CN109810758A

CN109810758A - 一种混合稀土润滑油

Info

Publication number: CN109810758A
Application number: CN201910047575.1A
Authority: CN
Inventors: 刘振东; 郭军武
Original assignee: Shanghai Maritime University
Current assignee: Shanghai Maritime University
Priority date: 2019-01-18
Filing date: 2019-01-18
Publication date: 2019-05-28

Abstract

本发明公开了一种混合稀土润滑油及其制备方法，该润滑油由基础油和添加剂组成，添加剂主要由分散剂、纳米氧化铈和环烷酸铈组成。利用表面活性分散剂修饰纳米粒子表面，降低其表面作用能，从而使改性的氧化铈能均匀地分散在基础油介质中，并和环烷酸铈液体混合，制备出拥有两种作用机理的润滑油，能在摩擦副表面形成边界润滑膜和微观填平。本发明的混合稀土润滑油具有原料来源广泛、中低载荷下性能优异等特点。

Description

一种混合稀土润滑油

技术领域：

本发明涉及润滑油，具体是一种含纳米氧化铈和环烷酸铈的混合稀土润滑油。

背景技术：

传统的润滑油的作用原理是油品本身的减摩性和添加剂与金属表层发生化学反应生成反应膜，因此发挥减摩耐磨作用，但无法修复磨损表面。这些滑油添加剂有一定作用，但效果较为单一，并且多数含有硫元素和磷元素，润滑效果较好但在生产过程中以及使用时易污染环境，据统计仅仅一公升的矿物润滑油就能污染超过100万升的水体，超过40平米的土地，国际润滑油标准化委员会(ILSAC)规定保证滑油的抗磨性能同时降低硫磷含量，随着科技进步和行业发展，由于在环保方面造成了巨大问题这些添加剂不能继续满足生产和使用的需要，因此寻找一种低硫磷含量、抗磨减摩性能优且稳定性能良好的综合滑油添加剂是解决问题的关键。

稀土元素有着特殊的电子层结构导致元素最外层电子易失去，故与其他元素的亲和力极强，所以稀土一般以化合物的形式存在，稀土材料具有特殊的物化性质而受到广泛重视，在润滑油添加剂中加入稀土元素能够有效地增强滑油的抗磨性，其作用原理是：同其他减摩剂一样，稀土金属能够以单质或者氧化物的形式与金属表面发生反应生成保护膜从而起到抗磨作用，不同的是，稀土金属会扩散渗透到摩擦副的亚表面形成渗透层，而改善摩擦副表面的晶界结构从而大幅度提高接触面的耐磨性与耐腐蚀性。其中纳米粒子的作用机理主要集中在微观滚动作用和修复填补作用，液态稀土化合物主要能在摩擦副表面形成化学反应膜，因此混合两种作用机理能达到更佳的效果。

发明内容：

所以本发明提供一种新型混合稀土润滑油及其制备方案，本发明包括两大部分内容：其一是混合稀土润滑油的组成、组分配比和成品的工作效果，其二是混合稀土润滑油的具体配制方法。关于配制方法所要解决的技术问题包括纳米氧化铈的分散性问题，和寻找到另一种不同作用机理的稀土添加剂，通过组合达到相比单一添加剂效果更好的混合润滑油添加剂。为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：运用表面改性法选用合理的表面活性分散剂对纳米氧化铈进行表面改性，使之能够均匀稳定地分散到基础油之中，并通过多次试验获得最佳配比。根据亲水亲油公式得出分散剂的配比为聚醚：吐温60：司盘20：司盘80为5：2：2：4。

本发明提供了一种混合稀土润滑油的组成、制备及其作用效果，本发明所述混合稀土润滑油由四部分组成：基础油、分散剂、氧化铈粉体、环烷酸铈液体。基础油采用500SN基础油；分散剂包含四种：分别是聚醚、吐温60、司班20、司班80，其中聚醚、吐温60、司班20、司班80的CAS号分别为：9002-92-2、9005-67-8、1338-39-2、1338-43-8，吐温60、司班20、司班80的结构式分别为：C24H46O6(C2H4O)20，C18H34O6，C24H44O6，聚醚、吐温60、司盘20和司盘80的质量比为5：2：2：4，约占混合稀土润滑油质量的4％；纳米氧化铈的粒径20～30nm，按照占混合稀土润滑油质量0.6％的比例将纳米氧化铈加入到配制好的分散剂中；环烷酸铈的CAS号为61790-20-3，将环烷酸铈液体按照占混合稀土润滑油2.0％的质量比例加入基础油之中。本发明所述混合稀土润滑油的抗磨减摩性能和节能效果分别通过四球试验机和柴油机台架试验测试得出。

