CN1130447C - 一种应用陶瓷金属润滑机制的润滑油添加剂 - Google Patents

一种应用陶瓷金属润滑机制的润滑油添加剂 Download PDF

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Abstract

本发明是一种应用陶瓷金属润滑机制的润滑油添加剂，它是由矿物油、碱土金属磺酸盐、聚硼胺、液体石蜡、二烃二硫基磷酸锌、二烃二硫磷酸钼、芳烃溶剂组合而成。本发明添加剂通过润滑油进入摩擦件后，在运转过程中转化为磷酸钼、氮化硼化学键陶瓷结构，因此它具有优良的性能：可以显著减少内燃机引擎磨损，增加机器寿命；可大幅度降低内燃机温度；提高燃油效率，减少汽油、柴油消耗；明显减少尾气排放；无腐蚀性、防蚀、防锈，而且可降低噪音，是一种用途范围广泛、作用周期持久、质量性能稳定并符合环保要求的新型润滑油添加剂产品。

Description

一种应用陶瓷金属润滑机制的润滑油添加剂
技术领域
本发明属于润滑剂技术领域，更具体地说，本发明涉及一种可相溶于目前所有润滑剂产品的添加剂。
背景技术
润滑油被称为机械工业的血液，没有滑润油也就没有机械工业。近年来，随着内燃机向着高热效率、比功率的动力性能以及降低燃料消耗的经济性能和减少污染物排放性能方向发展，内燃机油产品更新很快。但是，由于自三、四十年代确立传统的润滑理论难于突破，因此润滑方式仍停留在四、五十年代水平。传统的润滑油是靠油膜的粘度而达到润滑效果，通常是在天然或合成的油脂中再加入适当的添加剂如防腐、防锈剂、分散剂、极压添加剂等。虽然不同的添加剂在不同的使用状态下可达到不同程度的润滑效果，但都存在一些缺陷如阻塞油路、高毒性和污染等，更为严重的是传统的润滑油及添加剂由于是依靠油膜达到润滑，因此一旦油面不接触或接触面太稀薄时，如引擎由冷却状能点燃时，往往造成瞬间大摩擦而磨损机件。为了解决机械设备因润滑不良而形成的巨大损失，各国研究摩擦磨损的润滑学界专家都在力图突破现有的传统润滑方式，致力于研究开发用途范围广泛、作用周期持久、质量性能稳定并符合环保要求的新型润滑剂产品。
发明内容
本发明的目的是克服已有技术的缺点，提出一种性能优良、用途范围广泛的新型润滑油添加剂。
本发明的技术方案和润滑原理：
本发明创造性地将陶瓷金属高科技应用于润滑技术。陶瓷金属材料具有超强、超韧，超滑、超耐高温的特点，为世界材料科技中最理想的材料，一般应用于航空航天。本发明研制出由矿物油、碱土金属磺酸盐、聚硼胺、液体石蜡、二烃二硫磷酸钼、二烃二硫基磷酸锌和芳烃溶剂组成的添加剂组合物，当该添加剂通过润滑油进入摩擦部件后，借化学耦合镀法，自动在金属表面形成活化层，并在机件运转过程中转化为厚度不足一微米的磷酸钼、氮化硼化学键陶瓷结构，永久性的化学键结于金属表面。活化层在转变过程中将金属表面突起软化，形成一个超级平滑面，在与油混合使用中，使两个摩擦表面分开，不能直接接触，这样两个机件相互摩擦时摩擦力明显减少，表面摩擦系数可低到0.001，保证设备可以充分发挥功能，并使机件摩损减少到几乎为零。
本发明的添加剂的组成及其含量(以组成成份重量之和为100计)石油矿物基础油55-65％、碱土金属磺酸盐1.5-2.5％、聚硼胺0.4-0.8％、液体石蜡22-30％、二烃二硫磷酸钼0.8-1.5％、二烃二硫基磷酸锌1.2-2.5％、芳烃熔剂8-4％。
所述的石油矿物基础油是由石油制得的包括代号为100SN、150SN、900DN、600ZW在内的基础油，它们的性能见“侯祥麟主编《中国炼油技术》(中国石化出版社，1991年，P573-575)”。
所述的碱土金属磺酸盐选自包括磺酸钙、磺酸钡、磺酸镁在内的一种或两种以上混合物。它具有很好的清净性和一定的分散性及防锈性。
