CN104031717A - 一种氮化铝和铜混合纳米润滑脂添加剂及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种氮化铝和铜混合纳米润滑脂添加剂的制备及应用，属于润滑技术领域。本发明公开的纳米润滑脂添加剂由纳米AlN及纳米Cu混合组成，AlN粉、Cu粉的粒度范围为50～200nm。将所得的添加剂添加到基础润滑脂中不仅能够提高基础润滑脂本身的抗磨减磨性能，而且能作用在摩擦副表面，改善摩擦副表面的粗糙度，修复表面的磨痕，从而减少摩擦副的磨损量，有效保证摩擦副和精度，同时降低摩擦表面热量的积聚，延长摩擦副的使用寿命。试验数据显示与未添加本发明所述添加剂的润滑脂相比，添加本发明所述添加剂的润滑脂的摩擦系数降低23.6～15.8％，耐磨寿命延长6～7倍。

Description

一种氮化铝和铜混合纳米润滑脂添加剂及其应用

技术领域

本发明属于润滑技术领域，涉及一种氮化铝和铜混合纳米润滑脂添加剂的制备及应用。

背景技术

随着现代工业的飞速发展，各种机械设备的运转效率逐渐提高，对轴承的使用寿命、可靠性的要求也日益严格。近年来，国内外许多轴承设计者和制造专家都把润滑材料认为是影响轴承寿命的关键之一。据统计，滚动轴承的损坏约百分之三十是由润滑不良引起的，这说明润滑剂对轴承达到最大寿命、缩短机械停顿时间和提高设备作业率起到重要作用。轴承用润滑剂主要为润滑脂，提高润滑脂产品的质量可以提高轴承寿命2-5倍。润滑添加剂在很大程度上决定了润滑脂的使用性能，发展具有良好性能的润滑添加剂是摩擦学领域的重要前沿课题。

材料的润滑失效是由过量磨损、高温积聚等因素引起的。长期累积的磨损导致部件表面平整度降低，导致摩擦系数急剧增加，直至失效。具有自修复功能的润滑添加剂是改善材料磨损失效的一种理想的方式。摩擦过程产生的摩擦热会导致长时间高温积聚，导致润滑脂中基础油大量挥发、稠化剂结构破坏、润滑脂发生氧化，直至失效。摩擦表面温度降低可减少润滑油的氧化，对延长润滑油使用寿命和延长发动机的服役寿命具有积极作用，具有高导热系数、低摩擦系数的润滑添加剂能够有效降低摩擦表面温度，延长润滑材料使用寿命。

纳米粒子有比表面积大、高扩散性、易烧结性、熔点降低等特性，以纳米粒子润滑添加剂为基础制备的新型润滑材料应用于摩擦系统中能明显提高基础油的摩擦学性能，具有很好的开发应用前景，已成为润滑技术的一个重要发展方向。纳米软金属颗粒添加剂是研究的热点之一，纳米软金属不仅具有极压抗磨性能，而且具有修复效果，能够在摩擦的过程中实现磨损表面的自修复。大量研究发现含纳米铜的减摩修复添加剂具有优良的减摩抗磨性能，对金属磨损有修复作用。多种纳米微粒作为添加剂都可以提高基础油脂的抗磨减摩性能和承载能力，然而，目前对混合纳米微粒作为润滑添加剂的研究报道比较少。

国家专利《一种金属/陶瓷纳米复合自修复添加剂》(公开号：CN1765803)报道了金属纳米粉末和纳米级天然矿石粉作为主要成分，辅加清净分散剂、催化剂、抗氧剂、溶剂等材料，添加到润滑油、润滑脂或超声介质中，在金属摩擦副表面快速形成高硬度冶金结合自修复保护层，从而改善润滑性能。

国家专利《一种组合纳米无机润滑油添加剂及其制备和应用》(公开号：CN101126047)报道了将纳米氧化镁、纳米二氧化硅、纳米氧化铝按照一定比例进行混合，添加到无机润滑油中，使得该润滑油比普通润滑油的摩擦系数降低85％～90％，抗磨性能增加10.5％～35％。

国家专利《一种混合纳米润滑脂添加剂及其应用》(公开号CN102492523)报道了将纳米氧化铝、纳米铜、纳米铝粉混合，添加后润滑脂摩擦系数降低42％～79％，抗极压性能增加36.8％～47.4％。

