本發(fā)明屬于石墨烯/納米碳化鎢復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及的是一種改性石墨烯。

背景技術(shù)：

經(jīng)長期研究、分析，發(fā)現(xiàn)石墨烯是碳原子緊密堆積成單層二維蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu)的一種碳質(zhì)新材料，是構(gòu)建最常用的固體潤滑劑-石墨的基本單元，具有比石墨更低的摩擦系數(shù)，是一種新型的自潤滑減磨涂層添加劑。

但是石墨烯質(zhì)量較輕，屬于單層二維蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu)的一種碳質(zhì)材料，其作為潤滑劑應(yīng)用于熱噴涂涂層中在制備粉末過程及涂層制備過程中存在石墨烯的損失。

首先由于石墨烯是納米級單層結(jié)構(gòu)的碳材料，質(zhì)量較輕，陶瓷類碳化鎢噴涂粉末質(zhì)量大，如果將石墨烯直接添加到碳化鎢噴涂粉末中，石墨烯與碳化鎢粉末相容性極差，很難與粉末進(jìn)行有效的均勻混合和摻雜，因此在熱噴涂過程中由于噴涂粒子飛行焰流較高速度會造成質(zhì)量很輕的石墨烯質(zhì)量損失，另外噴涂粒子束流溫度較高，也會造成石墨烯的熱變形和熱損失。

另外，應(yīng)用于自潤滑耐磨涂層的石墨烯改性碳化鎢自潤滑添加劑，石墨烯在噴涂過程中會被高速焰流吹飛而損失，很難再涂層中保留石墨烯成分。另外，石墨烯比表面積較大，活性高，在與碳化鎢噴涂粉末復(fù)合時容易團(tuán)聚，很難保證在噴涂粉末中均勻混合，從而難以保證制備涂層具有自潤滑耐磨特性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明改性石墨烯表面原位生長納米碳化鎢顆粒，通過控制反應(yīng)條件來實現(xiàn)納米碳化鎢顆粒在氧化石墨烯表面的尺度、形貌、分布狀態(tài)調(diào)控，制備出具有一定比重，并能與碳化鎢粉末較好達(dá)到較好相容效果的改性氧化石墨烯，作為自潤滑添加劑應(yīng)用復(fù)合在碳化鎢噴涂粉末中，可以與噴涂粉末相容性較好，另外，也可以與粉末得到很好的均勻混合和摻雜，，保證石墨烯與粉末達(dá)到一定的嵌合，達(dá)到一定的結(jié)合強度，保證在噴涂過程中粉末內(nèi)部的石墨烯不會被噴涂高溫、高速焰流而重量損失或熱損傷。有效的保留了獲得涂層內(nèi)部石墨烯的含量，更大程度上發(fā)揮了石墨烯應(yīng)用于自潤滑耐磨涂層內(nèi)部石墨烯的自潤滑特性，降低熱噴涂碳化鎢涂層的摩擦系數(shù)，本發(fā)明拓展應(yīng)用于空天領(lǐng)域中摩擦工況比較苛刻的部件自潤滑耐磨防護(hù)。

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種改性石墨烯。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種改性石墨烯，其中，由一定比例的氧化石墨烯、無水乙醇、去離子水、偏鎢酸銨和羰基鎢混合成含鎢的前驅(qū)體混合物混合而成。

上述中，稱取1g-6g氧化石墨烯，加入1000g無水乙醇，均勻攪拌混合；再加入50－800g去離子水進(jìn)行混合，在超聲分散儀中，選用10mm振幅桿，超聲處理時間為30－180min，超聲頻率為10－15hz，獲得石墨烯分散的混合液。

上述中，分別稱取質(zhì)量百分比為99%的偏鎢酸銨和1%的羰基鎢混合成含鎢的前驅(qū)體混合物，稱取1g含鎢前驅(qū)體混合物加入到石墨烯分散溶液中，攪拌30－60min；攪拌過程中不斷滴入無水乙醇，滴入量為18－324g，隨后將得到的沉淀抽濾，在烘箱中加熱70－90℃，烘干10－60min，得到干燥粉體。

上述中，將得到的干燥粉體，置于氧化鋁坩堝中，在管式還原爐中通一定量h2，h2流量為l00sccm，以5－70℃/min的升溫速率，加熱至700－900℃；保溫時間為1-3h，最后通h2冷卻至室溫，獲得改性石墨烯。