所述的芳烃溶剂包括二甲苯以及C10-C18的苯类化合物。
所述的液体石蜡、二烃二硫磷酸钼、二烃二硫基磷酸锌均是市售产品。
本发明的添加剂的制备方法：在带搅拌器的调和釜中加入各组份，启动搅拌，控制最高温度为80-85℃，搅拌一小时，至添加剂成份全部混匀，呈清澈透明的粘性液体，然后装入储罐。产品理化性能见表1。
本发明的添加剂可应用于各种润滑油或润滑脂，其加入量为润滑油或润滑脂体积的2-15％。
本发明产品工作机制为陶瓷金属化学键结构原理，添加剂是由润滑油基础油和其它成份所配制，而配制的添加剂添加于润滑油或润滑脂中，使金属摩擦表面产生自润滑的功能，完全改变传统的润滑油机制，因此研制出的添加剂具有优良的性能，无论是实验室测试，还是实际应用都得到最好的证明：
(1)显著减少内燃机引擎磨损，增加机器寿命。采用含本发明添加剂的润油油处理过的引擎，可在无机油状态下运行440万次，使用过陶瓷金属润滑油添加剂的车辆，于1998年创无机油行驶1966公里的记录，因此机器运行中，无需大修，并逐步实现零磨损的最高理想。
(2)大幅度降低内燃温度，可降低37％。
(3)有效地改善引擎的工作环境，一秒种可增加7个马力。
(4)使用含本发明添加剂的润滑油产品，可提高燃油效率，减少汽油、柴油消耗。经中国交通部节能检测中心云南高原监测站测试，节省汽油12.7％，为国内外所有润滑油节油的最好产品。在实际使用中可节省汽油达35％，节省柴油达25％。
(5)明显减少尾气排放，可减少尾气CO28-40％、HC18-26％、NOx50-80％.
(6)不含任何固态添加剂，无腐蚀性、防蚀、防锈。
(7)降低噪音能量50％，另外还具有清洗引擎的功能。
综上所述，本发明的添加剂可广泛地应用于航天、军事、高科技和普通机械的润滑剂中，对节约能源和环境保护可带来可观的经济效益和社会效益。
具体实施方式
下面通过具体的实施例进一步说明本发明的特点。
实例1～3
实例1～3为本发明的添加剂的成份和含量，详见表2。具体制备方法：在带搅拌器的调和釜中加入各成份，搅拌一小时，呈清澈透明的粘性液体，装入储罐中。
实例4
本实例是加有2～15％本发明实例2添加剂的润滑油摩擦磨损试验。所用的基础油为15W/40SE润滑油(长城高级润滑油公司)、150SN(大连石油化工公司)。结果见表3和表4。表3中磨痕直径(mm)测试条件：1200转/分、75℃、D60min 15kg(对等ASTM D2783)；最大卡咬负荷(kg)测试条件：常温(对等ASTM D4172)；表4中磨痕直径(mm)测试条件：75℃、1200转/分、D60min 15kg，磨痕直径(mm)测试条件：75℃、1200转/分、D15kg 60min。
测试结论：在150SN中性油和15W/40SE润滑油中加有本发明添加剂以后，磨痕直径有所减少，加入量于5％时分别改善47％、16％和13％；润滑性能大幅度提高，在150SN中性油中卡咬负荷最大可提高42％。
实例5
本实例为SD40汽油机油(大庆石油化工总厂)加入本发明实例1添加剂的减磨抗磨性能测试。
一.抗磨性能测试
试验机：往复式摩擦损试验机
试样：GCr15钢球和GGr15钢条
试验条件：载荷22公斤、往复频率25次/分，温度28℃
试验结果：基础油和加入10％添加剂后的极亟值(载荷与稳定后磨痕面积之比)分别为208N/mm2、472N/mm2，极压值提高125％
结论：在SD40汽油机油中加入10％本发明添加剂能大幅度提高润滑油的抗磨性能。
二.减磨性能测试
试验机：MPX200(宜化试验机厂)
试样：上环为GCr15钢环，下环为铜环
试样：上环为GCr15钢环，下环为铜环
试验条件：载荷10、20、40公斤、试验机转速为900r/min和1140r/min，温度为室温
