CN107760411A - 一种润滑油抗磨添加剂 - Google Patents

一种润滑油抗磨添加剂 Download PDF

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Abstract

本发明涉及润滑油抗磨损技术领域，具体涉及一种润滑油抗磨添加剂，包括纳米粒子插层的膨胀石墨和纳米粒子插层的类水滑石，其中，所述纳米粒子包括纳米氧化铝和纳米二氧化硅；本发明通过在水滑石前体和膨胀石墨中添加纳米粒子，使耐磨的纳米粒子进入层状的类水滑石层间和膨胀石墨层间，使耐磨粒子能够均匀的分散在体系中，并很好的融入润滑油中，有效提高了润滑油的抗磨抗极压性能，且类水滑石可以根据阴阳离子团的变化调整层间距，具有数量可调变、插层组装体的粒径尺寸和分布可调控的特点，能够减少摩擦，降低机件磨损，提高动力输出并减少燃油损耗，且不含硫、磷等腐蚀性物质，对机件本身没有损害，不产生环境污染。

Description

一种润滑油抗磨添加剂
技术领域
本发明涉及润滑油抗磨损技术领域，具体涉及一种润滑油抗磨添加剂。
背景技术
润滑油的主要成分包括润滑基础油和多种有机或无机、液态或固态的润滑油添加剂这两大部分，他们按照一定的比例复配制成相应的润滑油。润滑基础油主要分为矿物基础油、合成基础油以及植物油基础油三大类。随着技术的发展，越来越多的设备部件将在更苛刻的工况下工作，因此合成润滑油由于其热氧化安定性好，热分解温度高，耐低温性能好等优点，已成为很多特殊工况下必须使用的润滑油的基础油成分。
润滑油主要功能之一是抗磨损作用，因此抗磨添加剂是润滑油中最重要的组成部分之一，直接关系到摩擦部件的功能实现和效能稳定。极压抗磨剂是一种重要的润滑脂添加剂，其大部分是一些含硫、磷、氯、铅、钼的化合物。在一般情况下，氯类、硫类可提高润滑脂的耐负荷能力，防止金属表面在高负荷条件下发生烧结、卡咬、刮伤；而磷类、有机金属盐类具有较高的抗磨能力，可防止或减少金属表面在中等负荷条件下的磨损。实际应用中，通常将不同种类的极压抗磨剂按一定比例混合使用性能更好。
随着纳米技术和纳米材料的深入研究，其在润滑领域的应用前景也逐渐被人们所认识。近年来，国内外学者在纳米润滑油添加剂方面进行了大量的研究工作。纳米粒子润滑油添加剂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，已经成为润滑材料的一个重要发展方向。在纳米润滑材料的研究中，纳米金属铜的研究最为集中。不过纳米粒子极易聚集成大颗粒，影响了纳米粒子在基础油的稳定分散性，从而影响润滑油的抗摩擦效果。
发明内容
针对现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种润滑油抗磨添加剂，它能够均匀的分散在润滑油中，且具有优异的抗摩擦效果。
为了实现上述目的，本发明提供了一种润滑油抗磨添加剂，所述润滑油抗磨添加剂包括纳米粒子插层的膨胀石墨和纳米粒子插层的类水滑石；
其中，所述纳米粒子包括纳米氧化铝和纳米二氧化硅。
根据本发明，膨胀石墨与类水滑石的含量比是影响润滑油抗磨添加剂极压抗磨性能的重要因素之一，为了提高润滑油抗磨添加剂的极压抗磨性能，优选条件下，所述纳米粒子插层的类水滑石与所述纳米粒子插层的膨胀石墨的重量比为1：(0.05～0.3)。
根据本发明，纳米氧化铝和纳米二氧化硅的含量比也是影响润滑油抗磨添加剂极压抗磨性能的重要因素之一，为了降低基件的磨损率，提高润滑油抗磨添加剂的极压抗磨性能，优选条件下，所述纳米氧化铝与所述纳米二氧化硅的质量比为1：(0.1～0.5)。
