CN104789297B - 金属磨损修复剂及其制备方法和润滑油 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种金属磨损修复剂及其制备方法以及还有该种修复剂的润滑油，其修复剂，按重量计，包括以下成分：羟基硅酸盐矿石2~6份、磷灰石0.3~0.7份、蛭石4.5~5.5份、氯化铝0.2~0.7份、温石棉0.2~1份、氧化镧0.02~0.07份、氧化亚铁0.05~0.15份；其制备方法为1）将羟基硅酸盐矿石、磷灰石、蛭石、氯化铝、温石棉粉碎为直径小于等于0.05mm的颗粒；2）将上述粉碎后颗粒进行烘干，去除水分和结晶水；3）S03：加入氧化镧和氧化亚铁粉末后，再次研磨，直至制成粉末状混合物；该修复剂具有修复受损面，降低摩擦，提高抗磨性等优点。
Description
技术领域
本发明涉及化工领域，特别提供了一种金属磨损修复剂及其制备方法和润滑油。
背景技术
摩擦磨损是材料失效主要原因之一，通常意义上来讲，磨损是指零部件几何尺寸（体积）变小，而零部件失去原有设计所规定的功能则称为失效。其中，失效包括完全丧失原定功能、功能降低和有严重损伤或隐患，继续使用会失去可靠性及安全性三种类型。
由于摩擦磨损是在相互接触和相对运动的固体表面进行的，因此接触体表面及其性能对摩擦磨损性能十分重要。大量研究结果表面，摩擦材料表面采用某种表面技术处理后，可使材料的摩擦磨损性能有显著的改善，可见表面工程与摩擦磨损之间的密切关系。
为了解决金属表面摩擦磨损的问题，现有润滑油仅能做到减摩，而无法避免磨损发生，更无法修复磨损。现有机油修复剂基本上是强化减摩作用，或者暂时形成一层脆弱的保护物质，很快便会失效（如纳米铜）或者有极大的副作用（如大幅增加发动机积碳）。
因此，如何解决上述问题，成为人们亟待解决的问题。
发明内容
鉴于此，本发明的目的在于提供一种金属磨损修复剂及其制备方法和润滑油，以至少解决以往润滑油只具备减摩，而无法避免磨损发生，导致部件的使用寿命短等问题。
本发明提供了一种技术方案，具体为，一种金属磨损修复剂，其特征在于，按重量计，包括以下成分：
羟基硅酸盐矿石2~6份、磷灰石0.3~0.7份、蛭石4.5~5.5份、氯化铝0.2~0.7份、温石棉0.2~1份、氧化镧0.02~0.07份、氧化亚铁0.05~0.15份。
优选，所述金属磨损修复剂，按重量计，包括以下成分：
羟基硅酸盐矿石4份、磷灰石0.5份、蛭石4.5~5.5份、氯化铝0.5份、温石棉0.2~1份、氧化镧0.045~0.05份、氧化亚铁0.1份。
进一步优选，所述金属磨损修复剂，还包括以下成分：基础油200~350份、液体石蜡5~20份。
本发明还提供了一种所述金属磨损修复剂制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S01：将羟基硅酸盐矿石、磷灰石、蛭石、氯化铝、温石棉粉碎为直径小于等于0.05mm的颗粒；
S02：将上述粉碎后颗粒进行烘干，去除水分和结晶水；
S03：加入氧化镧和氧化亚铁粉末后，再次研磨，直至制成粉末状混合物。
优选，在所述步骤S02将粉碎后颗粒进行烘干之前，通过浮选法去掉未磨碎的大颗粒。
进一步优选，在所述步骤S03加入氧化镧和氧化亚铁粉末之前，通过磁选法去掉烘干后颗粒中存在的大颗粒铁。
本发明还提供了一种含有基础油和液体石蜡修复剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S01：将羟基硅酸盐矿石、磷灰石、蛭石、氯化铝、温石棉粉碎为直径小于等于0.05mm的颗粒；
