CN103289790A

CN103289790A - 一种含纳米硫化亚铁的新型减摩润滑油添加剂

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Publication number: CN103289790A
Application number: CN2012101887329A
Authority: CN
Inventors: 梅滨; 马前
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-06-08
Filing date: 2012-06-08
Publication date: 2013-09-11

Abstract

一种含纳米硫化亚铁颗粒的润滑油添加剂，是纳米硫化亚铁颗粒和基础润滑油组成，该润滑油添加剂的重量百分比是，纳米硫化亚铁1％～20％，基础润滑油为80％～99％，纳米硫化亚铁的粒度为10nm～50nm，该润滑油添加剂可用作多功能润滑油和润滑脂的添加剂，还可以用作各种车辆、船舶、石油化工、矿山的大型机械设备润滑系统地修复抗磨剂。

Description

一种含纳米硫化亚铁的新型减摩润滑油添加剂

技术领域

本发明涉及工业润滑剂，特别涉及一种纳米硫化亚铁的润滑油添加剂。

背景技术

润滑油添加剂是确保润滑油质量的主要成分，虽然在润滑油中添加剂的用量比基础油要少得多，但是其重要性并不亚于基础油，甚至更甚于基础油。中国是仅次于美国和俄罗斯的第三大润滑油消费国，而且随着我国现代机械工业，特别是汽车工业的快速发展，对润滑油的品种和质量都提出了更高的要求，而润滑油中原有的减摩剂和抗磨剂已经不能满足现代工业对润滑油减磨抗磨的性能要求。

近年来，随着纳米技术的深入发展，人们发现纳米粒子在润滑领域具有许多潜在优势。以纳米粒子制成的纳米润滑油添加剂，可以明显提高润滑油的抗磨减摩性能，这也为润滑油领域中长期未能解决的问题开辟了新的解决途径。

纳米硫化物润滑油添加剂现已为人们所熟知的一种添加剂，而在国内研究的硫化物作为纳米材料的添加剂多为二硫化钼和二硫化钨。李长生等在“WS2纳米颗粒的合成及摩擦学性能研究.无机化学学报，2008，24(2)：275～279.”中将二硫化钨纳米颗粒作为添加剂添加到N40基础油中，结果显示，二硫化钨纳米颗粒作为润滑油添加剂具有抗磨性能，优异的极压性能和一定的减摩性能。此外，Zhang等在“The synthesis and characterization of molybdenumdisulfide nanocluster.The Journal of Physical Chemistry，1994，99(49)：12973～12977”中披露了有机硫磷酸修饰的二硫化钼纳米颗粒用作润滑油抗磨添加剂，具有明显的减摩、抗磨和极压承载作用。

专利CN1793304A中公开了一种用作减摩添加剂的二硫化钨纳米棒的制备方法，结果显示二硫化钼纳米棒在潮湿的空气中或者较高温度下不易被氧化，减摩抗磨、润滑性能优良，专利CN101671591中公开了一种纳米石墨/二硫化钼复合分体润滑添加剂的制备方法，并指出添加剂能够有效降低摩擦副的摩擦磨损。

硫化亚铁涂层是一种较好的固体润滑剂，能够显著降低摩擦副间的摩擦系数，提高耐磨性及抗粘着性能，延长零件的使用寿命，这已得到公认。然而，目前国内外对于纳米硫化亚铁用于润滑油添加剂的研究仍是一片空白，本专利申请人在的大量的研究基础上发现，在摩擦试验过程中，由于摩擦作用FeS不仅会黏附于摩擦表面起到减摩作用，而且其有可能发生分解出现如电解渗硫层在摩擦过程中向表面及次表面渗入的现象，减小了粘着和磨粒磨损，因此可以用作纳米润滑油添加剂。