根据本发明，为了进一步提高纳米粒子的分散均匀性，提高纳米粒子的插层效率，优选条件下，所述纳米氧化铝的平均粒径为50～200nm；所述纳米二氧化硅的平均粒径为100～300nm。
根据本发明，优选条件下，以M(NO3)2和M(NO3)3的总重量为100为基准，所述的润滑油抗磨添加剂由以下重量份的物质制成：M(NO3)2 70～85重量份、M(NO3)3 15～30重量份、碱性物质15～30重量份、铝源10～30重量份、脂肪胺3～12重量份、水溶性硅酸盐1～20重量份、膨胀石墨3～30重量份、酸性物质1～5重量份、水100～300重量份。
根据本发明，优选条件下，其中M(NO3)2选自Mg(NO3)2、Zn(NO3)2、Cu(NO3)2、Ni(NO3)2和Co(NO3)2中的至少一种，M(NO3)3选自Al(NO3)3、Fe(NO3)3和Cr(NO3)3中的至少一种。
根据本发明，优选条件下，以M(NO3)2和M(NO3)3的总重量为100为基准，所述润滑油抗磨添加剂由以下重量份的物质制成：M(NO3)2 70～85重量份、M(NO3)3 15～30重量份、碱性物质15～30重量份、铝源15～25重量份、脂肪胺5～10重量份、水溶性硅酸盐1.5～10重量份、膨胀石墨5～20重量份、酸性物质1～5重量份、水100～300重量份。
根据本发明，优选条件下，所述脂肪胺选自乙基胺、正丁基胺、正己基胺、正十二烷基胺、二乙烯三胺，三乙烯四胺中的至少一种。
本发明中，碱性物质主要起到调节溶液pH、制备偏铝酸根的作用，本发明对其没有特殊的要求，可以为所属领域技术人员所公知，例如，所述碱性物质为无机碱和/或有机碱，具体可以为碱金属氢氧化物、碱土金属氢氧化物、脲及其衍生物和有机胺中的至少一种，进一步优选的，所述碱性物质为氢氧化钠、氢氧化锂、氢氧化钾中的至少一种。
本发明中，酸性物质主要起调节pH的作用，本发明对酸性物质的种类没有特殊的要求，可以为所属领域技术人员所常知，例如所述酸源可以为无机酸和/或有机酸，所述无机酸可以为盐酸、硝酸、硫酸、硼酸、高氯酸、硫氰酸、亚硫酸、磷酸、亚磷酸、次氯酸等中的至少一种；所述有机酸可以为甲酸、乙酸、苯甲酸、苯磺酸等中的至少一种。
根据本发明，本发明中对于铝源的种类没有特殊的要求，可以为所属领域技术人员所常知，例如，所述铝源可以为氯化铝、硫酸铝、硝酸铝、硅酸铝、硫化铝、明矾、乙基铝、丁基铝、乙酸铝、甲酸铝、草酸铝、丙酸铝等中的至少一种。
根据本发明，优选条件下，所述水溶性硅酸盐选自硅酸钠和/或硅酸钾。
本发明还提供一种上述润滑油抗磨添加剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)水滑石前体的制备：制备层间阴离子为NO3-、层板二价、三价阳离子为M2+/M3+的水滑石前体；
(2)将铝源与脂肪胺在水中反应至沉淀完全消失，然后加入水溶性硅酸盐，混合均匀后，得到混合体系1；
(3)向混合体系1中加入水滑石前体和膨胀石墨，在60～120℃下反应3～8h，然后加入酸性物质调节体系pH为3～5，得到预产物；
(4)将预产物在惰性气体中煅烧后，得到所述的润滑油抗磨添加剂；
其中，M为金属，其中M2+选自Mg2+、Zn2+、Cu2+、Ni2+和Co2+中的至少一种，M3+选自Al3+、Fe3+和Cr3+中的至少一种。
根据本发明，优选条件下，在步骤(4)中，所述煅烧的时间为1～3h，所述煅烧的温度为250～400℃。