本混合稀土润滑油的具体制备方法，步骤如下：

步骤1：购买适量药品，利用超精密电子天平(FA1004N)称取药品。

步骤2：将聚醚、吐温60、司盘20和司盘80以5：2：2：4的质量比例混合，约占混合稀土润滑油质量的4％。

步骤3：将纳米氧化铈粒子按在混合稀土润滑油中0.6％的比例加入到上述混合的分散剂当中，并置于恒温水浴锅中(水温保持在70℃左右)搅拌约10分钟，制作成氧化铈添加剂。

步骤4：将环烷酸铈液体加入到基础油当中，质量比例为混合稀土润滑油的2.0％。并将步骤3中的氧化铈添加剂也加入到该基础油中。

步骤5：将上述混合油品置于超声波振荡器中振荡20min，然后放在恒温磁力搅拌器(温度70℃)转速1000r/min搅拌3小时，使各添加物能充分分散。最终制成混合稀土润滑油。

本发明所述一种混合稀土润滑油及其配置方法实施条件便捷，对环境无污染，并有以下特点：

(1)本发明制备的混合稀土润滑油具有原来来源广、价格适中、长时间储存稳定性能好等优点。

(2)实验结果表明当油温升高时，本混合稀土润滑油成品的磨斑直径和摩擦系数均有下降，相比于基础油具有优良的耐高温特性。

(3)通过实验能够预计在高温、高速、极压等条件下润滑效果会更加明显。

具体实施方式：

本发明的实施方式分为两个方向：其一是混合稀土润滑油的组成以及效果，其二是混合稀土润滑油的具体制备方法。其中包括四个小部分：一.首先提出一种混合稀土滑油的组成成分，配比以及质量分数。二.本混合稀土润滑油的制备方法步骤；三.四球试验机对本发明所述混合稀土润滑油进行抗磨试验；四.最后利用柴油机台架试验测试该混合稀土润滑油的节能效果。

本发明提供了一种混合稀土滑油的组成及配比，该润滑油由四部分组成：基础油、分散剂、氧化铈粉体、环烷酸铈液体。基础油采用500SN基础油；分散剂包括四种：分别是聚醚、吐温60、司班20、司班80，其中聚醚、吐温60、司班20、司班80的CAS号分别为：9002-92-2，9005-67-8、1338-39-2、1338-43-8，吐温60、司班20、司班80的结构式分别为：C24H46O6(C2H4O)20，C18H34O6，C24H44O6，聚醚、吐温60、司盘20和司盘80的质量比为5：2：2：4，约占混合稀土润滑油质量的4％；纳米氧化铈的粒径20～30nm，按照占混合稀土润滑油质量0.6％的比例将纳米氧化铈加入到配制好的分散剂中；环烷酸铈的CAS号为61790-20-3，将环烷酸铈液体按照占混合稀土润滑油2.0％的质量比例加入基础油之中。

混合稀土润滑油的制备方法和抗磨减摩性能以及节能效果试验的步骤如下：

步骤一.混合稀土润滑油的制备条件及方法如下：

制备方案所用实验仪器包含超精密电子天平(FA1004N)、恒温水浴锅、超声波振荡器、恒温磁力搅拌器。

步骤11：购买适量药品并利用超精密电子天平(FA1004N)称取药品。

步骤12：将聚醚、吐温60、司盘20和司盘80以5：2：2：4的质量比例混合，约占混合稀土润滑油质量的4％。

步骤13：将纳米氧化铈粒子按在混合稀土润滑油中0.6％的比例加入到上述混合的分散剂当中，并置于恒温水浴锅中(水温保持在70℃左右)搅拌约10分钟，制作成氧化铈添加剂。

步骤14：将环烷酸铈液体加入到基础油当中，质量比例为占混合稀土润滑油的2.0％。并将步骤13中的氧化铈添加剂也加入到该基础油中。

步骤15：将上述混合油品置于超声波振荡器中振荡20min，然后放在恒温磁力搅拌器(温度70℃)转速1000r/min搅拌3小时，使各添加物能充分分散，最终制备成混合稀土润滑油。

