二硫化钼基复合材料的制备及其摩擦学性能研究

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二硫化钼(MoS2)作为典型的过渡金属化合物,具有特殊的层状结构,层与层间依靠及其微弱的范德华力相连接,在低应力载荷下就能发生滑移从而在金属摩擦面形成转移膜,因此具有优异的润滑性能,然而纯二硫化钼由于硬度低、结构松散和粘附强度差等因素使其很容易在低应力载荷下失效,因此需要制备复合材料来改善二硫化钼的抗磨性能。本论文通过简便的水热法制备出二硫化钼纳米片,并以其为载体引入氧化石墨烯、磁性纳米粒子、金属纳米粒子制备出氧化石墨烯-二硫化钼、铜-二硫化钼、四氧化三铁-二硫化钼以及铜-氧化石墨烯-二硫化钼复合材料,并将它们作为润滑添加剂研究其摩擦性能,具体工作内容如下:1.以氧化石墨烯、硫代乙酰胺和半胱氨酸为前驱体,在水热条件下制备出MoS2-GO纳米复合材料,结果表明二硫化钼纳米片均匀负载于氧化石墨烯的表面,同时纳米片由4-7层的单分子层组成,鉴于纳米复合材料具有特殊的层状结构以及组分间的协同润滑作用,因此将MoS2和MoS2-GO纳米材料分别作为润滑油添加剂考察其摩擦性能,研究表明相比于MoS2纳米添加剂,MoS2-GO具有更优异的减摩和抗磨性能,当MoS2-GO的质量比为1 wt%,达到最低的摩擦系数为0.0557。2.以二硫化钼纳米片为载体,六水合三氯化铁为铁源,乙醇和水混合溶液为溶剂,通过水热反应将粒径为15纳米的四氧化三铁纳米粒子负载到二硫化钼表面从而制备得到Fe3O4-MoS2纳米复合材料,由于MoS2易于在摩擦表面形成转移膜同时引入的磁性纳米粒子能够让生成的转移膜更加稳定,因此将其作为润滑添加剂研究其摩擦性能,实验结果表明当质量浓度比为1.5 wt%时能够达到最低摩擦系数为0.0565。3.以二硫化钼纳米片为载体,多巴胺为表面改性剂,醋酸铜为铜源,次亚磷酸钠为还原剂,通过化学还原反应成功制备Cu-MoS2纳米复合材料,结果表明二硫化钼纳米片的表面吸附了一层多巴胺分子,使粒径为8-15纳米的铜金属粒子更加均匀的负载于纳米片表面,由于MoS2在摩擦过程中易于成膜以及表面负载的金属纳米粒子起到微观轴承的作用,因此研究其摩擦性能,结果表明当0.5wt%的Cu-MoS2作为润滑添加剂时具有最优异的摩擦性能,摩擦系数为0.0433。4.以二硫化钼-氧化石墨烯为载体,多巴胺为改性剂,醋酸铜为铜源,次亚磷酸钠为还原剂,通过水热还原反应将铜纳米粒子均匀负载在纳米复合材料表面,鉴于MoS2和GO间的协同润滑以及在表面引入的金属粒子能够改变摩擦方式等因素,因此将其作为润滑油添加剂研究摩擦性能,结果表明当加入1 wt%的Cu-MoS2-GO时,摩擦系数最低为0.0408。
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