CN104845728A - 一种抗磨低腐蚀纳米液压介质及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种抗磨低腐蚀纳米液压介质及其制备方法，该纳米液压介质组成物及质量百分比为：水92%~97%、纳米颗粒1%~3%、分散稳定剂0.4%~1.5%、防沉降稳定剂0.25%~1%、防锈剂1.3%~2.35%、粘度调节剂0.05%~0.15%；本发明所制得的纳米液压介质具有良好的分散稳定性，流变特性好，粘度适宜且可调节，具有良好的防锈性、减摩抗磨性；将其应用于液压传动系统中，液压系统运行良好，低泄露、对液压元件的腐蚀程度降低、磨斑直径变小。
Description
技术领域
本发明涉及一种抗磨低腐蚀纳米液压介质及其制备方法，属于液压传动技术领域。
背景技术
液压传动工作介质是液压系统中不可缺少的组成部分，其主要作用是完成能量的转换和传递，除此之外，还有散热、润滑、防锈腐、减少磨损和摩擦、沉淀和分离不可溶污物等作用。液压系统早期的工作介质主要是水，目前主要是矿物石油基液压油、非石油基乳化液或合成液。矿物油石油基液压油不但需要消耗大量的石油资源，而且容易泄露、燃烧，造成环境污染和人身安全。高含水液压传动介质具有节能环保、价格低廉、阻燃等特点。但由于水压传动介质为纯水或水基液压液，对液压工作元件的腐蚀较为严重，成膜能力较弱、润滑性能较差，容易造成液压传动中的摩擦副磨损加剧，进而引起系统容积效率降低或密封失效。
往纯水（去离子水、膜处理水等）中加入纳米粒子及辅助添加剂，并且采用恰当的分散手段配置成稳定的纳米流体，作为液压传动的工作介质能够很好的解决上述传统工作介质所带来的弊端。
发明内容
为了克服上述传统液压传动介质的缺点，本发明提供了一种抗磨低腐蚀纳米液压介质，其组成物及质量百分比为：水92%~97%、纳米颗粒1%~3%、分散稳定剂0.4%~1.5%、防沉降稳定剂0.25%~1%、防锈剂1.3%~2.35%、粘度调节剂0.05%~0.15%。
所述水为RO反渗透膜处理水或去离子软水，RO反渗透膜处理水是通过厢式反渗透净水器制得，去离子软水是通过反渗透去离子纯水机制得。
所述纳米颗粒为平均粒径60~80nm的碳化硼或平均粒径20nm~40nm的氮化钛。
所述分散稳定剂为羧甲基纤维素钠、聚乙二醇6000、十六烷基三甲基溴化铵、聚乙烯吡咯烷酮中的一种或几种的任意比混合物。
所述防沉降稳定剂为蒙脱土、脂肪醇硫酸钠中的一种或两种任意比例混合物。
所述防锈剂为1,2-二乙氧基硅酯基乙烷、三乙醇胺或硼酸脂三乙醇胺。
所述粘度调节剂为聚丙烯酸钠。
本发明另一目的是提供上述抗磨低腐蚀纳米液压介质的制备方法，具体操作如下：
（1）向水中加入分散稳定剂在20~40℃的温度下通过机械搅拌来实现分散稳定剂的溶解，机械搅拌转速为600~700r/min，机械搅拌时间为10~40min。充分溶解后，制得含分散稳定剂的溶液；
（2）将防沉降稳定剂和防锈剂加入步骤（1）所制得的溶液中，在20~40℃的温度下进行机械搅拌，机械搅拌转速为600~700r/min，机械搅拌时间为10~40min；
（3）将纳米颗粒加入步骤（2）溶液中，在20~40℃的温度下通过机械搅拌后得到含纳米颗粒的悬浮液，机械搅拌转速为600~700r/min，搅拌时间为20~60min；
（4）将含纳米颗粒的悬浮液在超声波清洗仪中进行超声分散，温度控制在30~50℃，时间为20~60min，超声分散之后得到稳定分散的水基纳米流体；
