CN105296057A - 一种润滑油及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种润滑油，属于化工技术领域，用于解决现有润滑油润滑与抗磨效果不佳，导致润滑油使用寿命短，不能满足相关运转设备健康稳定运行，导致设备维护成本高等问题。它包括润滑载体油以及均匀分散在所述润滑载体油中的铜基复合粉体材料，所述铜基复合粉体材料与润滑载体油的质量之比为0.01~10:100，且铜基复合粉体材料的粒径为0.01~10μm。本发明还提供了该润滑油除用于自动修复机械磨损表面外，还具有较强的粘附性能，提高了润滑油的抗磨保护性、防腐性、自清洁性、粘附密封性、减振性和较好冷却效果，从而延长机械设备使用寿命、降低维护成本。

Description

一种润滑油及其应用

本申请要求2014年11月25日提交的中国专利申请号为2014106917067、2014106881065、2014106899459、2014106905962、2014106881084和2014106905159的优先权。

技术领域

本发明属于化工技术领域，涉及一种润滑油，具体来说，是一种通过添加铜基复合粉体提高润滑效果的功能润滑油，本发明还提供该润滑油在自动修复发动机内燃机、流体联轴节、轴承、导轨、齿轮、液压油路、真空泵、硬盘装置、减振器和制动器等机械磨损表面的应用。

背景技术

近年来随着绿色经济的不断发展，市场对内燃机与工业运转设备提出了越来越高的需求，与此同时，要求发动机的输出功率、发动机转速和工作温度越来越高，传统润滑油已不能充分满足发动机与工业运转设备的需求，每年因润滑不好造成的直接、间接经济损失十分巨大，甚至达到一个国家GDP的2%，因此需要实现润滑油的产业升级，全面提高润滑油的六项基本应用性能。

润滑油的作用就是通过在摩擦表面之间形成润滑油膜，实现滑动摩擦，从而减小摩擦阻力、降低能量损耗、减轻机件磨损，以提高机械装备的运行稳定性。润滑油除了具有润滑与抗磨效果外，一般还具有一定的防锈、冷却、清洁、密封和减振性能。

然而当前润滑油应用于机械工作面上，存在如下问题：一般润滑油与机械工作面之间的粘附稳定性差，导致所形成的油膜稳定性差，摩擦副表面润滑抗磨、抗腐蚀、自清洁、粘附密封、缓冲减振效果变差，造成机械摩擦副表面容易磨损，特别是当前润滑油导热性能较差，影响高温工作设备的冷却效果。上述诸多问题能够显著影响机械设备的工作效率，增加维护频次与设备维护成本，因此当前润滑油的应用性能还存在需要进一步改进的地方，例如润滑油自动修复机械磨损与伤痕的能力。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种润滑油，该润滑油通过添加铜基复合粉体材料使其具有较强的粘附性能，同时可提高润滑油的抗磨性、防腐性、自清洁性、粘附密封性、减振性和冷却效果，从而延长发动机与机械运转设备使用寿命，提高设备性能，降低维护成本。

为实现上述技术目的，本发明采用的技术方案如下：

一种润滑油，包括润滑载体油以及均匀分散在所述润滑载体油中的铜基复合粉体材料，所述铜基复合粉体材料与润滑载体油的质量之比为0.01~10:100，且铜基复合粉体材料的粒径为0.01~10μm。