本發(fā)明的有益之處：對于改性石墨烯，改性石墨烯表面原位生長納米碳化鎢顆粒，通過控制反應(yīng)條件來實現(xiàn)納米碳化鎢顆粒在氧化石墨烯表面的尺度、形貌、分布狀態(tài)調(diào)控，制備出具有一定比重，并能與碳化鎢粉末較好達(dá)到較好相容效果的改性氧化石墨烯，作為自潤滑添加劑應(yīng)用復(fù)合在碳化鎢噴涂粉末中，可以與噴涂粉末相容性較好，另外，也可以與粉末得到很好的均勻混合和摻雜，保證石墨烯與粉末達(dá)到一定的嵌合，達(dá)到一定的結(jié)合強度，保證在噴涂過程中粉末內(nèi)部的石墨烯不會被噴涂高溫、高速焰流而重量損失或熱損傷。有效的保留了獲得涂層內(nèi)部石墨烯的含量，更大程度上發(fā)揮了石墨烯應(yīng)用于自潤滑耐磨涂層內(nèi)部石墨烯的自潤滑特性，降低熱噴涂碳化鎢涂層的摩擦系數(shù)，本發(fā)明拓展應(yīng)用于空天領(lǐng)域中摩擦工況比較苛刻的部件自潤滑耐磨防護(hù)。

附圖說明

圖1為石墨烯改性碳化鎢自潤滑耐磨添加劑的x射線衍射圖。

圖2為石墨烯改性碳化鎢自潤滑耐磨添加劑的掃描電鏡圖。

圖3為石墨烯改性碳化鎢自潤滑耐磨添加劑的高倍掃描電鏡圖。

圖4為石墨烯改性碳化鎢自潤滑耐磨添加劑的透射電鏡圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖和具體實施例，對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。

實施例1

本發(fā)明涉及的改性石墨烯，由一定比例的氧化石墨烯、無水乙醇、去離子水、偏鎢酸銨和羰基鎢混合成含鎢的前驅(qū)體混合物混合而成，上述中，稱取1g-6g氧化石墨烯，加入1000g無水乙醇，均勻攪拌混合；再加入50－800g去離子水進(jìn)行混合，在超聲分散儀中，選用10mm振幅桿，超聲處理時間為30－180min，超聲頻率為10－15hz，獲得石墨烯分散的混合液。上述中，分別稱取質(zhì)量百分比為99%的偏鎢酸銨和1%的羰基鎢混合成含鎢的前驅(qū)體混合物，稱取1g含鎢前驅(qū)體混合物加入到石墨烯分散溶液中，攪拌30－60min；攪拌過程中不斷滴入無水乙醇，滴入量為18－324g，隨后將得到的沉淀抽濾，在烘箱中加熱70－90℃，烘干10－60min，得到干燥粉體。上述中，將得到的干燥粉體，置于氧化鋁坩堝中，在管式還原爐中通一定量h2，h2流量為l00sccm，以5－70℃/min的升溫速率，加熱至700－900℃；保溫時間為1-3h，最后通h2冷卻至室溫，獲得改性石墨烯。

本發(fā)明改性石墨烯制備過程如下：稱取1g氧化石墨烯，加入1000g無水乙醇，均勻攪拌混合，在加入50g去離子水進(jìn)行混合，在超聲分散儀中，選用10mm振幅桿，超聲處理時間為30min，超聲頻率為10hz，獲得石墨烯分散的混合液，分別稱取質(zhì)量百分比為99%的偏鎢酸銨和1%的羰基鎢混合成含鎢的前驅(qū)體混合物，稱取1g含鎢前驅(qū)體混合物加入到石墨烯分散溶液中，攪拌30min，攪拌過程中不斷滴入無水乙醇，滴入量為18g，隨后將得到的沉淀抽濾，在烘箱中加熱70℃，烘干10min，將得到的干燥粉體，置于氧化鋁坩堝中，在管式還原爐中通一定量h2，h2流量為l00sccm，以5℃/min的升溫速率，加熱至700℃，保溫時間為1h，最后通h2冷卻至室溫，獲得改性石墨烯，并可作為石墨烯改性碳化鎢自潤滑耐磨添加劑使用。

如圖1所示為該實例制備的改性石墨烯，其中石墨烯改性碳化鎢自潤滑耐磨添加劑的xrd圖，可以看出，圖中所有的特征峰均與wc的物相完全吻合，表面石墨烯表面負(fù)載有wc物相。

如圖2所示為該實例制備的改性石墨烯，石墨烯表面原位生長碳化鎢納米顆粒的掃描電鏡圖，可以看出白色納米尺度的碳化鎢顆粒均勻的分布在石墨烯表面，且未破壞石墨烯原有的片層結(jié)構(gòu)特性。