根据本发明，优选条件下，在步骤(1)中，所述水滑石前体的制备方法为：将M2+与M3 +在水溶液中混合均匀，然后加入碱性物质，调节溶液pH为10～11，在60～120℃晶化4～10h，将产物离心洗涤至中性，得到水滑石前体。
与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：
本发明通过在水滑石前体和膨胀石墨中添加纳米粒子，使耐磨的纳米粒子进入层状的类水滑石层间和膨胀石墨层间，使耐磨粒子能够均匀的分散在体系中，并很好的融入润滑油中，有效提高了润滑油的抗磨抗极压性能，且类水滑石可以根据阴阳离子团的变化调整层间距，具有数量可调变、插层组装体的粒径尺寸和分布可调控的特点，能够减少摩擦，降低机件磨损，提高动力输出并减少燃油损耗，且不含硫、磷等腐蚀性物质，对机件本身没有损害，不产生环境污染。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐明本发明。
实施例1
一种润滑油抗磨添加剂的制备方法：
(1)将78g Mg(NO3)2与22g Al(NO3)3在水溶液中混合均匀，然后加入22g氢氧化钠，调节溶液pH为10.5，在100℃晶化8h，将产物离心洗涤至中性，得到层间阴离子为NO3-，层板二价、三价阳离子为Mg2+/Al3+的水滑石前体；
(2)将20g氯化铝与7g乙基胺在水中反应至沉淀完全消失，然后加入6g硅酸钠，混合均匀后，得到混合体系1；
(3)向混合体系1中加入水滑石前体和12g膨胀石墨，在90℃下反应5h，然后加入3g盐酸调节体系pH为4，得到预产物；
(4)将预产物在氮气氛围中，以300℃煅烧2h，，得到所述的润滑油抗磨添加剂；
本实施例制备的润滑油抗磨添加剂包括纳米粒子插层的膨胀石墨和纳米粒子插层的类水滑石；
所述纳米粒子包括平均粒径为130nm纳米氧化铝和平均粒径为200nm的纳米二氧化硅，且纳米氧化铝与纳米二氧化硅的质量比为1：0.3；
纳米粒子插层的类水滑石与纳米粒子插层的膨胀石墨的重量比为1：0.15。
实施例2
一种润滑油抗磨添加剂的制备方法：
(1)将70g Zn(NO3)2与15g Fe(NO3)3在水溶液中混合均匀，然后加入15g氢氧化钠，调节溶液pH为10.2，在70℃晶化9h，将产物离心洗涤至中性，得到层间阴离子为NO3-，层板二价、三价阳离子为Zn2+/Fe3+的水滑石前体；
(2)将15g硫酸铝与5g正丁基胺在水中反应至沉淀完全消失，然后加入1.5g硅酸钠，混合均匀后，得到混合体系1；
(3)向混合体系1中加入水滑石前体和5g膨胀石墨，在70℃下反应7h，然后加入1g硝酸调节体系pH为3，得到预产物；
(4)将预产物在氮气氛围中，以280℃煅烧3h，，得到所述的润滑油抗磨添加剂；
本实施例制备的润滑油抗磨添加剂包括纳米粒子插层的膨胀石墨和纳米粒子插层的类水滑石；
所述纳米粒子包括平均粒径为100nm纳米氧化铝和平均粒径为150nm的纳米二氧化硅，且纳米氧化铝与纳米二氧化硅的质量比为1：0.2；
纳米粒子插层的类水滑石与纳米粒子插层的膨胀石墨的重量比为1：0.1。
实施例3
一种润滑油抗磨添加剂的制备方法：
(1)将85g Cu(NO3)2与30g Fe(NO3)3在水溶液中混合均匀，然后加入30g氢氧化钠，调节溶液pH为10.6，在110℃晶化5h，将产物离心洗涤至中性，得到层间阴离子为NO3-，层板二价、三价阳离子为Cu2+/Fe3+的水滑石前体；
(2)将25g硝酸铝与10g正己基胺在水中反应至沉淀完全消失，然后加入10g硅酸钠，混合均匀后，得到混合体系1；