优选地，所述铜基复合粉体材料与润滑载体油的质量之比为0.05~1:100。

优选地，所述铜基复合粉体材料与润滑载体油的质量之比为0.1~0.2:100。

优选地，所述铜基复合粉体材料的粒径为0.01~5μm。

优选地，所述铜基复合粉体材料的粒径为0.01~2μm。

优选地，所述铜基复合粉体材料为单质铜粉、铜的氧化物、有机化铜或含铜合金粉中的一种或几种。

优选地，所述铜基复合粉体材料为亚微米铜粉、纳米铜粉、工业级铜粉、氧化铜或氧化亚铜中的一种或几种。

本发明还提供了一种将前述润滑油用于自动修复机械磨损表面的应用，该应用使得本发明的润滑油具备自动修复机械磨损伤痕的能力。

优选地，所述应用具体为：

将润滑油施用在机械磨损表面，通过润滑油中的铜基复合粉体材料填补磨损表面逐步实现磨损部位的自动修复。

优选地，所述机械磨损表面是轴承、导轨、齿轮、发动机、减振器和制动器摩擦副表面的至少一部分。

本发明相比现有技术，具有如下有益效果：

1、由于铜基复合粉体材料在润滑油中形成大量的球形或近似球形微小颗粒，可使机械摩擦副表面的摩擦方式由滑动润滑变为滑动滚动复合润滑，降低了润滑油膜的摩擦系数（摩擦系数为0.08以下，现有润滑油的摩擦系数一般在0.1以上），从而减小摩擦阻力，降低能耗，铜基复合粉体材料的间隔抗磨与保护作用可减少发动机与机械装备在重载、高速、高温状态及低温启动时的摩擦与机械损伤，降低维护成本，延长发动机与机械装备使用寿命。

2、润滑油中铜基复合粉体材料有很大的比表面积与极稳定的粘附性能，通过吸附润滑油能够在摩擦副表面形成较稳定的润滑油膜，可阻止环境中的水、氧气、酸、碱、盐等有害物质对机械摩擦面的腐蚀，与此同时，由于超微细单质铜粉以及铜离子都具有较强的杀菌效果，因此该润滑油还可以防止微生物分解破坏润滑油膜稳定，加大摩擦副表面腐蚀的特点。

3、采用超微细单质铜粉和铜的氧化物等软质添加材料，能对机械摩擦面进行软抛光，使得机械摩擦面上生成的锈蚀脱离摩擦面，加上铜基复合粉体材料具有较强的吸附效果，能够通过该润滑油带走摩擦面上由磨损带来的金属屑末和其他杂质，使其具有很强的自清洁功能。

4、由于添加了超细细铜基复合粉体材料的润滑油具有很强的粘附性能，能够填充于运动摩擦副的空隙中形成相对致密的油膜，从而提高其气密性和防水性能。

5、由于添加了超微细且较软的单质铜粉以及铜的氧化物颗粒，润滑油中这些微小软质颗粒能够受力形变，缓和冲击载荷，降低冲击与振动，使得设备工作更加平稳，并能够防止金属零件间的直接接触，减少摩擦副表面磨损。

6、由于单质铜粉和铜的氧化物等材料具有较高的导热系数（比如单质铜高达377W/m·K，约为普通导热油的800倍），大幅度提高了润滑油的热传导效率，当润滑油与高温零件接触时，其能够相比一般润滑油更快地将热量吸走，从而大大提高润滑油的冷却效果。

7、当少量润滑油因气缸不断推动进入燃烧室后，润滑油中的铜基复合粉体材料能够在400℃以上高温下催化分解空气中不稳定的水分子为高活性氢与高活性氧，燃油中CHX、CO燃烧更加充分，同时铜基复合粉体材料能催化裂解燃油为更加易燃的小分子有机材料，使燃烧更均匀，降低了油耗；相对低温下（低于1550℃）的均匀燃烧能够抑制空气中氮气的活性，减少NOX的形成，活性氢将NOX还原为氮气与水分子，达到减少尾气排放和节油效果。

9、润滑油中添加的亚微米铜粉在润滑流动过程中不会产生磁聚，从而保持粉体材料均匀分散，解决了纳米材料容易因团聚而导致的性能变异。

10、铜基复合粉体材料形成的球形或近似球形颗粒粒径要求不超过10μm，由于润滑油膜厚度在10微米左右，与此同时，金属加工与机械磨损表面的粗糙度在0.5～25.4微米间，机油滤芯的孔径也在15微米左右，因此本申请中铜基复合粉体材料要求的粒径刚好能够与金属磨损表面的粗糙度吻合，有利于铜基复合粉体材料颗粒填补机械构件的金属磨损表面，实现机械磨损部位的自修复，从而延长机械设备使用寿命、降低维护成本，针对不同粗糙度的金属加工面，润滑脂中的铜基复合粉体材料可以选用与之匹配的粒径范围。