以上专利中润滑脂添加剂中采用导热率较低的无机氧化物，容易造成润滑脂高温积聚从而导致润滑脂中基础油大量挥发、稠化剂结构破坏等不良后果。

发明内容

本发明的目的是提供一种不仅能够提高基础脂的减摩抗磨性能，而且能够提高润滑脂的导热性能，修复摩擦副表面的磨损，大大延长润滑脂的使用寿命。

本发明解决问题的技术方案是：

所述的添加剂由如下组分组成，各组分的质量百分比如下：

AlN粉末20～50％

Cu粉末50～80％

AlN粉末、Cu粉末的粒度范围为50～200nm，使用时，将添加剂加入基础润滑脂。

所述的基础润滑脂为聚脲基润滑脂。

所述的添加剂加入基础润滑脂的方法是，按比例称取纳米AlN粉体、Cu粉体并混合，将获得的混合纳米粉体加入到基础润滑脂中，将获得的加入混合纳米粉的润滑脂在三辊研磨机上挤压2～3次，即得到复合纳米润滑脂。

本发明具有的优点和有益效果，氮化铝(AIN)是一种具有优良综合性能的材料，单晶A1N的理论热导率可以达320W/(m·K)，多晶AIN的室温热导率一般在30～260W/(m·K)，常用的极压添加剂二硫化钼热导率0.13～0.19W/(m·K)。此外，氮化铝具有高温化学稳定性、高强度等优点，同时耐磨、耐腐蚀性能俱佳。本发明提供的添加剂中的软金属纳米粒子Cu在接触区形成易剪切的薄膜，保护金属摩擦表面，起到很好的减摩作用，同时纳米金属颗粒在摩擦热的作用下，能发生局部熔化后焊合在摩擦表面，起到良好的修复作用。本专利综合纳米AlN和Cu的优良性能，制备出一种混合纳米添加剂，在摩擦磨损表面起到良好的热导体作用，能够将摩擦积聚的热量耗散，降低基础脂在高温下的结构破坏，从而有效延长其使用寿命。

将以上制备的润滑脂进行摩擦学实验，得到的数据如下：

1.复合纳米润滑脂摩擦系数0.89～0.96，基础润滑脂摩擦系数0.11。

2.复合纳米润滑脂耐磨寿命56～70min，基础润滑脂耐磨寿命8min。

本发明的有益效果在于：与未添加本发明所述添加剂的润滑脂相比，添加本发明所述添加剂的润滑脂的摩擦系数降低20％，耐磨寿命增加6～7倍。

具体实施方式

下述非限制性实施例可使本领域的普通技术人员更全面的理解本发明，但不以任何方式限制本发明。

实施例1～8

1.试验材料

试验材料选用AlN纳米粉体、Cu纳米粉体，粒度范围为50～200nm，基础脂采用聚脲基润滑脂。

试验摩擦副采用球盘摩擦方式，上试球为GCr15钢，下试盘为GCr15钢片，试球为Φ15mm,试盘尺寸为Φ20mm。

2.复合纳米润滑脂的制备

首先，按照表1提供的比例称取纳米AlN、纳米Cu粉，并混合，将上述获得的复合纳米粉末加入到基础润滑脂中，其添加量为基础润滑脂质量的0.2～0.5％，将上述获得的加入复合纳米粉末的润滑脂在三辊研磨机上混合2～3次，混合均匀后得到复合纳米润滑脂。

3.试验设备

试验是在UMT-3摩擦磨损试验机上进行的，其试验摩擦方式为球盘摩擦，上试球以恒定转速在试盘上转动，转速为0.1m/s，施加载荷恒定为30kg，球盘间摩擦力由传感器测量，并在试验机配备的软件系统中显示。本发明的实施例的测试结果见表1。

表1.复合纳米润滑脂性能测试表

实施例	AlN/g	Cu/g	基础脂/g	摩擦系数	耐磨寿命
						0	0	0	100	0.11	8min
1	0.04	0.16	100	0.095	56min
						2	0.06	0.14	100	0.093	59min
3	0.06	0.24	100	0.089	63min
						4	0.09	0.21	100	0.091	65min
5	0.08	0.32	100	0.091	70min
						6	0.12	0.28	100	0.092	72min
7	0.1	0.4	100	0.095	62min
						8	0.15	0.35	100	0.095	59min

Claims (3)

1.一种氮化铝和铜混合纳米润滑脂添加剂，其特征在于：所述的添加剂由如下组分组成，各组分的质量百分比如下：

AlN粉末20～50％，

Cu粉末50～80％，

AlN粉末、Cu粉末的粒度范围为50～200nm，使用时，将添加剂加入基础润滑脂。

2.根据权利要求1所述的一种氮化铝和铜混合纳米润滑脂添加剂，其特征在于：所述的基础润滑脂为聚脲基润滑脂。

3.根据权利要求1所述的一种氮化铝和铜混合纳米润滑脂添加剂，其特征在于：所述的添加剂加入基础润滑脂的方法是，按比例称取纳米AlN粉体、Cu粉体并混合，将获得的混合纳米粉体加入到基础润滑脂中，将获得的加入混合纳米粉的润滑脂在三辊研磨机上挤压2～3次，即得到复合纳米润滑脂。