(3)向混合体系1中加入水滑石前体和20g膨胀石墨，在110℃下反应4h，然后加入5g硫酸调节体系pH为4，得到预产物；
(4)将预产物在氮气氛围中，以380℃煅烧2h，得到所述的润滑油抗磨添加剂；
本实施例制备的润滑油抗磨添加剂包括纳米粒子插层的膨胀石墨和纳米粒子插层的类水滑石；
所述纳米粒子包括平均粒径为180nm纳米氧化铝和平均粒径为250nm的纳米二氧化硅，且纳米氧化铝与纳米二氧化硅的质量比为1：0.4；
纳米粒子插层的类水滑石与纳米粒子插层的膨胀石墨的重量比为1：0.25。
实施例4
一种润滑油抗磨添加剂的制备方法：
(1)将70g Ni(NO3)2与15g Cr(NO3)3在水溶液中混合均匀，然后加入15g氢氧化钾，调节溶液pH为10，在60℃晶化10h，将产物离心洗涤至中性，得到层间阴离子为NO3-，层板二价、三价阳离子为Ni2+/Cr3+的水滑石前体；
(2)将10g氯化铝与3g正十二烷基胺在水中反应至沉淀完全消失，然后加入1g硅酸钠，混合均匀后，得到混合体系1；
(3)向混合体系1中加入水滑石前体和3g膨胀石墨，在60℃下反应8h，然后加入1g甲酸调节体系pH为3，得到预产物；
(4)将预产物在氮气氛围中，以250℃煅烧3h，，得到所述的润滑油抗磨添加剂；
本实施例制备的润滑油抗磨添加剂包括纳米粒子插层的膨胀石墨和纳米粒子插层的类水滑石；
所述纳米粒子包括平均粒径为50nm纳米氧化铝和平均粒径为100nm的纳米二氧化硅，且纳米氧化铝与纳米二氧化硅的质量比为1：0.1；
纳米粒子插层的类水滑石与纳米粒子插层的膨胀石墨的重量比为1：0.05。
实施例5
一种润滑油抗磨添加剂的制备方法：
(1)将85g Zn(NO3)2与30g Fe(NO3)3在水溶液中混合均匀，然后加入30g氢氧化钾，调节溶液pH为11，在120℃晶化10h，将产物离心洗涤至中性，得到层间阴离子为NO3-，层板二价、三价阳离子为Zn2+/Fe3+的水滑石前体；
(2)将30g硅酸铝与12g二乙烯三胺在水中反应至沉淀完全消失，然后加入20g硅酸钠，混合均匀后，得到混合体系1；
(3)向混合体系1中加入水滑石前体和30g膨胀石墨，在120℃下反应3h，然后加入5g盐酸调节体系pH为5，得到预产物；
(4)将预产物在氮气氛围中，以450℃煅烧1h，得到所述的润滑油抗磨添加剂；
本实施例制备的润滑油抗磨添加剂包括纳米粒子插层的膨胀石墨和纳米粒子插层的类水滑石；
所述纳米粒子包括平均粒径为200nm纳米氧化铝和平均粒径为300nm的纳米二氧化硅，且纳米氧化铝与纳米二氧化硅的质量比为1：0.5；
纳米粒子插层的类水滑石与纳米粒子插层的膨胀石墨的重量比为1：0.3。
对比例1
将实施例1中步骤(3)的膨胀石墨的添加量变更为2g，其余不变，制备所述的润滑油抗磨添加剂。
对比例2
将实施例1中步骤(3)的膨胀石墨的添加量变更为40g，其余不变，制备所述的润滑油抗磨添加剂。
对比例3
在实施例1的步骤(2)中不加硅酸钠，其余不变，制备所述的润滑油抗磨添加剂。
对比例4
在实施例1的步骤(2)中，硅酸钠的添加量变更为30g，其余不变，制备所述的润滑油抗磨添加剂。
为了对比本发明效果，设置了抗磨试验，具体如下：
本试验方法采用四球试验方法，四球试验参数标准为：转速1500r/min，载荷400N，时间2h。本实验所用的钢球按照GB/308-89制造，GCr15，二级钢球，直径13.4mm，硬度为64-66HRC。