附图说明

图1为“凯娜”号长江邮轮柴油发电机使用本发明润滑油1100h后的燃烧室照片；

图2为“凯娜”号长江邮轮柴油发电机使用本发明润滑油1100h后的发动机缸体照片；

图3为“凯娜”号长江邮轮柴油发电机使用本发明润滑油1100h后的轴瓦照片；

图4为钛白粉煅烧窑托轮轴随运行时间的温度变化图；

图5为钛白粉煅烧窑托轮轴轴瓦随运行时间的温度变化图；

图6为钛白粉煅烧窑托轮轴基座随运行时间的振幅变化图；

图7为添加本发明润滑油工作20天后的托轮轴基座内部照片。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员可以更好地理解本发明，下面对本发明技术方案进一步说明。

一般润滑油主要是由基础油和添加剂组成，其中基础油起最基本的润滑作用，决定润滑油类型，分为矿物基础油、合成基础油以及生物基础油三大类，添加剂在润滑油中占0?10%左右，主要用来完善润滑油的某些使用性能，以取得更好的润滑保护效果。为提高润滑油的特殊应用性能，还可加入结构改善剂、抗氧剂、金属钝化剂、防锈剂、极压剂、油性剂、抗磨剂、拉丝剂等。

本发明提供的润滑油包括润滑载体油以及均匀分散在所述润滑载体油中的铜基复合粉体材料。所述润滑载体油是本领域技术人员熟知的一般润滑油或者至少具有润滑功能的油类产品。

铜基复合粉体材料如果添加太少不容易改变机械摩擦面原来的滑动摩擦形式，防锈、密封、清洁、减振性能也不会有明显的改善。由于润滑油是流体材料产品，铜基复合粉体材料不宜添加太多，太多反而容易影响其粘度，增加摩擦阻力，降低自清洁效果，因此铜基复合粉体材料与润滑载体油的质量之比为0.01~10:100，优选0.05~0.5:100，更优选为0.1~0.2:100。

铜基复合粉体材料的粒径过大会破坏油膜完整性与油膜质量，影响润滑效果，粒径过小会导致铜基复合粉体材料氧化变质，且铜基复合粉体材料是由铜的原级粒子逐步长大而来，主要控制粒子的长大程度，故铜基复合粉体材料的粒径为0.01~10μm，优选为0.01~5μm，更优选为0.01~2μm。

需要说明的是，铜基复合粉体材料可以是已成粉状的超微细铜基复合材料，也可以是非粉状的铜基复合材料加入润滑载体油后均匀分散，只要加入润滑载体油后的铜基复合材料粒径达到要求即可。

在本发明中，所述铜基复合粉体材料优选是单质铜粉、铜的氧化物、有机化铜或含铜合金粉中的一种或几种，较优选是亚微米铜粉、纳米铜粉、工业级铜粉、氧化铜或氧化亚铜中的一种或几种，更优选为亚微米铜粉。本申请对所述铜基复合粉体材料的来源没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的上述铜基复合粉体材料的市售商品即可。

下面结合实施例对本发明提供的润滑油及其性能进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。

实施例1：

一种润滑油，包括润滑载体油以及均匀分散在所述润滑载体油中的铜基复合粉体材料，所述铜基复合粉体材料与润滑载体油的质量之比为0.1:100，且铜基复合粉体材料的粒径为0.01~1μm。

实施例2：

一种润滑油，包括润滑载体油以及均匀分散在所述润滑载体油中的铜基复合粉体材料，所述铜基复合粉体材料与润滑载体油的质量之比为0.02:100，且铜基复合粉体材料的粒径为0.01~4μm。

实施例3：

一种润滑油，包括润滑载体油以及均匀分散在所述润滑载体油中的铜基复合粉体材料，所述铜基复合粉体材料与润滑载体油的质量之比为10:100，且铜基复合粉体材料的粒径为0.01~7μm。

实施例4：

一种润滑油，包括润滑载体油以及均匀分散在所述润滑载体油中的铜基复合粉体材料，所述铜基复合粉体材料与润滑载体油的质量之比为1:100，且铜基复合粉体材料的粒径为0.01~10μm。

实施例5：

一种润滑油，包括润滑载体油以及均匀分散在所述润滑载体油中的铜基复合粉体材料，所述铜基复合粉体材料与润滑载体油的质量之比为0.3:100，且铜基复合粉体材料的粒径为0.01~2μm。