S02：将上述粉碎后颗粒进行烘干，去除水分和结晶水；
S03：加入氧化镧和氧化亚铁粉末后，再次研磨，直至制成粉末状混合物；
S04：将所述粉末状混合物放入基础油中，再加入液体石蜡，用高速剪切机剪切，制得黑色浓稠油状液体。
本发明最后还提供了一种润滑油，其特征在于：所述润滑油中含有上述任一金属磨损修复剂。
本发明提供的金属磨损修复剂和润滑油，通过将其中羟基硅酸盐矿石、磷灰石和蛭石的羟基在氧化镧与机器摩擦产生的摩擦能作用下分解，其中硅酸分子键与氧化铝中的铝离子、氧化亚铁和机体表面铁离子结合，在机体表面形成保护层，修复受损面，降低摩擦，提高抗磨性，为减少甚至消除擦伤和磨损提供永久性的保护，该修复剂中使用多种矿石和多种催化剂，成本低廉，而且在温石棉的辅助作用下，具有优秀的分散性能，该修复剂的保护层生产速度快，保护层坚固，摩擦副表面摩擦系数大幅降低，保护层半永久话，形成后长时间不需要二次添加，大幅解决成本。
本发明提供的金属磨损修复剂制备方法，其制备过程简单，而且容易操作，无污染。
附图说明
图1为试验24h后磨损表面形貌图；
图2为试验48h后磨损表面形貌图；
图3为试验72h后磨损表面形貌图；
图4为试验100h后磨损表面形貌图；
图5为磨损表面能谱图；
图6为磨损系数随时间的变化关系。
具体实施方式
下面以具体的实施方案对本发明进行进一步解释，但是并不用于限制本发明的保护范围。
为了解决以往相互接触和相对运动的金属表面存在摩擦磨损的问题，导致部件的功能失效，使用寿命缩短，本实施方案提供了一种金属磨损修复剂，该修复剂通过将含有修复作用的修复剂送入相互接触和相对运动金属表面的摩擦区，通过修复剂与摩擦副表面及磨粒等第三体之间的力化学反应，使摩擦副表面获得原位合金化强化，生产类陶瓷保护层，修复受损面，降低摩擦，提高抗磨性，为减少甚至消除擦伤和磨损提供永久性的保护，这种保护在摩擦副表面处于高温、高压和速度急剧变化等极端工作条件下特别有效。所述修复剂（按重量计），包括以下成分：
羟基硅酸盐矿石2~6份、磷灰石0.3~0.7份、蛭石4.5~5.5份、氯化铝0.2~0.7份、温石棉0.2~1份、氧化镧0.02~0.07份、氧化亚铁0.05~0.15份。
该修复剂通过将羟基硅酸盐矿石、磷灰石和蛭石羟基在氧化镧与机器摩擦产生的摩擦能作用下分解，其中硅酸分子键与氯化铝中的铝离子、氧化亚铁和机体表面铁离子结合，在机体表面形成保护层，该保护层主要成分为O、Fe和少量Mg、Si，而羟基分解后释出，在保护层表面形成微小空隙，温石棉主要是起到辅助分散的作用。
优选，所述金属磨损修复剂，按重量计，包括以下成分：
羟基硅酸盐矿石4份、磷灰石0.5份、蛭石4.5~5.5份、氯化铝0.5份、温石棉0.2~1份、氧化镧0.045~0.05份、氧化亚铁0.1份，按照该重量配比的修复剂其性能更加。
该金属磨损修复剂，可以添加到所有类型的油品和润滑脂中使用，不与油品发生化学反应，不改变油的黏度和理化性质，使用中无毒副作用，对环境和人体无害，其具有以下优点：
（1）该修复剂可以旋转性的补偿磨损表面，在磨损区生成纳米晶陶瓷保护层；
（2）保护层生长厚度与产品添加量和摩擦释放的能量成正比，是自动调节的；
（3）保护层与原始金属表面为冶金结合，没有明显的分界面；
（4）保护层使摩擦系数比油膜润滑降低一个数量级；
（5）保护层具有比原始金属表面更好的力学性能，低摩擦、抗磨损、耐腐蚀，热稳定性高，只要求充分保持保护层的形态就不必要更换零件。
