CN102899153A - 一种用于陶瓷摩擦副的水基润滑剂组合物 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于陶瓷摩擦副的水基润滑剂组合物，含有纳米级二氧化硅颗粒、醇胺、镁化合物、植酸盐、纳米级石墨颗粒和水。本发明公开的水基润滑剂组合物具有摩擦系数较低、抗磨损性能好等优点，可以有效保护陶瓷摩擦副表面，延长陶瓷摩擦副的使用寿命。

Description

一种用于陶瓷摩擦副的水基润滑剂组合物

技术领域

本发明涉及润滑技术领域，特别涉及一种用于陶瓷摩擦副的水基润滑剂组合物。

背景技术

陶瓷材料具有比重小、熔点高、硬度大、化学稳定性好和耐腐蚀等优点。在实际应用过程中，陶瓷材料常常组成一对相互接触可并做相对运动的摩擦副部件，用作机械设备中的某些零件，如陶瓷轴承等。近十多年来，摩擦副部件在航空航天、航海、核工业、石油、化工、轻纺工业、机械、冶金、电力、食品、机车、地铁、高速机床及国防军事装备等国计民生的各个领域中得到了日益广泛的应用。作为摩擦副部件，其摩擦磨损特性、稳定性和运行寿命等特性是科研工作者和工程技术人员特别关注的问题。如何提高陶瓷摩擦副的性能，特别是耐磨性，从而延长寿命，对节约能源和材料具有十分重要的价值和意义。

润滑是解决摩擦副摩擦磨损、提高材料抗磨性、延长部件工作寿命以及节约能源和材料的主要技术手段。目前的陶瓷摩擦副在大多数情况下依然使用油基润滑剂润滑，而矿物润滑油和合成润滑油的使用对环境是一个极大的威胁。据统计，一桶废油如倒入江河湖海，能污染3.5平方公里的水域，造成大量动植物死亡，破坏生态环境，威胁人类健康甚至生命。我国是环境污染比较严重的国家，政府正在努力将中国建设成为资源能源节约型、环境友好型社会。水基润滑剂由于具有资源广泛、成本低廉、冷却性能优异、难燃以及低污染等优点，得到越来越多的重视。从可持续发展角度看，发展优异润滑性能卓越的新型环境友好高水基润滑材料是社会发展所需，具有巨大的社会意义和市场前景。

目前，已经对陶瓷材料摩擦副的水基润滑和摩擦磨损控制机理进行了较多的研究。某些工况下，陶瓷摩擦副在使用水基润滑剂时，经过长时间的磨合后，才能得到较低的摩擦系数，但是在长时间的磨合过程中，已经产生了较大的磨损率，总体说来，目前公开的陶瓷摩擦副的水基润滑剂，其陶瓷摩擦副的摩擦系数和磨损率依然较高，因此需要对现有的水基润滑剂技术进行进一步的改进，这对改善陶瓷摩擦副的磨损状况，提高陶瓷摩擦副的耐磨性能，以及对装配有陶瓷摩擦副的工业设备有很大的实际应用价值。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明公开了一种用于陶瓷摩擦副的水基润滑剂组合物，该水基润滑剂组合物有助于提高陶瓷摩擦副的抗磨损性能，延长陶瓷摩擦副的使用寿命。

本发明的技术方案为：本发明公开了一种用于陶瓷摩擦副的水基润滑剂组合物，含有纳米级二氧化硅颗粒、醇胺、镁化合物、植酸盐、纳米级石墨颗粒和水。

优选地，上述用于陶瓷摩擦副的水基润滑剂组合物重量份数为：0.01-10重量份的纳米级二氧化硅颗粒；0.01-10重量份的醇氨；0.01-5重量份的镁化合物；0.01-5重量份的植酸盐；0.01-5重量份的纳米级石墨颗粒；和65-90重量份的水。

更优选地，所述水基润滑剂组合物各组分重量份数为：0.01-8重量份的纳米级二氧化硅颗粒；0.01-5重量份的醇胺；0.01-5重量份的镁化合物；0.01-5重量份的植酸盐；0.01-5重量份的纳米级石墨；和70-90重量份的水。

所述纳米级二氧化硅颗粒的粒径尺寸优选为10-200nm，以形成纳米级微小滚球，减小摩擦，提高润滑剂组合物的润滑效果。

所述醇氨优选为乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、二甘醇按和甲氧基聚乙二醇胺中的任意一种或几种混合物，上述醇胺能够与水互溶，其分子中含有高比例的羟基，有较强的持水能力，有利于形成含有水以及纳米级润滑颗粒的润滑膜。

所述镁化合物为优选为硫酸镁、乙二胺四乙酸二钠镁、三氟甲磺酸镁中的任意一种或几种混合物。

所述植酸盐的种类不受特别限定，只要其是水溶性的即可。优选为植酸钠、植酸钙、植酸钾中的任意一种或几种混合物。由于植酸盐具有较强的吸附能力，使摩擦副界面形成吸附膜，使得润滑膜具有较强的保护摩擦副表面的能力，避免摩擦副表面磨损。