步骤二.混合稀土润滑油的抗磨减摩试验：

实验设备：四球摩擦磨损试验机，钢球为GCr15轴承钢二级标准钢球，直径为12.7mm，硬度为5961HRC。

试验条件及步骤如下：

步骤21：参照行业标准SH/T0189-92，用洗涤汽油仔细清洗试验球和上架具，放入烘干箱中60℃烘干；

步骤22：将上球固定，三个球放入油杯中，固定压盖和盖子盖好，并向油杯中缓慢加油至小球顶部3mm左右处；

步骤23：缓慢施加160N的压力，达到力之后以300r/min的转速开始转动下球，持续时间20s；

步骤24：实验结束，清洗小球和油杯，用显微镜测量三个下球和一个上球的磨斑图样。

实验结果及分析：对照组为不使用添加剂的润滑油(基础油)试验，实验组为加入本发明所述的混合稀土润滑油试验。由显微放大图可观察得出：对照组磨斑直径较大，划痕较深，磨斑表面沟壑起伏较大，添加了混合稀土润滑油的磨斑直径明显减小并且变浅，且磨斑表面相对平整，减摩效果明显，证明本发明所述混合稀土润滑油具有优异的抗磨减摩性能。表1为两组油品的实验数据对照表，摩擦系数有0.11267的下降。从表中可以在四球磨损试验机负荷为360N的条件下，磨斑直径平均减少7％，摩擦系数降低28.6％。说明混合稀土润滑油抗磨性能良好。

表1摩擦磨损实验对照表

步骤三.柴油机台架节能试验

试验设备：上海柴油机股份有限公司生产型号4135型柴油机(缸径135mm，冲程150mm，压缩比17，尺寸运行功率66KW/1500rpm，进气方式自然吸气，累计运行时间1000h，出厂日期2004年5月，设备状态：大修更换活塞和活塞环磨合后首次进行试验)

节能试验的试验条件：室温3.5℃，相对湿度53％，油耗仪耗油量测量方法为质量法。

表2为对照组润滑油(基础油)条件下不同时间及工况点的柴油机试验结果。表3为试验组加入混合稀土润滑油条件下不同时间及工况点的柴油机试验结果。分析表格可知，加入混合稀土润滑油的柴油机在不同的负荷运转下的耗油率均有下降，油耗率下降在2.19～2.94％之间，并且节油率随着负荷的升高呈现出明显的下降趋势，其他参数也有不同程度的改善。

表2对照组不同时间及工况点的柴油机试验结果

表3试验组不同时间及工况点的柴油机试验结果

Claims

1.一种混合稀土润滑油，其特征在于包括：基础油、分散剂、氧化铈粉体、环烷酸铈液体，其中基础油采用500SN基础油；分散剂包含四种：分别是聚醚、吐温60、司班20、司班80，其中聚醚，吐温60、司班20、司班80的CAS号分别为：9002-92-2、9005-67-8、1338-39-2、1338-43-8，吐温60、司班20、司班80的结构式分别为：C24H46O6(C2H4O)20，C18H34O6，C24H44O6，聚醚、吐温60、司盘20和司盘80的质量比为5：2：2：4，约占混合稀土润滑油质量的4％；纳米氧化铈粒径20～30nm，按照占混合稀土润滑油质量0.6％的比例将纳米氧化铈加入到配制好的分散剂中；环烷酸铈的CAS号为61790-20-3，将环烷酸铈液体按照占混合稀土润滑油2.0％的质量比例加入基础油之中。

2.一种如权利要求1所述混合稀土润滑油的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1：将聚醚、吐温60、司盘20和司盘80以5：2：2：4的质量比例混合，约占混合稀土润滑油质量的4％；

步骤2：将纳米氧化铈粒子按在混合稀土润滑油中0.6％的比例加入到上述混合的分散剂当中，并置于恒温水浴锅之中，水温保持在70℃左右，搅拌约10分钟，制作成氧化铈添加剂；

步骤3：将环烷酸铈液体加入到基础油当中，质量比例为占混合稀土润滑油的2.0％，并将步骤2中的氧化铈添加剂也加入到该基础油中；

步骤4：将上述混合油品置于超声波振荡器中振荡20min，然后放在恒温磁力搅拌器，温度设置为70℃，在转速1000r/min条件下搅拌3小时，使各添加物能充分分散，最终制成稳定的混合稀土润滑油。