作为技术方案的进一步改进，所述金属磨损修复剂，还包括以下成分：基础油200~350份、液体石蜡5~20份；通过基础油和液体石蜡的加入，使该修复剂以基础油和液体石油为载体，从而确保修复剂中的有效成分能够在任何种类的润滑油中迅速分散，提高产品的泛用性。
上述修复剂的使用方法为：
（1）更换润滑油；
（2）将修复剂通过润滑邮箱盖孔或标尺孔加入曲轴箱内；
（3）添加后让发动机怠速运行10分钟观察是否有不良反应；
（4）继续怠速形式或上路行驶30分钟；
（5）汽车正常运行，不可在添加后未运行情况向长时间放置不用。
上述金属磨损修复剂制备方法，包括以下步骤：
S01：将羟基硅酸盐矿石、磷灰石、蛭石、氯化铝、温石棉粉碎为直径小于等于0.05mm的颗粒；
S02：将上述粉碎后颗粒用真空烘干机在120°下烘干3小时，去除水分和结晶水；
S03：加入氧化镧和氧化亚铁粉末后，再次研磨24小时，直至制成粉末状混合物。
为了提高该修复剂的均质性，作为技术方案的改进可在所述步骤S02将粉碎后颗粒进行烘干之前，通过浮选法去掉未磨碎的大颗粒。也可以在所述步骤S03加入氧化镧和氧化亚铁粉末之前，通过磁选法去掉烘干后颗粒中存在的大颗粒铁，当然上述2个步骤也可以同时存在。
如果该修复剂中还含有基础油和液体石蜡，可在步骤S03后增加步骤S04：将所述粉末状混合物放入基础油中，再加入液体石蜡，用高速剪切机剪切40分钟，制得黑色浓稠油状液体。
同时还可以制备一种润滑油，该润滑油中含有上述任一一种金属磨损修复剂。
实施例1
一种金属磨损修复剂，按重量计，由以下成分组成，羟基硅酸盐矿石2份、磷灰石0.7份、蛭石4.5份、氯化铝0.2份、温石棉0.2份、氧化镧0.07份、氧化亚铁0.15份，其按照上述的方法制备而成。
实施例2
一种金属磨损修复剂，按重量计，由以下成分组成，羟基硅酸盐矿石6份、磷灰石0.3份、蛭石5.5份、氯化铝0.7份、温石棉1份、氧化镧0.02份、氧化亚铁0.05份，其按照上述的方法制备而成。
实施例3
一种金属磨损修复剂，按重量计，由以下成分组成，羟基硅酸盐矿石4份、磷灰石0.5份、蛭石5份、氯化铝0.5份、温石棉0.5份、氧化镧0.05份、氧化亚铁0.1份，其按照上述的方法制备而成。
实施例4
一种金属磨损修复剂，按重量计，由以下成分组成，羟基硅酸盐矿石4份、磷灰石0.5份、蛭石5份、氯化铝0.5份、温石棉0.5份、氧化镧0.05份、氧化亚铁0.1份，基础油200份、液体石蜡5份，其按照上述的方法制备而成。
实施例5
一种金属磨损修复剂，按重量计，由以下成分组成，羟基硅酸盐矿石4份、磷灰石0.5份、蛭石5份、氯化铝0.5份、温石棉0.5份、氧化镧0.05份、氧化亚铁0.1份，基础油350份、液体石蜡20份，其按照上述的方法制备而成。
实施例6
一种金属磨损修复剂，按重量计，由以下成分组成，羟基硅酸盐矿石4份、磷灰石0.5份、蛭石5份、氯化铝0.5份、温石棉0.5份、氧化镧0.05份、氧化亚铁0.1份，基础油300份、液体石蜡15份，其按照上述的方法制备而成。
实施例7
经过试验测得实施例1~3中实施例3制得的修复剂性能最佳，而实施例3~6中，实施例4、5、6制得的修复剂与其他油品和润滑脂的融合速度较快。下面详细介绍一下对实施例3中制得的金属磨损修复剂进行性能测试，具体如下：
试验方法
（1）测试设备：AMSLER摩擦磨损试验机；
（2）接触方式：环块磨损方式；
（3）摩擦副材料：45钢；淬火+低温回火，55~53HRC；
（4）润滑方式：滴油润滑，10~15滴/分；润滑油+修复剂（修复剂含量为1.0%）；
（5）载荷：600N；
（6）转速：转速200r/min；