发明内容

在上述背景下，本发明提供一种含纳米硫化亚铁颗粒的润滑油添加剂。

本发明的一种含纳米硫化亚铁的润滑油添加剂，所述润滑油添加剂中各组分的含量(以重量百分含量计)为：

纳米硫化亚铁 1％～20％

基础润滑油 80％～99％

其中所述的纳米硫化亚铁的粒度为10nm～50nm。

所述含纳米硫化亚铁的润滑油添加剂中各组分的含量(以重量百分含量计)为：

纳米硫化亚铁 2％～10％

基础润滑油 90％～98％

制备所述的含纳米硫化亚铁的润滑油添加剂的方法，是将纳米硫化亚铁和基础油按比例混合后用超声波振荡和机械搅拌0.5小时～2小时，即可得到本发明的润滑油添加剂。

所述含纳米硫化亚铁的润滑油添加剂，可用作多功能润滑油和润滑脂的添加剂，还可以用作各种车辆、船舶、石油化工、矿山的大型机械设备润滑系统地修复抗磨剂。

本发明的上述技术方法与现有技术相比具有以下优点：(1)本发明的含纳米硫化亚铁润滑油添加剂中不含任何分散剂和稳定剂，其组分为纳米硫化亚铁和基础油，但却具有良好的分散性和稳定性，非常适用于工业化应用；(2)本发明涉及的含纳米硫化亚铁的新型减摩润滑油添加剂，能够明显提高润滑油的润滑性能。纳米硫化亚铁不仅其基本特征在于与未添加本发明涉及的纳米硫化亚铁的润滑油相比，添加了本发明涉及的纳米硫化亚铁的润滑油其摩擦磨损性能有了明显的改善(如图1a及图1b所示)。硫化亚铁具有密排六方结构，成鳞片状，因此在摩擦过程中，纳米硫化亚铁不仅会黏附于摩擦表面起到减摩作用，而且很可能发生分解出现如电解渗硫层在摩擦过程中向表面及次表面渗入的现象，减小了粘着和磨粒磨损，可显著提高极压条件下的抗擦伤性能。

附图说明1：(a)载荷100N转速150rpm条件下纳米硫化亚铁含量为2％、5％、10％和空白样的摩擦曲线；(b)载荷100N转速150rpm条件下纳米硫化亚铁含量为2％、5％、10％和空白样的摩擦系数平均值

附图说明2：添加有5％纳米硫化亚铁润滑油润滑下的销试样磨损试验后的铁元素的面扫描

附图说明3：添加有5％纳米硫化亚铁润滑油润滑下的销试样磨损试验后的硫元素的面扫描

附图说明4：图4空白样品(未添加纳米硫化亚铁的润滑油的销试样)的X射线荧光法(EDX)分析图

附图说明5：图5添加有5％纳米硫化亚铁润滑油润滑下的销试样的能量色散X射线荧光法(EDX)分析图

附图说明6：销(a)和盘(b)试样在未添加硫化亚铁纳米粒子的润滑油的磨痕SEM图(100×)

附图说明7：销(a)和盘(b)试样在含5％硫化亚铁纳米粒子的润滑油的磨痕SEM图(100×)

附图说明8：销(a)和盘(b)试样在无添加纳米粒子的润滑油磨痕超景深图(2000×)

附图说明9：销(a)和盘(b)试样在含5％硫化亚铁纳米粒子的润滑油磨痕超景深图(2000×)

附图说明10：二次离子质谱空白和5％硫化亚铁纳米对照

具体实施方式

首先采用SEM、超景深和二次粒子质谱的方法，对磨损表面进行表征研究含纳米硫化亚铁的润滑油添加剂的作用机理(润滑摩擦试验)：

选用载荷为100N、转速为200rpm的条件下未添加和添加纳米硫化亚铁量分别为2％，5％及10％的润滑油润滑摩擦试验后的实验，分别对其销和盘试样上有磨痕的部位用切割机切割下来做成观察试样，在SEM下进行观察：上试样切割长8mm、宽5mm，下试样切割下三爪销的爪。同时利用SEM进行面扫描分析微区元素分布分析，利用EDX进行相的成分分析。将切下的样品用丙酮擦拭后放入超声波清洗机中清洗至无油污，二次离子质谱分析了磨损表面形貌和磨损表面及次表层Fe和S的分布。

(1)SEM元素面扫面分析和EDX相成分分析

图2～3为添加有5％纳米硫化亚铁润滑油润滑下试样磨损试验后的铁元素和硫元素的面扫描照片，图4～图5分别为空白样品(未添加纳米硫化亚铁的润滑油的销试样)和添加5％纳米硫化亚润滑油试样磨损试验后的EDX分析图。

从图2～3中铁和硫的元素面扫描中，我们可以看出，添加有5％的纳米硫化亚铁润滑油的销试样的表面铁和硫元素均匀分布；与图4空白样品的EDX分析结果相比，图5中分析结果除去C、Si、Cr、Mn和Fe元素存在外(为常见的钢材组成元素)，还存在一定量的硫元素，从而进一步证明我们添加的是含硫的金属化合物的润滑油。

(2)磨痕的SEM分析

图6～7上显示销、盘试样在未添加硫化亚铁纳米粒子和添加5％硫化亚铁纳米粒子润滑油润滑下的磨损表面的磨痕的SEM图。

图6所示，未添加纳米硫化亚铁的销试样和盘试样都可见中等程度的磨粒磨损和粘着磨损。这是由于摩擦副双方的表面粗糙度在摩擦过程中对对偶起到犁削作用并引起表面材料的脱落形成磨屑，造成所观察到的有二体磨粒磨损或三体磨粒磨损，同时表面的粘着形成粘结瘤在反复的摩擦过程中从母体脱落形成磨屑也会在滑动推挤中犁削摩擦表面而在表面犁出沟槽.