所述纳米级石墨颗粒的粒径尺寸优选为1-100nm，可以增强润滑剂组合物的润滑效果。

所述水不受特别限制，优选采用去离子水，能够进一步提高润滑剂组合物润滑性能。

本发明的有效效果在于：（1）本发明公开的水基润滑剂组合物在施加至陶瓷摩擦副的润滑部位后，能够在摩擦副相互接触的表面之间，有效地形成连续的润滑膜，保护摩擦副表面，减少磨损程度，从而实现了较高的抗磨损性能，或者能够实现较低的摩擦系数，例如在200N压力下，四球试验后陶瓷球的磨斑在0.60mm以下，在200N压力下，高频往复摩擦磨损试验时陶瓷摩擦副之间的摩擦系数在0.07以下；（2）本发明公开的水基润滑剂组合物在施加至陶瓷摩擦副的润滑部位后，还可以在摩擦副表面形成连续均匀的吸附层，具有较强的承载能力，减小摩擦副表面的摩擦损伤程度，同时使得剪切阻力变小，获得较低的摩擦系数，从而有效地减小了摩擦能量损失，节能降耗，延长部件寿命，节约材料，适合大规模工业应用；（3）本发明的润滑剂组合物的原材料较为容易获得，制备方法简单，可以满足多种陶瓷摩擦副的水基润滑需求。

附图说明

图1是实施例1制备的润滑剂组合物的摩擦系数根据时间变化的曲线图；

图2是实施例2制备的润滑剂组合物的摩擦系数根据时间变化的曲线图；

图3是实施例3制备的润滑剂组合物的摩擦系数根据时间变化的曲线图；

图4是实施例4制备的润滑剂组合物的摩擦系数根据时间变化的曲线图；

图5是实施例5制备的润滑剂组合物的摩擦系数根据时间变化的曲线图；

图6是实施例6制备的润滑剂组合物的摩擦系数根据时间变化的曲线图。

具体实施方式

下面通过具体的实施例，对本发明进行详细描述，需要说明的是，实施例仅仅是说明性的，而不以任何方式限制本发明的保护范围。

1、制备水基润滑剂组合物

按照下列步骤在室温下制备总重量为1000克的润滑剂组合物：

按照表1中所列出的各组分及组分含量，首先称量所需重量的醇胺，将其倒入容量为1500毫升的烧杯，然后依次加入所需重量的去离子水，并将其置于功率为350瓦的磁力搅拌器上，边搅拌边加入纳米级二氧化硅、镁化合物、植酸盐、纳米级石墨颗粒，直至搅拌均匀，获得润滑剂组合物，实施例1-6各组分及其含量见表1，其中所述“余量”指组合物总体含量为100%的剩余量。

当然，在本发明中，也可以通过其他任意方式制备润滑剂组合物，例如，可以通过将润滑剂组合物中除水以外的组分按照配比加入到水中，搅拌均匀，而获得最终的水基润滑剂组合物。

表1  实施例1-6各组分及重量含量

2、性能检测

将实验例1-6润滑剂制备的组合物施加在摩擦副的接触表面，进行四球试验和高频往复摩擦磨损实验，分别获得磨斑大小和摩擦系数曲线。在室温下，利用四球摩擦磨损试验机测试时，试验压力为200N，测试时间为30分钟，之后测量陶瓷球上的磨斑直径，再取各试验磨斑的平均值，结果示于表2中；在室温下，利用高频往复摩擦磨损试验机测试时，试验压力为200N，测试时间为30分钟，摩擦系数曲线分别如图1-6所示，根据图1-6获得的平均摩擦系数总结于表3中。

表2  四球试验数据

表3 高频往复实验数据

根据表2-3及图1-6的结果可以看出，本发明实验例1-6在应用于陶瓷摩擦副时，摩擦副表面磨损损失较小，摩擦系数较低，能够有效减小摩擦副表面的材料损失，降低由于摩擦而造成的能量损失，节能降耗，是一种新型的环境友好水基润滑材料，因而较为适合大规模工业应用。

综上所述，尽管通过本发明的具体实施例对本发明进行了详细描述，但本领域一般技术人员应该明白的是，上述实施例仅仅是对本发明的优选实施例的描述，而非对本发明保护范围的限制，本领域一般技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化，均在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于陶瓷摩擦副的水基润滑剂组合物，含有纳米级二氧化硅颗粒、醇胺、镁化合物、植酸盐、纳米级石墨颗粒和水。

2.根据权利要求1所述的水基润滑剂组合物，其特征在于，以重量计，各组分的含量为：

3.根据权利要求2所述的水基润滑剂组合物，其特征在于，以重量计，各组分的含量为：

4.根据权利要求1-3任意一项所述的水基润滑剂组合物，其特征在于：所述纳米级二氧化硅颗粒的粒径尺寸为10-200nm。

5.根据权利要求1-3任意一项所述的水基润滑剂组合物，其特征在于：所述醇氨为乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、二甘醇胺和甲氧基聚乙二醇胺中的一种或几种混合物。

6.根据权利要求1-3任意一项所述的水基润滑剂组合物，其特征在于：所述镁化合物为硫酸镁、乙二胺四乙酸二钠镁、三氟甲磺酸镁中的一种或几种混合物。

7.根据权利要求1-3任意一项所述的水基润滑剂组合物，其特征在于：所述植酸盐为植酸钠、植酸钙、植酸钾中的一种或几种混合物。

8.根据权利要求1-3任意一项所述的水基润滑剂组合物，其特征在于：所述纳米级石墨颗粒的粒径尺寸为1-100nm。

9.根据权利要求1-3任意一项所述的水基润滑剂组合物，其特征在于：所述水为去离子水。

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