层状硅酸钠及其改性材料的溶剂热合成与固体润滑特性研究

层状硅酸钠材料具有离子交换的特性，能够用作吸附剂和离子交换剂。利用其离子交换特性，层状硅酸钠被用作无磷助洗剂，减少洗涤剂对环境的污染。以拓展层状硅酸钠应用范围为目标，考虑到该类材料具有接近于传统固体润滑剂石墨、二硫化钼的层间距与电荷类型，本项目计划在前期研究成果的基础上，研究水热法合成层状硅酸钠及其同晶取代材料的合成规律；合成交换与柱撑型改性新材料以及所合成材料的固体润滑特性。研究内容包括：通过水热合成途径，提高层状硅酸钠的纯度；以同晶取代的方式合成掺杂型层状硅酸钠；采用溶剂热方式合成离子交换、有机物柱撑改性新材料。通过润滑实验过程中材料和被保护元件（摩擦副）性质的变化规律跟踪，研究层状硅酸盐对摩擦副保护的规律以及二者之间相互作用；测定所合成材料的摩擦系数等基本特性，将材料合成规律与基本特性参数、润滑使用效果相关联，为层状硅酸盐的润滑应用提供理论指导。

本项目采用低温水热合成、溶剂热合成、有机物柱撑以及同晶取代等不同合成途径分别获得了高纯度层状硅酸钠β-Na2Si2O5、有机柱撑层状硅酸盐、层状硅酸镁Mg3Si2O5(OH)4、层状锶硅Na8Sr8Si32O76∙16H2O、以及层状铜硅Na2(Cu2Si4O11)∙2H2O材料。考察了所合成材料的固体润滑特性，证明层状硅酸钠与层状硅酸镁具有优良的固体润滑性能。通过对润滑前后摩擦副表面形貌和化学组成的表征，探讨了固体润滑剂与摩擦副表面的相互作用。.在低温水热合成条件下（温度240-340 oC、时间30-45 min），以速溶硅酸钠为原料，合成了高纯度的β-Na2Si2O5，有效避免了高温合成带来的过度烧结问题。润滑研究结果表明，5.0 wt% β-Na2Si2O5锂基脂承载能力PB值1568 N；5.0 wt% MoS2锂基脂PB值617 N；β-Na2Si2O5锂基脂承载能力比基础锂基脂提高了1216 N，比MoS2锂基脂提高了951 N。β-Na2Si2O5表现出优良的承载、抗磨和减摩能力，综合性能远超MoS2。.开展了调变硅源合成Mg3Si2O5(OH)4材料的研究。实现了合成方法简单、原料便宜、产物颗粒度均匀、润滑性能稳定的目标。5.0 wt%的Mg3Si2O5(OH)4锂基脂承载能力比基础锂基脂提高了352 N，表现出良好的承载和抗磨能力。对摩擦副磨损表面的SEM和EDS研究表明，β-Na2Si2O5和Mg3Si2O5(OH)4在润滑过程中能够沉积在摩擦副的磨损表面，形成保护膜，从而缓减了工件表面磨损的程度。.采用有机物柱撑的方式，调变层状化合物的层间距，考察了层状有机柱撑物对润滑性能的影响。在100SN基础油中加入0.50 wt%的层状有机柱撑物辛烷基二甲基氯化铵柱撑δ-Na2Si2O5或1.0 wt%的双十八烷基二甲基氯化铵柱撑δ-Na2Si2O5，摩擦学性能均达最佳。磨斑直径分别降低到0.39 mm和0.46 mm，比100SN基础油时各降低了33.3%和19.8%；摩擦系数分别降低到0.110和0.112，比100SN基础油时各降低了24.1%和22.8%。XRD研究证明，有机柱撑型层状硅酸钠在润滑过程中层状晶体结构稳定。.摩擦学性能研究证明，本项目合成的层状硅酸盐材料具有良好的极压抗磨性能，为层状硅酸盐的润滑应用提供了理论指导。