圖3為該實例制備的改性石墨烯，其中，石墨烯表面原位生長碳化鎢顆粒的高倍掃描電鏡圖，可以看出碳化鎢顆粒的尺寸為10-20nm之間，證明碳化鎢顆粒尺度小、分布均勻。

圖4箭頭所示可以看出石墨烯改性碳化鎢自潤滑耐磨添加劑緊密的粘附在噴涂粉末表面，達(dá)到較好的相容。

實施例2：

在上述實施例的基礎(chǔ)上，本發(fā)明提供的改性石墨烯，由一定比例的氧化石墨烯、無水乙醇、去離子水、偏鎢酸銨和羰基鎢混合成含鎢的前驅(qū)體混合物混合而成，具體制備過程如下：稱取2g氧化石墨烯，加入1000g無水乙醇，均勻攪拌混合，在加入60g去離子水進(jìn)行混合，在超聲分散儀中，選用10mm振幅桿，超聲處理時間為60min，超聲頻率為12hz，獲得石墨烯分散的混合液，分別稱取質(zhì)量百分比為99%的偏鎢酸銨和1%的羰基鎢混合成含鎢的前驅(qū)體混合物，稱取1g含鎢前驅(qū)體混合物加入到石墨烯分散溶液中，攪拌40min，攪拌過程中不斷滴入無水乙醇，滴入量為84g，隨后將得到的沉淀抽濾，在烘箱中加熱80℃，烘干20min，將得到的干燥粉體，置于氧化鋁坩堝中，在管式還原爐中通一定量h2，h2流量為l00sccm，以20℃/min的升溫速率，加熱至700℃，保溫時間為1h，最后通h2冷卻至室溫，獲得改性石墨烯，并可作為石墨烯改性碳化鎢自潤滑耐磨添加劑使用。

實施例3：

在上述實施例的基礎(chǔ)上，本發(fā)明提供的改性石墨烯，由一定比例的氧化石墨烯、無水乙醇、去離子水、偏鎢酸銨和羰基鎢混合成含鎢的前驅(qū)體混合物混合而成，具體制備過程如下：稱取3g氧化石墨烯，加入1000g無水乙醇，均勻攪拌混合，在加入700g去離子水進(jìn)行混合，在超聲分散儀中，選用10mm振幅桿，超聲處理時間為120min，超聲頻率為12hz，獲得石墨烯分散的混合液，分別稱取質(zhì)量百分比為99%的偏鎢酸銨和1%的羰基鎢混合成含鎢的前驅(qū)體混合物，稱取1g含鎢前驅(qū)體混合物加入到石墨烯分散溶液中，攪拌50min，攪拌過程中不斷滴入無水乙醇，滴入量為168g，隨后將得到的沉淀抽濾，在烘箱中加熱80℃，烘干20min，將得到的干燥粉體，置于氧化鋁坩堝中，在管式還原爐中通一定量h2，h2流量為l00sccm，以30℃/min的升溫速率，加熱至800℃，保溫時間為2h，最后通h2冷卻至室溫，獲得改性石墨烯，并可作為石墨烯改性碳化鎢自潤滑耐磨添加劑使用。

實例4：

在上述實施例的基礎(chǔ)上，本發(fā)明提供的改性石墨烯，由一定比例的氧化石墨烯、無水乙醇、去離子水、偏鎢酸銨和羰基鎢混合成含鎢的前驅(qū)體混合物混合而成，具體制備過程如下：稱取4g氧化石墨烯，加入1000g無水乙醇，均勻攪拌混合，在加入800g去離子水進(jìn)行混合，在超聲分散儀中，選用10mm振幅桿，超聲處理時間為150min，超聲頻率為15hz，獲得石墨烯分散的混合液，分別稱取質(zhì)量百分比為99%的偏鎢酸銨和1%的羰基鎢混合成含鎢的前驅(qū)體混合物，稱取1g含鎢前驅(qū)體混合物加入到石墨烯分散溶液中，攪拌60min，攪拌過程中不斷滴入無水乙醇，滴入量為228g，隨后將得到的沉淀抽濾，在烘箱中加熱90℃，烘干40min，將得到的干燥粉體，置于氧化鋁坩堝中，在管式還原爐中通一定量h2，h2流量為l00sccm，以50℃/min的升溫速率，加熱至900℃，保溫時間為2h，最后通h2冷卻至室溫，獲得改性石墨烯，并可作為石墨烯改性碳化鎢自潤滑耐磨添加劑使用。