试验用油为20#标准机械油分别添加上述实施例1～5及对比例1～4的润滑油抗磨添加剂，试验中，将试验用油注入容纳钢球的油杯中，使液面刚好没过钢球的表面，施加垂直载荷P为400N，测量出摩擦力矩，由公式：μ＝0.233×T/P(其中μ为摩擦因数；T为摩擦力矩)计算出摩擦因数，一次用于评价检测油的摩擦因数μ与磨损量。试验前后对钢球和环块进行充分清洗，然后用万分之一电子天平称量试验前后钢球的磨损量，用金相显微镜测量钢球的磨斑直径，对比数据如下：
磨前质量(g) 磨后质量(g) 质量磨损量(g)
实施例1 36.3779 36.3776 0.0003
实施例2 36.4248 36.4241 0.0007
实施例3 36.4049 36.4041 0.0008
实施例4 36.4258 36.425 0.0008
实施例5 36.4351 36.4343 0.0008
对比例1 36.4487 36.4459 0.0028
对比例2 36.4321 36.4304 0.0017
对比例3 36.4294 36.4257 0.0037
对比例4 36.4157 36.4112 0.0045
由上述试验数据可以看出，对比例1～4对应的钢球表面都有明显的磨损现象，而本发明对应的实施例1～5的钢球表面磨损量极小。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的特点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求保护的范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种润滑油抗磨添加剂，其特征在于：包括纳米粒子插层的膨胀石墨和纳米粒子插层的类水滑石；
其中，所述纳米粒子包括纳米氧化铝和纳米二氧化硅。
2.根据权利要求1所述的润滑油抗磨添加剂，其特征在于：所述纳米粒子插层的类水滑石与所述纳米粒子插层的膨胀石墨的重量比为1：(0.05～0.3)。
3.根据权利要求1所述的润滑油抗磨添加剂，其特征在于：所述纳米氧化铝与所述纳米二氧化硅的质量比为1：(0.1～0.5)。
4.根据权利要求1所述的润滑油抗磨添加剂，其特征在于：所述纳米氧化铝的平均粒径为50～200nm；和/或
所述纳米二氧化硅的平均粒径为100～300nm。
5.根据权利要求1所述的润滑油抗磨添加剂，其特征在于：以M(NO3)2和M(NO3)3的总重量为100为基准，所述润滑油抗磨添加剂由以下重量份的物质制成：M(NO3)2 70～85重量份、M(NO3)3 15～30重量份、碱性物质15～30重量份、铝源10～30重量份、脂肪胺3～12重量份、水溶性硅酸盐1～20重量份、膨胀石墨3～30重量份、酸性物质1～5重量份、水100～300重量份；
其中，所述M(NO3)2选自Mg(NO3)2、Zn(NO3)2、Cu(NO3)2、Ni(NO3)2和Co(NO3)2中的至少一种；
M(NO3)3选自Al(NO3)3、Fe(NO3)3和Cr(NO3)3中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的润滑油抗磨添加剂，其特征在于：以M(NO3)2和M(NO3)3的总重量为100为基准，所述润滑油抗磨添加剂由以下重量份的物质制成：M(NO3)2 70～85重量份、M(NO3)3 15～30重量份、碱性物质15～30重量份、铝源15～25重量份、脂肪胺5～10重量份、水溶性硅酸盐1.5～10重量份、膨胀石墨5～20重量份、酸性物质1～5重量份、水100～300重量份。
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