（5）将粘度调节剂加入水基纳米流体中，在20~40℃下通过机械搅拌来调节纳米流体的粘度，搅拌时间为10~20min，即得到抗磨低腐蚀纳米液压介质。
本发明具有的优点是：所制备的纳米碳化硼流体或纳米氮化钛流体具有良好的分散稳定性，流变特性好，粘度适宜且可调节，具有良好的防锈性、减摩抗磨性。将其应用于液压传动系统中，液压系统运行良好，低泄露、对液压元件的腐蚀程度降低、磨斑直径变小。
具体实施方法
下面通过实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明保护范围不局限于所述内容。
实施例1：本抗磨低腐蚀纳米液压介质组成物及质量百分比为：RO反渗透膜处理水96%、纳米颗粒（平均粒径70nm的碳化硼）1%、分散稳定剂羧甲基纤维素钠0.5%、防沉降稳定剂蒙脱土0.5%、防锈剂1,2-二乙氧基硅酯基乙烷1.95%、粘度调节剂聚丙烯酸钠0.05%。
上述抗磨低腐蚀纳米液压介质的制备方法如下：
（1）向RO反渗透膜处理水中加入羧甲基纤维素钠在25℃下机械搅拌20min，搅拌转速为650 r/min，充分溶解后，制得含分散稳定剂的溶液；
（2）将蒙脱土和1,2-二乙氧基硅酯基乙烷加入步骤（1）溶液中，在25℃下机械搅拌20min，搅拌转速为650 r/min；
（3）将纳米碳化硼颗粒加入步骤（2）溶液中，在30℃下机械搅拌30 min，搅拌转速为700 r/min，得到含纳米颗粒的悬浮液；
（4）将含纳米颗粒的悬浮液置于超声波清洗仪中，超声频率为40kHz，功率为80W，在35℃下超声分散30min，得到稳定分散的纳米碳化硼流体；
（5）将聚丙烯酸钠加入纳米碳化硼流体中，在30℃下机械搅拌10min，所制备的水基纳米碳化硼流体能够长期稳定分散，粘度为32.5mPa.S，对液压元件的腐蚀程度降低，液压元件的磨斑直径变小。
实施例2：本抗磨低腐蚀纳米液压介质组成物及质量百分比为：RO反渗透膜处理水94%、纳米颗粒（平均粒径60nm的碳化硼）3%、分散稳定剂聚乙二醇6000 0.5%、防沉降稳定剂蒙脱土0.5%、防锈剂（1,2-二乙氧基硅酯基乙烷和三乙醇胺按质量比1:1混合）1.95%、粘度调节剂聚丙烯酸钠0.05%。
上述抗磨低腐蚀纳米液压介质的制备方法如下：
（1）向RO反渗透膜处理水中加入聚乙二醇6000在20℃下机械搅拌40min，搅拌转速为600r/min，充分溶解后，制得含分散稳定剂的溶液；
（2）将蒙脱土和防锈剂加入步骤（1）溶液中，在20℃下机械搅拌40min，搅拌转速为600 r/min；
（3）将纳米碳化硼颗粒加入步骤（2）溶液中，在40℃下机械搅拌20 min，搅拌转速为650 r/min，得到含纳米颗粒的悬浮液；
（4）将含纳米颗粒的悬浮液置于超声波清洗仪中，超声频率为40kHz，功率为80W，在30℃下超声分散60min，得到稳定分散的纳米碳化硼流体；
（5）将聚丙烯酸钠加入纳米碳化硼流体中，在35℃下机械搅拌15min，所制备的水基纳米碳化硼流体能够长期稳定分散，粘度为28.6mPa.S，对液压元件的腐蚀程度降低，液压元件的磨斑直径变小。
实施例3：本抗磨低腐蚀纳米液压介质组成物及质量百分比为：去离子软水92%、纳米颗粒（平均粒径80nm的碳化硼）3%、分散稳定剂十六烷基三甲基溴化铵1.5%、防沉降稳定剂脂肪醇硫酸钠1%、防锈剂硼酸脂三乙醇胺2.35%、粘度调节剂聚丙烯酸钠0.15%。
上述抗磨低腐蚀纳米液压介质的制备方法如下：
