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一种纳米TiO和氮硼掺杂石墨烯复合润滑油添加剂及其制备方法[发明专利

一、技术背景与问题提出

(1)随着工业和交通运输业的快速发展，润滑油在机械设备中扮演着至关重要的角色。润滑油的主要功能是减少机械部件间的摩擦，降低磨损，提高设备的使用寿命和运行效率。然而，传统的润滑油在高温、高压以及极端环境下往往表现出较差的抗氧化性、耐磨性和耐腐蚀性，难以满足现代工业对高性能润滑油的需求。

(2)近年来，纳米材料因其独特的物理和化学性质，被广泛应用于润滑油添加剂的制备中。纳米TiO作为一种具有优异光催化性能的纳米材料，能够有效提高润滑油的抗氧化性能；而石墨烯由于其高比表面积和优异的机械性能，能够增强润滑油的耐磨性和抗磨损能力。然而，单纯使用纳米TiO或石墨烯作为润滑油添加剂，其性能往往受到制备工艺和材料本身特性的限制。

(3)为了进一步提高润滑油的性能，研究者们开始探索将纳米TiO与石墨烯进行复合，以期获得具有更优异性能的润滑油添加剂。然而，在实际制备过程中，如何实现纳米TiO与石墨烯的有效复合，以及如何优化其结构和性能，仍然是一个亟待解决的问题。此外，复合材料的制备成本、稳定性和环境友好性也是需要考虑的重要因素。因此，开发一种高效、低成本、环保的纳米TiO和氮硼掺杂石墨烯复合润滑油添加剂具有重要的理论意义和应用价值。

二、纳米TiO和氮硼掺杂石墨烯复合润滑油添加剂的制备方法

(1)纳米TiO和氮硼掺杂石墨烯复合润滑油添加剂的制备方法主要包括以下步骤：首先，采用水热法制备纳米TiO粉末，通过控制反应条件如温度、时间、pH值等，实现对纳米TiO形貌和尺寸的精确调控。接着，通过化学气相沉积（CVD）方法在石墨烯表面进行氮硼掺杂，以增强石墨烯的抗氧化性和机械性能。随后，将制备好的纳米TiO粉末与氮硼掺杂石墨烯进行复合，通过超声分散、搅拌等手段实现纳米TiO与石墨烯的均匀混合。

(2)在复合过程中，需要特别注意纳米TiO与石墨烯的相互作用，以及复合材料的分散稳定性。通常，采用表面活性剂和稳定剂对纳米TiO和石墨烯进行预处理，以提高其在润滑油中的分散性和稳定性。此外，复合材料的制备过程中，还需考虑纳米TiO与石墨烯的相互作用力，如范德华力、化学键合等，以实现两者在分子层面的紧密结合。具体制备方法包括：将预处理后的纳米TiO和氮硼掺杂石墨烯按一定比例混合，在搅拌条件下加入适量溶剂，通过控制搅拌速度和时间，使纳米TiO和石墨烯充分分散在溶剂中。

(3)制备完成后，通过离心、过滤等手段将复合润滑油添加剂从溶剂中分离出来，并对产品进行干燥、研磨等处理，以获得粒径均匀、性能稳定的润滑油添加剂。在此过程中，还需对复合材料的形貌、尺寸、分散性、抗氧化性、耐磨性等性能进行表征和分析，以确保其满足实际应用需求。此外，制备方法还需考虑成本、环保、生产效率等因素，以实现工业化生产。通过对制备方法的不断优化和改进，有望获得具有更高性能和更广泛应用的纳米TiO和氮硼掺杂石墨烯复合润滑油添加剂。

三、添加剂的性能分析与评价

(1)对纳米TiO和氮硼掺杂石墨烯复合润滑油添加剂的性能进行分析与评价时，首先对添加剂的物理化学性质进行了详细测试。包括对纳米TiO和石墨烯的形貌、尺寸、比表面积等进行了表征，通过扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）等手段观察了复合材料的微观结构。此外，通过X射线衍射（XRD）和傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析了材料的晶体结构和化学组成。

(2)在润滑性能方面，通过高速旋转摩擦试验机对添加剂的摩擦系数、磨损量、抗氧化性等进行了评估。结果表明，复合添加剂在摩擦系数、磨损量和抗氧化性方面均优于单一纳米TiO或石墨烯。具体来说，复合添加剂的摩擦系数较低，磨损量减少，抗氧化性能显著提高，有效延长了机械部件的使用寿命。

(3)此外，对复合润滑油添加剂的热稳定性、化学稳定性、生物相容性等进行了测试。结果表明，该添加剂在高温、高压以及酸性、碱性等恶劣环境下表现出良好的稳定性，同时具有良好的生物相容性，适用于各种润滑场合。综合各项性能指标，纳米TiO和氮硼掺杂石墨烯复合润滑油添加剂具有优异的综合性能，在提高润滑油性能方面具有广阔的应用前景。

四、应用效果及市场前景分析

(1)纳米TiO和氮硼掺杂石墨烯复合润滑油添加剂在实际应用中展现了显著的效果。以某大型钢铁厂为例，该厂在设备润滑系统中使用了含有该添加剂的润滑油，经过一年多的运行，设备磨损率降低了30%，润滑油更换周期延长了50%，有效降低了生产成本。据市场调查数据显示，该添加剂的应用使得设备故障率下降了20%，提高了生产效率。

(2)在汽车行业，该复合润滑油添加剂也被广泛应用。某汽车制造企业在其生产的车型中使用了含有该添加剂的润滑油，经过测试，汽车的发动机磨损率降低了25%，油