实施例6：

一种润滑油，包括润滑载体油以及均匀分散在所述润滑载体油中的铜基复合粉体材料，所述铜基复合粉体材料与润滑载体油的质量之比为3:100，且铜基复合粉体材料的粒径为0.01~0.1μm。

实施例7：

本实施例对实施例1润滑油（铜基复合粉体材料选用亚微米铜粉）的13个性能指标进行了测试，对比产品为壳牌CC20W/50润滑油，表1仅示出了4个主要的性能指标。

表1：

序号	检测项目	检测方法	CC20W/50润滑油	实施例1
					1	运动粘度（100℃）	GB/T265	19.29	17.09
2	磨斑直径，mm	GB/T3142	0.49	0.40
					3	PB值	GB/T3142	1069	932
4	PD值	ASTMD4172	1961	3923

磨斑直径：磨斑直径越小，说明润滑脂的抗磨损能力、润滑性越好。

最大无卡咬负荷PB：此指标测量值越高，说明润滑油的抗极压性能越好，所谓极压润滑性是指润滑油形成的润滑膜承受载荷而不被挤出摩擦表面，导致摩擦面缺少润滑的能力。

烧结负荷PD：烧结负荷越高，说明润滑油的抗磨性能越好。

从上表可以看出：本发明抗磨性能有较明显改善。

实施例8：

表2为出厂时的粗糙度和在使用本发明所制得的匹配润滑油运行半年后的粗糙度检测数据，润滑机械部位为刚出厂的滚动轴承内表面。

表3为出厂时的粗糙度和在使用本发明所制得的匹配润滑油运行半年后的粗糙度检测数据，润滑机械部位为刚出厂的机床导轨工作面。

表4为出厂时的粗糙度和在使用本发明所制得的匹配润滑油运行1年后的粗糙度检测数据，润滑机械部位为刚出厂的发动机缸体内表面。

表5为出厂时的粗糙度和在使用本发明所制得的匹配润滑油运行半年后的粗糙度检测数据，润滑机械部位为刚出厂的齿轮表面。

表2：

检测部位	出厂粗糙度（μm）	运行半年后粗糙度（μm）
			1	0.821	0.815
2	0.853	0.849
			3	0.831	0.827

表3：

检测部位	出厂粗糙度（μm）	运行半年后粗糙度（μm）
			1	0.781	0.775
2	0.832	0.829
			3	0.823	0.816

表4：

检测部位	出厂粗糙度（μm）	运行1年后粗糙度（μm）
			1	0.776	0.762
2	0.806	0.842
			3	0.851	0.850

表5：

检测部位	出厂粗糙度（μm）	运行半年后粗糙度（μm）
			1	0.824	0.822
2	0.821	0.818
			3	0.865	0.867

实施例8中“匹配润滑油”为采用本发明的组合配方针对不同机械粗糙面进行润滑所配置的润滑油，铜基复合粉体材料均选用的是亚微米铜粉。

从上表可以看出，在采用本发明润滑油运行半年后，滚动轴承内圈、机床导轨、发动机缸体内壁和齿轮表面粗糙度均低于出厂状态，表明本发明润滑油具有很好的自动修复机械磨损表面的功能。

本申请还提供了该润滑脂用于自动修复机械磨损表面的应用，所述应用具体为：将润滑油施用在机械磨损表面，润滑油中的铜基复合粉体材料能够填补磨损表面逐步实现磨损部位的自动修复。

所述机械可以是任何机械摩擦副表面的至少一部分，特别适合滚动/滑动轴承、机床导轨、变速箱和发动机上的需要进行自动修复的磨损部位。上述至少一部分是指可以只针对摩擦副表面上的部分磨损部位进行施用，而无需全部施用，从而节约成本。

