技术问题。首次考察了二硫化钼和二硫化钨量子点（QDs）作为1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐离子液体减摩抗磨添加剂的分散稳定性及其摩擦行为，MoS2和WS2 QDs可以形成透明、均匀、稳定存在的纳米流体，并且在高温情况下能够显著降低离子液体的摩擦系数和磨损量。同时考察了不同浓度石墨烯（Gr）、碳纳米管（CNT）、富勒烯（C60）、MoS2和WS2纳米颗粒作为高温润滑油减摩抗磨添加剂的摩擦学特性，获得在较高测试温度下能够显著降低摩擦系数的碳纳米材料和过渡金属硫化物的协同规律及最优配比。通过高温烧结法、水热合成等方法分别制备了MoS2@CNT、GrMoS2@Gr和MoS2@C60纳米复合物并将其作为润滑油添加剂，纳米复合添加剂在润滑油中的分散稳定性优于单独添加MoS2纳米颗粒，并且与CNT、Gr和C60相比，在高温条件下可显著增强PAG的减摩和抗磨性能；通过化学法制备了氧化石墨烯粘附聚多巴胺修饰的聚乙二醇负载MoS2纳米复合物并将其作为润滑添加剂，采用多种光谱和能谱法对其结构进行了表征，纳米复合物作为PAG的添加剂在较高温度条件下能够表现出非常优异的摩擦学特性。通过上述工作的开展，为发展新型高性能耐高温润滑材料提供新的研究思路。