从图7中可以看出，添加5％硫化亚铁纳米粒子的销试样磨损表面存在轻微的磨痕，盘试样的摩擦痕迹的明显程度远不及未添加硫化亚铁纳米粒子的磨损痕迹。

(3)磨痕的超景深分析

图8～9上显示销、盘试样在未添加硫化亚铁纳米粒子和添加5％硫化亚铁纳米粒子润滑油润滑下的磨损表面的磨痕的超景深图。

如图8和9所示，添加5％纳米颗粒硫化亚铁的盘试样和销试样磨损表面比无添加纳米颗粒的盘和销试样的磨损表面的磨损要轻，说明添加5％纳米硫化亚铁具有较好的减摩功效。这与在SEM下观察到的结果是一致的。

(3)磨痕的二次离子质谱分析

图10是在载荷为100N、转速为200rpm、测试时间为2h，添加纳米硫化亚铁颗粒为5％和空白的盘试样的Fe和S元素的含量对比。

如图10纵坐标为表面原子个数，所测深度速度以0.25um/s向基体内探测，添加5％纳米粒子的盘试样的与未添加的磨损表面沿深度方向的Fe、S元素的分布可以发现：虽然二者表面及次表面均检测到S的存在，但添加5％的试样表面不仅初始硫元素的浓度较高且伴有渗硫的现象。说明在摩擦试验过程中，由于摩擦作用FeS不仅会黏附于摩擦表面起到减摩作用，而且其有可能发生分解出现如电解渗硫层在摩擦过程中向表面及次表面渗入的现象。结合SEM和超景深的分析结果可以说明，由于摩擦副表面添加的硫化亚铁纳米颗粒降低了摩擦副双方粘着磨损的可能性，减小了粘着和磨粒磨损。

由于样品在载荷100N转速为200rpm下，摩擦磨损测试2h，其摩擦过程中，摩擦副表面温度升高可超过FeS的熔点而分解出游离态的硫，游离态的硫在表面生成新的FeS，沿晶界向内扩散，造成渗硫现象。相关研究表明，渗硫层沿晶界成网状向基体深入，使其和基体牢固结合不易剥落，可在摩擦磨损过程中维持渗硫层发挥持续的减摩效能。

综上所述纳米硫化亚铁的润滑油添加剂的作用机理为：摩擦试验过程中，由于摩擦作用FeS不仅会黏附于摩擦表面起到减摩作用，而且其有可能发生分解出现如电解渗硫层在摩擦过程中向表面次表面渗入的现象。从而降低了摩擦副双方粘着磨损的可能性，减小了粘着和磨粒磨损。

下面通过具体实施例(见表1)对本发明进行进一步的说明，下述所有实施例中润滑油添加剂中各组分的含量均以重量百分含量比计。

实施例1-3的润滑油添加剂的制备方法为：将纳米硫化亚铁和基础油按比例混合后用超声波振荡和机械搅拌若干小时(对应各实施例中)，即可得到本发明的各个实施例中的润滑油添加剂。

以下实施例中所述的纳米硫化亚铁的粒度为10nm～50nm。

本发明的含纳米硫化亚铁的润滑油添加剂，可用作多功能润滑油和润滑脂的添加剂，还可以用作各种车辆、船舶、石油化工、矿山的大型机械设备润滑系统地修复抗磨剂。本发明的纳米润滑油添加剂可以直接使用，也可以与基础油、润滑油或润滑脂配后使用。

上述实例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人是能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种含纳米硫化亚铁颗粒的润滑油添加剂，其特征在于：所述润滑油添加剂各组分的含量(重量以百分含量计)为：

纳米硫化亚铁 1％～20％

基础润滑油 80％～99％

其中所述的纳米硫化亚铁颗粒的粒度为10nm～50nm。

2.根据权利要求1所述的含纳米硫化亚铁的润滑油添加剂，其特征在于：所述润滑油添加剂各组分的含量(重量以百分含量计)为：

纳米硫化亚铁 2％～10％

基础润滑油 90％～98％。

3.根据权利要求1所述的含纳米硫化亚铁的润滑油添加剂，其特征在于：其制备方法是将纳米硫化亚铁和基础油按比例混合后用超声波振荡和机械搅拌0.5小时～2小时，即可得到本发明的润滑油添加剂。

4.根据权利要求1所述的含纳米硫化亚铁的润滑油添加剂，其用途特征在于：可用作多功能润滑油和润滑脂的添加剂，还可以用作各种车辆、船舶、石油化工、矿山的大型机械设备润滑系统地修复抗磨剂。