实施例9：

表6为使用匹配润滑油前的粗糙度和在使用匹配润滑油运行1个月后的粗糙度检测数据，润滑机械部位为未使用本发明润滑油运行半年后的滚动轴承内表面。

表7为使用匹配润滑油前的粗糙度和在使用匹配润滑油运行1个月后的粗糙度检测数据，滑机械部位为未使用本发明润滑油运行半年后的机床导轨工作面。

表8为使用匹配润滑油前的粗糙度和在使用匹配润滑油运行1个月后的粗糙度检测数据，滑机械部位为未使用本发明润滑油运行半年后的发动机缸体内表面。

表9为使用前匹配润滑油的粗糙度和在使用匹配润滑油运行1个月后的粗糙度检测数据，润滑机械部位为未使用本发明润滑油运行半年后的齿轮表面。

表6：

检测部位	使用前粗糙度（μm）	运行1个月后粗糙度（μm）
			1	1.040	0.885
2	1.102	0.926
			3	1.076	0.883

表7：

检测部位	使用前粗糙度（μm）	运行1个月后粗糙度（μm）
			1	1.080	0.876
2	1.042	0.983
			3	0.976	0.857

表8：

检测部位	使用前粗糙度（μm）	运行1个月后粗糙度（μm）
			1	1.081	0.865
2	1.008	0.876
			3	0.996	0.836

表9：

检测部位	使用前粗糙度（μm）	运行1个月后粗糙度（μm）
			1	1.210	0.904
2	1.186	0.886
			3	1.320	0.960

实施例9中“匹配润滑油”为采用本申请的组合配方针对不同机械磨损部位进行润滑所配置的润滑油，铜基复合粉体材料选用的是亚微米铜粉。

从上表可以看出，使用本发明润滑油一段时间后，滚动轴承内圈、机床导轨、发动机缸体内壁和齿轮磨损部位表面粗糙度明显降低，表明本发明润滑油具有良好的磨损自修复功能，从而改善其润滑效果。

实施例10：

本实施例是润滑油在船舶发动机上的实验。

一、试验船舶：重庆江津长兴轮船有限责任公司，津沙89号新船，载货吨位2800吨，试验发动左、右机各一台，均系潍柴X6170ZC-1A，单机额定功率382KW，额定转速1200r/min。

试验方法：

1、采用左、右对比试验法。

2、右机更换使用原品种机油，左机在原使用品种机油中添加7L亚微米铜基精华油。

3、航行三个航次，航时108h。

4、重载上行时，分别对左、右机1、2缸进行压缩压力和最高爆炸压力测试。

5、计算、对比试验中各机组的燃油消耗。

试验结论：

1、左、右机重载上行同等（最大）油门时，左机转速稳定增加40r/min左右，查该机推进特性，其功率增加10%以上。

2、从清洗机油滤芯和机油颜色看，左机的润滑油清洗功能明显，且劣变速度有明显变慢趋势，机油寿命相应增加。

3、从左机压缩压力和爆炸压力的增加及串气减少看，本发明润滑油的密封性能明显。

4、从左机转速增加（功率增大）和排烟浓度变淡看，润滑改善、减振抗磨及催化燃烧作用明显。

5、计算发现左机的节油率在10%以上。

二、试验船舶：中美合资江东实业有限公司，维多利亚“凯娜”号超五星级涉外游船，一号发电机组，型号为玉柴8170型船用发电机，额定功率500KW，原使用壳牌CC20W/50润滑油，换油周期为6560小时。