（7）测试时间：100h；间断测试；
（8）试样观测：每24h，观测下试样磨损表面，采用放大*200、*500、*1000、*2000倍的视场，测试磨损表面形貌；每样随机选择3-5个视场进行观测。
测试结果
1、磨损表面形貌
（1）测试时间24h后，表面修复层比较完整，磨损表面粗糙度较低，磨损路径存在少量划痕，但划痕较浅；修复区域呈多孔状，大部分沿摩擦路径方向呈长条状；孔径大小不一，磨损如图1所示；
（2）修复区域孔径随着测试时间的增加而趋于减小，表面空洞消失；表面修复区域趋于平滑，但在垂直于摩擦路径的方向上，表面平整度降低；如图2~图4所示；
（3）从图1的磨损表面形貌知，修复剂向磨损表面转移速率较快，具有较好的修复能力，随着测试时间的增加，转移速率减慢。
2、表面能谱分析
图4（d）磨损表面能谱分析显示：100h后磨损表面存在修复剂的特征Mg、Si，说明在摩擦磨损过程中，修复剂向磨损表面转移；元素Mg、Si的峰高较小，说明在修复表面处的元素Mg、Si相对含量较小，修复层较薄，磨损表面能谱图如图5所示。
3、摩擦系数
摩擦系数在试验初期最大为0.105；在30h内组件降低至0.052，随着试验的进行，磨损表面粗糙度变化不大，摩擦系数逐渐稳定在0.05左右，直至测试结束；摩擦系数的减小与表面粗糙度较小有关，摩擦系数随着试验时间的变化关系如图6所示。
Claims (8)
1.一种金属磨损修复剂，其特征在于，按重量计，包括以下成分：
羟基硅酸盐矿石2~6份、磷灰石0.3~0.7份、蛭石4.5~5.5份、氯化铝0.2~0.7份、温石棉0.2~1份、氧化镧0.02~0.07份、氧化亚铁0.05~0.15份。
2.按照权利要求1所述金属磨损修复剂，其特征在于，按重量计，包括以下成分：
羟基硅酸盐矿石4份、磷灰石0.5份、蛭石4.5~5.5份、氯化铝0.5份、温石棉0.2~1份、氧化镧0.045~0.05份、氧化亚铁0.1份。
3.按照权利要求1或2所述金属磨损修复剂，其特征在于，还包括以下成分：基础油200~350份、液体石蜡5~20份。
4.一种权利要求1所述金属磨损修复剂制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S01：将羟基硅酸盐矿石、磷灰石、蛭石、氯化铝、温石棉粉碎为直径小于等于0.05mm的颗粒；
S02：将上述粉碎后颗粒进行烘干，去除水分和结晶水；
S03：加入氧化镧和氧化亚铁粉末后，再次研磨，直至制成粉末状混合物。
5.按照权利要4所述金属磨损修复剂制备方法，其特征在于：在所述步骤S02将粉碎后颗粒进行烘干之前，通过浮选法去掉未磨碎的大颗粒。
6.按照权利要求4或5所述金属磨损修复剂制备方法，其特征在于：在所述步骤S03加入氧化镧和氧化亚铁粉末之前，通过磁选法去掉烘干后颗粒中存在的大颗粒铁。
7.一种权利要求3所述金属磨损修复剂制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S01：将羟基硅酸盐矿石、磷灰石、蛭石、氯化铝、温石棉粉碎为直径小于等于0.05mm的颗粒；
S02：将上述粉碎后颗粒进行烘干，去除水分和结晶水；
S03：加入氧化镧和氧化亚铁粉末后，再次研磨，直至制成粉末状混合物；
S04：将所述粉末状混合物放入基础油中，再加入液体石蜡，用高速剪切机剪切，制得黑色浓稠油状液体。
8.一种润滑油，其特征在于：所述润滑油中含有权利要求1所述金属磨损修复剂。
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