實例5：

在上述實施例的基礎(chǔ)上，本發(fā)明提供的改性石墨烯，由一定比例的氧化石墨烯、無水乙醇、去離子水、偏鎢酸銨和羰基鎢混合成含鎢的前驅(qū)體混合物混合而成，具體制備過程如下：稱取5g氧化石墨烯，加入1000g無水乙醇，均勻攪拌混合，在加入800g去離子水進(jìn)行混合，在超聲分散儀中，選用10mm振幅桿，超聲處理時間為150min，超聲頻率為15hz，獲得石墨烯分散的混合液，分別稱取質(zhì)量百分比為99%的偏鎢酸銨和1%的羰基鎢混合成含鎢的前驅(qū)體混合物，稱取1g含鎢前驅(qū)體混合物加入到石墨烯分散溶液中，攪拌60min，攪拌過程中不斷滴入無水乙醇，滴入量為286g，隨后將得到的沉淀抽濾，在烘箱中加熱90℃，烘干40min，將得到的干燥粉體，置于氧化鋁坩堝中，在管式還原爐中通一定量h2，h2流量為l00sccm，以50℃/min的升溫速率，加熱至900℃，保溫時間為2h，最后通h2冷卻至室溫，獲得改性石墨烯，并可作為石墨烯改性碳化鎢自潤滑耐磨添加劑使用。

實例6：

在上述實施例的基礎(chǔ)上，本發(fā)明提供的改性石墨烯，由一定比例的氧化石墨烯、無水乙醇、去離子水、偏鎢酸銨和羰基鎢混合成含鎢的前驅(qū)體混合物混合而成，具體制備過程如下：稱取6g氧化石墨烯，加入1000g無水乙醇，均勻攪拌混合，在加入800g去離子水進(jìn)行混合，在超聲分散儀中，選用10mm振幅桿，超聲處理時間為180min，超聲頻率為15hz，獲得石墨烯分散的混合液，分別稱取質(zhì)量百分比為99%的偏鎢酸銨和1%的羰基鎢混合成含鎢的前驅(qū)體混合物，稱取1g含鎢前驅(qū)體混合物加入到石墨烯分散溶液中，攪拌60min，攪拌過程中不斷滴入無水乙醇，滴入量為324g，隨后將得到的沉淀抽濾，在烘箱中加熱90℃，烘干40min，將得到的干燥粉體，置于氧化鋁坩堝中，在管式還原爐中通一定量h2，h2流量為l00sccm，以70℃/min的升溫速率，加熱至900℃，保溫時間為3h，最后通h2冷卻至室溫，獲得改性石墨烯，并可作為石墨烯改性碳化鎢自潤滑耐磨添加劑使用。

與最接近的現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

1）改性石墨烯不僅可以作為熱噴涂粉末中的自潤滑耐磨添加劑，提高與噴涂粉末的相容性和均勻混合性，提高了與噴涂粉末的嵌合強度，保證了噴涂粉末內(nèi)部石墨烯的較高含量。另外，改性石墨烯也可以應(yīng)用于潤滑油、潤滑脂內(nèi)部，可以保證在潤滑油或潤滑脂內(nèi)部的均勻分散和長久穩(wěn)定儲存，可以保證潤滑油或潤滑脂在耐磨防護(hù)應(yīng)用過程中起到降低摩擦系數(shù)的效果。

2）本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以獲得改性石墨烯，使納米片層結(jié)構(gòu)石墨烯表面原位生長、沉積有納米尺度的碳化鎢顆粒，通過控制反應(yīng)物之間的含量比，及反應(yīng)條件，可以實現(xiàn)石墨烯表面原位生長納米碳化物顆粒的尺寸、形貌、含量調(diào)控。

3）本發(fā)明制備的改性石墨烯既未改變石墨烯片層碳結(jié)構(gòu)單元的特性，石墨烯仍具有較大的比表面積和較高活性等優(yōu)點，又很大程度上提高了石墨烯的重量，表面負(fù)載有原位生長的納米碳化鎢提高了石墨烯改性碳化鎢自潤滑耐磨添加劑與碳化鎢噴涂粉末的相容性和均勻混合。

4）相比石墨烯不經(jīng)改性直接添加到碳化鎢噴涂粉末制備的碳化鎢涂層，本發(fā)明所獲得的石墨烯改性碳化鎢自潤滑劑在噴涂過程中不會被高速、高溫的噴涂焰流吹飛而損失掉，有效的保留了石墨烯在涂層中的成分含量和均勻分布。

5）本發(fā)明獲得的石墨烯改性碳化鎢自潤滑耐磨添加劑應(yīng)用于耐磨涂層中，石墨烯一方面可以提高涂層的強度和韌性，另外石墨烯片層間的剪切力極小，在摩擦過程中石墨烯片層之間發(fā)生相對滑動，可以代替摩擦副表面金屬件的相對滑動，實現(xiàn)磨屑與摩擦副表面的分離，大大降低了摩擦系數(shù)，減少了磨損。

應(yīng)當(dāng)理解的是，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進(jìn)或變換，而所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。