CN103275797A - 一种纳米微粒润滑剂、其制备方法及在超声润滑技术中的应用 - Google Patents
一种纳米微粒润滑剂、其制备方法及在超声润滑技术中的应用 Download PDFInfo
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Abstract
一种纳米微粒润滑剂、其制备方法及在超声润滑技术中的应用。该纳米微粒润滑剂中各组分的重量配比为:基础润滑油85~95%、纳米微粒0.1~1.2%、分散剂4~14.5%。其制备方法是:将基础润滑油与分散剂混合、超声,获得溶液A;将基础润滑油、纳米微粒及分散剂混合、超声、高速搅拌,获得溶液B;将溶液A和溶液B混合,超声处理,研磨,即可获得纳米微粒润滑剂。在采用该纳米微粒润滑剂超声润滑时,纳米微粒在摩擦副间起滚动作用,使摩擦副由滑动摩擦变为滚滑摩擦,具有优异的减摩抗磨性能,并对磨损表面微损伤具有修复作用。采用本发明能够解决机械滑动运动件在苛刻环境下的磨损失效问题,为提高设备可靠性和使用寿命、减少维修时间、降低保障费用提供一种创新性途径。
Description
技术领域
本发明涉及一种纳米微粒润滑剂、其制备方法及在超声润滑技术中的应用,属于液体润滑领域。
背景技术
摩擦是自然界中普遍存在的现象,物质的存在及运动离不开摩擦。摩擦的负面影响严重制约能源利用率,影响生产效率的提高、带来安全隐患和环境污染等。资料统计,摩擦引起的能源消耗大于30%,70%以上的设备故障来源于磨损引起的零部件失效。如汽车发动机,其摩擦损失占总功率的20%,活塞式航空发动机的摩擦损失约为总功率的9%,纺织机的摩擦损失约占总功率的85%。随着机械向重负荷高强度方向发展,摩擦带来的负面影响还会逐年增加。
润滑是减少材料摩擦磨损最为有效的方法之一,其作用原理是利用润滑剂来降低(或抑制)两摩擦表面之间的摩擦力或其它形式的表面破坏作用。当在润滑油中添加纳米微粒时,可使润滑油的减摩抗磨性能得到大幅提高。所以,纳米微粒作为润滑油添加剂的研究成为近年来国内外关注的热点之一,其在高温、高承载能力及环境友好方面显示出的优异性能引人关注。如在液体石蜡油中加入纳米铜后,其摩擦因数至少可降低18%,磨痕宽度至少可降低35%。
超声振动减摩是一种特殊的减摩方法,其作用机制是利用超声波在媒质中传播时产生的特殊效应,如化学效应、力学效应、热学效应等,这些特殊效应会改善相互运动的摩擦副接触界面的润滑状态,从而使摩擦系数降低。纳米微粒作为润滑油添加剂具有优异的摩擦学性能,超声振动也能有效地降低摩擦副间的摩擦系数,但纳米微粒润滑技术和超声减摩技术往往是各自分离、单独应用的。随着机械设备摩擦运动件的环境工况不断苛刻,目前单一的润滑技术往往不足以完全适应摩擦运动件的工作环境。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型的纳米微粒润滑剂,该纳米微粒润滑剂在超声振动环境下,可以大幅度降低摩擦副之间的摩擦系数和磨损率。
本发明的另一目的在于提供一种所述纳米微粒润滑剂的制备方法。
本发明的另一目的在于提供一种所述纳米微粒润滑剂在超声润滑技术中的应用,利用超声辅助纳米微粒润滑的方法来改善摩擦副表面的润滑状态,提高材料表面的摩擦性能,获得新型的纳米微粒超声润滑技术。
为实现上述目的,本发明采用以下技术方案:
一种纳米微粒润滑剂,它由基础润滑油、纳米微粒、分散剂组成,各组分的重量配比为:基础润滑油85~95%、纳米微粒0.1~1.2%、分散剂4~14.5%。
优选地,所述基础润滑油为液体石蜡、L-AN46机械油、150BS、500SN中的一种。
优选地,所述的纳米微粒为纳米SiO2、纳米Al2O3、纳米Cu、纳米Fe3O4、纳米LaF3中的一种或两种纳米微粒的混合物,纳米微粒的直径不大于80nm。