（1）向去离子软水中加入十六烷基三甲基溴化铵在40℃下机械搅拌10min，搅拌转速为700r/min，充分溶解后，制得含分散稳定剂的溶液；
（2）将脂肪醇硫酸钠和硼酸脂三乙醇胺加入步骤（1）溶液中，在40℃下机械搅拌10min，搅拌转速为700 r/min；
（3）将纳米碳化硼颗粒加入步骤（2）溶液中，在20℃下机械搅拌60 min，搅拌转速为600r/min，得到含纳米颗粒的悬浮液；
（4）将含纳米颗粒的悬浮液置于超声波清洗仪中，超声频率为40kHz，功率为80W，在50℃下超声分散20min，得到稳定分散的纳米碳化硼流体；
（5）将聚丙烯酸钠加入纳米碳化硼流体中，在20℃下机械搅拌20min，所制备的水基纳米碳化硼流体能够长期稳定分散，粘度为31.8mPa.S，对液压元件的腐蚀程度降低，液压元件的磨斑直径变小。
实施例4：本抗磨低腐蚀纳米液压介质组成物及质量百分比为：去离子软水97%、纳米颗粒（平均粒径20nm的氮化钛）1%、分散稳定剂聚乙烯吡咯烷酮0.4%、防沉降稳定剂（蒙脱土和脂肪醇硫酸钠按质量比1:1混合）0.25%、防锈剂三乙醇胺1.3%、粘度调节剂聚丙烯酸钠0.05%。
上述抗磨低腐蚀纳米液压介质的制备方法如下：
（1）向去离子软水中加入聚乙烯吡咯烷酮在30℃下机械搅拌25min，搅拌转速为620r/min，充分溶解后，制得含分散稳定剂的溶液；
（2）将防沉降稳定剂和三乙醇胺加入步骤（1）溶液中，在30℃下机械搅拌30min，搅拌转速为680r/min；
（3）将纳米氮化钛颗粒加入步骤（2）溶液中，在35℃下机械搅拌25min，搅拌转速为650r/min，得到含纳米颗粒的悬浮液；
（4）将含纳米颗粒的悬浮液置于超声波清洗仪中，超声频率为40kHz，功率为80W，在40℃下超声分散25min，得到稳定分散的纳米氮化钛流体；
（5）将聚丙烯酸钠加入纳米氮化钛流体中，在20℃下机械搅拌20min，所制备的水基纳米氮化钛流体能够长期稳定分散，粘度为33.4mPa.S，对液压元件的腐蚀程度降低，液压元件的磨斑直径变小。
实施例5：本抗磨低腐蚀纳米液压介质组成物及质量百分比为：去离子软水93%、纳米颗粒（平均粒径30nm的氮化钛）2%、分散稳定剂（羧甲基纤维素钠与聚乙二醇6000按质量比1:2的比例混合）1.5%、防沉降稳定剂脂肪醇硫酸钠1%、防锈剂（三乙醇胺与硼酸脂三乙醇胺按质量比1:2的比例混合）2.35%、粘度调节剂聚丙烯酸0.15%。
上述抗磨低腐蚀纳米液压介质的制备方法如下：
（1）向去离子软水中加入分散稳定剂在35℃下机械搅拌35min，搅拌转速为680r/min，充分溶解后，制得含分散稳定剂的溶液；
（2）将脂肪醇硫酸钠和防锈剂加入步骤（1）溶液中，在35℃下机械搅拌25min，搅拌转速为620r/min；
（3）将纳米氮化钛颗粒加入步骤（2）溶液中，在35℃下机械搅拌25min，搅拌转速为650r/min，得到含纳米颗粒的悬浮液；
（4）将含纳米颗粒的悬浮液置于超声波清洗仪中，超声频率为40kHz，功率为80W，在40℃下超声分散25min，得到稳定分散的纳米氮化钛流体；
（5）将聚丙烯酸钠加入纳米氮化钛流体中，在20℃下机械搅拌20min，所制备的水基纳米氮化钛流体能够长期稳定分散，粘度为42.6mPa.S，对液压元件的腐蚀程度降低，液压元件的磨斑直径变小。