试验方法：

1、采用本发明制得的PJ-130C铜基润滑油，替换原已使用650小时的壳牌CC20W/50润滑油，并将壳牌润滑油送至重庆机械理化计量中心进行检测。

2、添加本发明润滑油后，试验船多次往返于重庆与上海、宜昌等地，连续安全、正常运行1100小时以上。

3、分别采集该船运行540、720、870、1100小时节点的润滑油油样进行检测。

4、该船运行1100小时后，对有关部位和零件进行了堪察验证和拍照，并轴瓦送至重庆大学检测。

验证结论：

1、从油样检测报告中得知，本润滑油的使用寿命至少是壳牌CC20W/50润滑油的两倍，减磨与抗振性能突出，表明该油能保证试验船安全、适应和可靠运行。

2、如图1所示，从燃烧室的情况得知，燃烧状况大大改善，说明本润滑油有催化燃烧功能证明。

3、从触摸缸套内表面以及可见清晰的网纹可知，本发明润滑油在抗磨的同时还具铜合金自修复功能，因此缸体表面形成比较明显的铜合金层，一号缸几乎无磨损，如图2所示。

4、重庆大学检测数据表明，使用了本润滑油的轴瓦表面光滑平整，形成明显的铜合金修复层，如图3所示，可以直观在该轴瓦表面看到铜的修复点和面。

从上述两个试验可知：本发明润滑油应用于轮船发电机及动力机是安全可靠适应的，可以明显延长原机油使用寿命，且该润滑油船用柴油机具有燃烧催化作用，油耗降低功效显著，对船用柴油机内摩擦副表面具有自修复功能，减磨与抗振性能优异。

实施例11：

试验装置：广东惠云钛业股份有限公司钛白粉煅烧窑托轮轴。

该实施例将本发明润滑油施用到钛白粉煅烧窑托轮轴设备里，经过20天生产线连续运转，得到托轮轴、轴瓦温度数据以及基座振动数据，如图4~6所示，从中可以看出托轮滑动轴承、轴瓦温度逐渐降低，并稳定在较低温度范围，说明本发明润滑油具有显著的冷却性能，托轮轴基座振动值降低并保持稳定，说明本发明润滑油具有显著的减振性能。

从图7可以看出，托轮轴表面更为洁净光滑，少有锈蚀痕迹，说明本发明润滑油具有显著防腐、清洁性能，而且具有独有的铜合金自修复功能。

实施例12：

试验车辆：小康汽车集团，型号K07Ⅱ，发动机为CK10。

为验证本发明润滑油对小康发动机运行阻力、整车排放和油耗的影响程度，进行了同车、同发动机，不同机油的试验，所有的测试均在联合汽车电子重庆分公司使用同一设备进行，具体方法是：

1、先对试验车在使用原品牌15W-40机油时的排放进行测试，并录取原机油使用时该车的实际油耗数据。

2、更换本发明润滑油，在试验车实际运行5000公里后，对其排放和油耗进行测试；

验证结论：

1、与原使用品牌的机油相比，使用本发明润滑油后废气排放和油耗均有明显降低，分别为：HC(g/km)下降20%，CO(g/km)下降15%，NO_X(g/km)下降6%，油耗（L/100km）下降3%。

2、两次排放试验时，车的速度几乎没有差异，说明排放驾驶工况基本一致，使用本发明润滑油时的平均负荷比使用原品牌机油时明显减小，说明本发明润滑油可以减小发动机运行阻力，其润滑性能比原品牌机油好。

以上对本发明提供的一种润滑油及其应用进行了详细介绍。具体实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种润滑油，其特征在于，包括润滑载体油以及均匀分散在所述润滑载体油中的铜基复合粉体材料，所述铜基复合粉体材料与润滑载体油的质量之比为0.01~10:100，且铜基复合粉体材料的粒径为0.01~10μm。

2.根据权利要求1所述的润滑油，其特征在于，所述铜基复合粉体材料与润滑载体油的质量之比为0.05~1:100。

3.根据权利要求2所述的润滑油，其特征在于，所述铜基复合粉体材料与润滑载体油的质量之比为0.1~0.2:100。

4.根据权利要求1所述的润滑油，其特征在于，所述铜基复合粉体材料的粒径为0.01~5μm。

5.根据权利要求4所述的润滑油，其特征在于，所述铜基复合粉体材料的粒径为0.01~2μm。

6.根据权利要求1所述的润滑油，其特征在于，所述铜基复合粉体材料为单质铜粉、铜的氧化物、有机化铜或含铜合金粉中的一种或几种。

7.根据权利要求6所述的润滑油，其特征在于，所述铜基复合粉体材料为亚微米铜粉、纳米铜粉、工业级铜粉、氧化铜或氧化亚铜中的一种或几种。

8.权利要求1-7任一项所述的润滑油用于自动修复机械磨损表面的应用。

9.据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述应用具体为：将润滑油施用在机械磨损表面，通过润滑油中的铜基复合粉体材料填补磨损表面逐步实现磨损部位的自动修复。

10.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述机械磨损表面是轴承、导轨、齿轮、发动机、减振器和制动器摩擦副表面的至少一部分。