优选地,所述的两种纳米微粒的混合物为纳米SiO2与纳米Al2O3的混合物,其重量比为1∶1~1∶3,或纳米SiO2与纳米LaF3的化合物,其重量比为1∶1~5∶1。
优选地,所述的分散剂为高碱值合成磺酸钙分散剂T106、聚异丁烯单丁二酰亚胺无灰分散剂T151、聚异丁烯多烯基丁二酰亚胺分散剂T153、2,6-二叔丁基对甲酚抗氧化剂T501中一种或两种以上。
一种所述纳米微粒润滑剂的制备方法,包括以下步骤:
(1)将基础润滑油与分散剂混合,超声处理5.0~10min,获得溶液A;
(2)将基础润滑油、纳米微粒及分散剂混合,超声处理5.0~10min后,在高速分散均质机上高速搅拌15min,使纳米颗粒均匀分散在基础润滑油中,获得溶液B;
(3)将溶液A和溶液B混合,超声处理10min,在高能球磨机上研磨2~3h,即可获得纳米微粒润滑剂。
一种所述纳米微粒润滑剂在润滑技术中的应用,将纳米微粒润滑剂置于摩擦副之间,在超声振动环境下,使纳米微粒在摩擦副表面产生滚动作用,超声振动的振动频率为10KHz~38KHz。
本发明的优点在于:
采用本发明的纳米微粒润滑剂进行超声润滑时,纳米微粒在摩擦副间起滚动作用,使摩擦副由滑动摩擦变为滚滑摩擦。具有优异的减摩抗磨性能,并且对磨损表面微损伤具有修复作用。例如,45号钢/GCr15钢摩擦副在0.2wt%纳米SiO2和36Hz超声润滑下,磨损表面生成一层含SiO2修复膜,摩擦副之间的摩擦因数和体积磨损量分别降低了30%和45%。
采用本发明能够解决机械滑动运动件在苛刻环境下的磨损失效问题,为提高设备可靠性和使用寿命、减少维修时间、降低保障费用提供一种创新性途径。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
本实施例的纳米微粒润滑剂由L-AN46机械油、纳米SiO2、聚异丁烯多烯基丁二酰亚胺分散剂T153组成,其重量配比为:L-AN46机械油92wt%、纳米SiO20.5wt%、分散剂T1537.5wt%。
该纳米微粒润滑剂的制备过程为:
步骤1、将46wt%的L-AN46机械油与4.5wt%的分散剂T153混合,超声处理5min,获得溶液A;
步骤2、将46wt%的L-AN46机械油与0.5wt%的纳米SiO2、3.0wt%的分散剂T153混合,超声处理5min后,在高速分散均质机上高速搅拌15min,使纳米颗粒均匀分散在L-AN46机械油中,获得溶液B;
步骤3、将溶液A和溶液B混合,超声处理10min,在高能球磨机上研磨2小时,即可获得纳米微粒润滑剂。
将本实施例制备的纳米微粒润滑剂按含0.2wt%纳米SiO2的量添加到液体石蜡基础润滑油中,在超声振动环境下进行摩擦实验,实验条件为:室温,大气环境,摩擦频率为2Hz,载荷为10N,摩擦行程为10mm,摩擦时间30min,超声振动频率为36KHz。摩擦实验是在经超声振动装置改造的MFT-R4000往复摩擦磨损实验仪上进行的;实验所用摩擦副为GCr15球/45号钢块,基础润滑油为液体石蜡。
实验结果:纳米微粒超声润滑下,GCr15球/45号钢块之间的摩擦系数为0.056,与液体石蜡基础润滑油比较,GCr15球/45号钢块之间的摩擦系数降低30%,45号钢的磨损体积降低45%。摩擦实验结束后,45号钢磨损表面在丙酮溶液中超声清洗5min,干燥后在高倍扫描电子显微镜下进行观测,磨损表面覆盖一层含SiO2修复薄膜。
实施例2
本实施例的纳米微粒润滑剂由基础润滑油150BS、纳米Al2O3、高碱值合成磺酸钙分散剂T106、聚异丁烯单丁二酰亚胺无灰分散剂T151组成,其重量配比为:基础润滑油150BS为92wt%、纳米Al2O3为1.0wt%、高碱值合成磺酸钙分散剂T106为1.5wt%、聚异丁烯单丁二酰亚胺无灰分散剂T151为5.5wt%。
该纳米微粒润滑剂的制备过程为:
步骤1、将46wt%的基础润滑油150BS与5.5wt%的聚异丁烯单丁二酰亚胺无灰分散剂T151,超声处理8.0min,获得溶液A;