实施例6：本抗磨低腐蚀纳米液压介质组成物及质量百分比为：RO反渗透膜处理水95%、纳米颗粒（平均粒径40nm的氮化钛）1.5%、分散稳定剂（十六烷基三甲基溴化铵、聚乙烯吡咯烷酮按质量比2:1的比例混合）1.0%、防沉降稳定剂脂肪醇硫酸钠0.4%、防锈剂（1,2-二乙氧基硅酯基乙烷与三乙醇胺按质量比2:1的比例混合）2.0%、粘度调节剂聚丙烯酸0.1%。
上述抗磨低腐蚀纳米液压介质的制备方法如下：
（1）向RO反渗透膜处理水中加入分散稳定剂在35℃下机械搅拌35min，搅拌转速为680r/min，充分溶解后，制得含分散稳定剂的溶液；
（2）将脂肪醇硫酸钠和防锈剂加入步骤（1）溶液中，在35℃下机械搅拌25min，搅拌转速为620r/min；
（3）将纳米氮化钛颗粒加入步骤（2）溶液中，在35℃下机械搅拌25min，搅拌转速为650r/min，得到含纳米颗粒的悬浮液；
（4）将含纳米颗粒的悬浮液置于超声波清洗仪中，超声频率为40kHz，功率为80W，在40℃下超声分散25min，得到稳定分散的纳米氮化钛流体；
（5）将聚丙烯酸钠加入纳米氮化钛流体中，在20℃下机械搅拌20min，所制备的水基纳米氮化钛流体能够长期稳定分散，粘度为29.8mPa.S，对液压元件的腐蚀程度降低，液压元件的磨斑直径变小。
Claims (8)
1.一种抗磨低腐蚀纳米液压介质，其特征在于组成物及质量百分比为：水92%~97%、纳米颗粒1%~3%、分散稳定剂0.4%~1.5%、防沉降稳定剂0.25%~1%、防锈剂1.3%~2.35%、粘度调节剂0.05%~0.15%。
2.根据权利要求1所述抗磨低腐蚀纳米液压介质，其特征在于：水为RO反渗透膜处理水或去离子软水。
3.根据权利要求1或2所述抗磨低腐蚀纳米液压介质，其特征在于：纳米颗粒为平均粒径60~80nm的碳化硼或平均粒径20nm~40nm的氮化钛。
4.根据权利要求3所述抗磨低腐蚀纳米液压介质，其特征在于：分散稳定剂为羧甲基纤维素钠、聚乙二醇6000、十六烷基三甲基溴化铵、聚乙烯吡咯烷酮中的一种或几种混合物。
5.根据权利要求4所述抗磨低腐蚀纳米液压介质，其特征在于：防沉降稳定剂为蒙脱土、脂肪醇硫酸钠中的一种或两种任意比例混合物。
6.根据权利要求5所述抗磨低腐蚀纳米液压介质，其特征在于：防锈剂为1,2-二乙氧基硅酯基乙烷、三乙醇胺、硼酸脂三乙醇胺中一种或几种的混合物。
7.根据权利要求6所述抗磨低腐蚀纳米液压介质，其特征在于：粘度调节剂为聚丙烯酸钠。
8.权利要求1-7中任一项所述抗磨低腐蚀纳米液压介质的制备方法，其特征在于按如下步骤进行：
（1）向水中加入分散稳定剂在20~40℃的温度下通过机械搅拌来实现分散稳定剂的溶解，机械搅拌转速为600~700r/min，机械搅拌时间为10~40min，充分溶解后，制得含分散稳定剂的溶液；
（2）将防沉降稳定剂和防锈剂加入步骤（1）制得的溶液中，在20~40℃的温度下进行机械搅拌，机械搅拌转速为600~700r/min，机械搅拌时间为10~40min；
（3）将纳米颗粒加入步骤（2）溶液中，在20~40℃的温度下通过机械搅拌后得到含纳米颗粒的悬浮液，机械搅拌转速为600~700r/min，搅拌时间为20~60min；
（4）将含纳米颗粒的悬浮液进行超声分散，温度控制在30~50℃，时间为20~60min，超声分散之后得到水基纳米流体；
（5）将粘度调节剂加入水基纳米流体中，在20~40℃的温度下通过机械搅拌，搅拌时间为10~20min，即得到抗磨低腐蚀纳米液压介质。
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