步骤2、将46wt%的基础润滑油150BS与1.0wt%的纳米Al2O3和1.5wt%的高碱值合成磺酸钙分散剂T106混合,超声处理10min后,在高速分散均质机上高速搅拌15min,使纳米颗粒均匀分散在基础润滑油150BS中,获得溶液B;
步骤3、将溶液A和溶液B混合,超声处理10min,在高能球磨机上研磨3小时,即可获得含纳米Al2O3微粒的润滑剂。
对含纳米Al2O3微粒润滑剂进行纳米微粒超声润滑性能实验。
将本实施例制备的纳米微粒润滑剂按含0.1wt%纳米Al2O3的量添加到液体石蜡基础润滑油中,润滑实验条件为:室温,大气环境,摩擦频率为2Hz,载荷为10N,摩擦行程为10mm,摩擦时间30min,超声振动频率为28KHz。实验设备为经超声振动装置改造的MFT-R4000往复摩擦磨损实验仪;实验所用摩擦副为GCr15球/45号钢块,基础润滑油为液体石蜡。
实验结果:纳米Al2O3微粒超声润滑下,GCr15球/45号钢块之间的摩擦系数为0.062,与液体石蜡基础润滑油比较,摩擦系数降低31%。摩擦实验结束后,与基础润滑油比较,45号钢的磨损体积降低52%。摩擦实验结束后,45号钢磨损表面在丙酮溶液中超声清洗5min,干燥后在高倍扫描电子显微镜下进行观测,磨损表面覆盖一层含Al2O3的修复薄膜。
实施例3
本实施例的纳米微粒润滑剂由基础润滑油150BS、纳米SiO2、纳米Al2O3、高碱值合成磺酸钙分散剂T106、聚异丁烯单丁二酰亚胺无灰分散剂T151组成,其重量配比为:基础润滑油150BS为94wt%、纳米Al2O3为0.5wt%、纳米SiO2为0.5wt%、高碱值合成磺酸钙分散剂T106为1.0wt%、聚异丁烯单丁二酰亚胺无灰分散剂T151为4.0wt%。
该纳米微粒润滑剂的制备过程为:
步骤1、将47wt%的基础润滑油150BS与1.0wt%的高碱值合成磺酸钙分散剂T106和纳米Al2O3为0.5wt%混合,超声处理10.0min,获得溶液A;
步骤2、将47wt%的基础润滑油150BS与4.0wt%的聚异丁烯单丁二酰亚胺无灰分散剂T151和0.5wt%的纳米SiO2混合,超声处理10min后,在高速分散均质机上高速搅拌15min,使纳米颗粒均匀分散在基础润滑油150BS中,获得溶液B;
步骤3、将溶液A和溶液B混合,超声处理10min,在高能球磨机上研磨2小时,即可获得含纳米Al2O3微粒和纳米SiO2微粒的润滑剂。
对含纳米Al2O3微粒和纳米SiO2微粒的润滑剂进行在超声环境下进行润滑性能实验。
将本实施例制备的纳米微粒润滑剂按含0.1wt%纳米Al2O3和0.1wt%纳米SiO2的量添加到液体石蜡基础润滑油中,润滑实验条件为:室温,大气环境,摩擦频率为2Hz,载荷为10N,摩擦行程为10mm,摩擦时间30min,超声振动频率为30KHz。实验设备为经超声振动装置改造的MFT-R4000往复摩擦磨损实验仪;实验所用摩擦副为GCr15球/45号钢块,基础润滑油为液体石蜡。
实验结果:纳米微粒超声润滑下,GCr15球/45号钢块之间的摩擦系数为0.041,与基础润滑油液体石蜡比较,摩擦系数降低55%。摩擦实验结束后,与基础润滑油比较,45号钢的磨损体积降低60%。摩擦实验结束后,45号钢磨损表面在丙酮溶液中超声清洗5min,干燥后在高倍扫描电子显微镜下进行观测,磨损表面覆盖一层含SiO2和Al2O3的修复薄膜。
实施例4
本实施例的纳米微粒润滑剂由基础润滑油500SN、纳米SiO2、纳米LaF3、高碱值合成磺酸钙分散剂T106、聚异丁烯单丁二酰亚胺无灰分散剂T151、2,6-二叔丁基对甲酚抗氧化剂T501组成,其重量配比为:基础润滑油500SN为88wt%、纳米SiO2为1.0wt%、纳米LaF3为0.2wt%、高碱值合成磺酸钙分散剂T106为4.5wt%、聚异丁烯单丁二酰亚胺无灰分散剂T151为5.5wt%、2,6-二叔丁基对甲酚抗氧化剂T501为0.8wt%。
该纳米微粒润滑剂的制备过程为:
步骤1、将44wt%的基础润滑油500SN与4.5wt%的高碱值合成磺酸钙分散剂T106和0.2wt%纳米LaF3混合,超声处理10.0min,获得溶液A;
步骤2、将44wt%的基础润滑油500SN与5.5wt%的聚异丁烯单丁二酰亚胺无灰分散剂T151、0.8wt%的2,6-二叔丁基对甲酚抗氧化剂T501和1.0wt%的纳米SiO2混合,超声处理10min后,在高速分散均质机上高速搅拌15min,使纳米颗粒均匀分散在基础润滑油500SN中,获得溶液B;
步骤3、将溶液A和溶液B混合,超声处理10min,在高能球磨机上研磨3小时,即可获得含纳米SiO2和纳米LaF3微粒的润滑剂。
对含纳米Al2O3微粒和纳米SiO2微粒的润滑剂进行在超声环境下进行润滑性能实验。
将本实施例制备的纳米微粒润滑剂按含0.1wt%纳米SiO2和0.02wt%纳米LaF3的量添加到液体石蜡基础润滑油中,润滑实验条件为:室温,大气环境,摩擦频率为2Hz,载荷为10N,摩擦行程为10mm,摩擦时间30min,超声振动频率为18KHz。实验设备为经超声振动装置改造的MFT-R4000往复摩擦磨损实验仪;实验所用摩擦副为GCr15球/45号钢块,基础润滑油为液体石蜡。
实验结果:纳米微粒超声润滑下,GCr15球/45号钢块之间的摩擦系数为0.045,与基础润滑油液体石蜡比较,摩擦系数降低55%。摩擦实验结束后,与基础润滑油比较,45号钢的磨损体积降低52%。摩擦实验结束后,45号钢磨损表面在丙酮溶液中超声清洗5min,干燥后在高倍扫描电子显微镜下进行观测,磨损表面覆盖一层含SiO2和LaF3的修复薄膜。
Claims (8)
1.一种纳米微粒润滑剂,其特征在于,它由基础润滑油、纳米微粒、分散剂组成,各组分的重量配比为:基础润滑油85~95%、纳米微粒0.1~1.2%、分散剂4~14.5%。
2.根据权利要求1所述的纳米微粒润滑剂,其特征在于,所述的基础润滑油为液体石蜡、L-AN46机械油、150BS、500SN中的一种。
3.根据权利要求1所述的纳米微粒润滑剂,其特征在于,所述的纳米微粒为纳米SiO2、纳米Al2O3、纳米Cu、纳米Fe3O4、纳米LaF3中的一种或两种纳米微粒的混合物。
4.根据权利要求3所述的纳米微粒润滑剂,其特征在于,所述的两种纳米微粒的混合物为纳米SiO2与纳米Al2O3的混合物,其重量比为1∶1~1∶3,或纳米SiO2与纳米LaF3的化合物,其重量比为1∶1~5∶1。
5.根据权利要求3或4所述的纳米微粒润滑剂,所述纳米微粒的直径小于80nm。
6.根据权利要求1所述的纳米微粒润滑剂,其特征在于,所述的分散剂为高碱值合成磺酸钙分散剂T106、聚异丁烯单丁二酰亚胺无灰分散剂T151、聚异丁烯多烯基丁二酰亚胺分散剂T153、2,6-二叔丁基对甲酚抗氧化剂T501中一种或两种以上。
7.一种权利要求1~6所述的纳米微粒润滑剂的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)将基础润滑油与分散剂混合,超声处理5.0~10min,获得溶液A;
(2)将基础润滑油、纳米微粒及分散剂混合,超声处理5.0~10min后,在高速分散均质机上高速搅拌15min,使纳米颗粒均匀分散在基础润滑油中,获得溶液B;
(3)将溶液A和溶液B混合,超声处理10min,在高能球磨机上研磨2~3h,即可获得纳米微粒润滑剂。
8.一种权利要求1~6所述的纳米微粒润滑剂在润滑技术中的应用,其特征在于,将纳米微粒润滑剂置于摩擦副之间,在超声振动环境下,使纳米微粒在摩擦副表面产生滚动作用,超声振动的振动频率为10KHz~38KHz。
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C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20130904 |