试验结果：各种载荷下摩擦系数对比见表5。由表5可知，在SD40汽轴机油中加入10％本发明添加剂能使摩擦系数降低15-20％。
实例6
本实例是在150SN中性油中加有实例1添加剂2％、5％的润滑油铜片腐蚀试验。
铜片腐蚀试验参照GB5096-85的方法，结果见表6。由表6可知，在150SN中性油加2％和5％本发明添加剂铜片腐蚀合格。
实例7
本实例是在捷达轿车加与不加本发明添加剂的使用效果对比测试，试验用基础油为长城机油，测试单位：北京理工大学汽车动力性和排放测试国家专业试验室。
《汽车道路试验方法通则》GB/T12543-90；
《汽车加速性能试验方法》GB/T12543-90；
《汽车燃料消耗量试验方法》GB/T12545-90；
《轻型汽车排气污染物排放标准》GB/T14761.1-93；
《轻型汽车排汽污染物测试方法》GB/T11642-93。
检测结果6
(一)未加添加剂结果：
(1)50KM/h等速行驶百公里燃油消耗量5.3L/100KM；
(2)ECE15工况燃油消耗量12.855L/100KM；
(3)ECE15工况排放状况：CO84.11g/试验、HC+NOx8.68g/试验
(4)0-100KM/h起步加速加间为23.3秒；
(5)最高档加速时间为30.0秒。
(二)加实例添加剂结果
(I)加10％添加剂：
(1)ECE15工况排放状况：CO80-96g/试验、HC+NOx7.31g/试验；
(2)0-100km/h起步加速时间为22.0秒；
(3)最高档加速时间为28.0秒。
(II)加6％添加剂：
(4)50km/h等速行驶百公里燃油消耗量4.928L/100km；
(5)ECE15工况燃油消耗量为11.607L/100km；
(6)ECE15工况排放状况：CO81.91g/试验、HC+NOx6.82g/试验；
(7)0-100km/h起步加速时间为21.70秒；
上述结果得出如下结论：
(a)加入10％添加剂后，ECE15工况排放状况：CO排放量降低3.15g/试验，改善3.75％，HC+NOx排放量降低1.55g/试验，改善17.86％；加速状况：0-100km/h加速时间缩短1.3秒，改善5.58％，最高档加速时间缩短2.0秒，改善66.7％。
(b)加入6添加剂后，燃油经济性状况：50km/h等速行驶百公里燃油消耗量降低0.372L，改善7.02％，ECE15工况燃油消耗量降低1.248L，改善9.71％；ECE15工况排放状况：CO排放量降低2.20g/试验，改善2.62％，HC+NOx排放量降低1.86g/试验，改善21.43％；加速状况：0-100km/h加速时间缩短1.6秒，改善6.87％。表1
    项目     测试结果   项目 测试结果
    物理状态外观气味燃点(℃)(ASTM D-92)比重(15.6℃)折射率，nD 20粘度，泊(25℃)加热条件损失量(130℃、2小时)％，在水中可溶性     粘性液体棕色液体中性＞1601.2-1.271.510-1.51314.0＜0.25不溶解   热分解总酸值铜斤腐蚀介电强度 在燃烧状况形成下列成份的氧化物：钙、钼、硼01a35kv
表2
  项目     实例1     实例2    实例3
  基础油*     62％     60％     55％
  磺酸钙     1.6％     2％     2.2％
  聚硼胺     0.6％     0.5％     0.8％
  液体石蜡     23％     25％     27％
  二烃二硫磷酸钼     1.5％     1％     1.0％
  二烃二硫基磷酸锌     1.3％     1.5％     2.0％
  二甲苯     10％     10％     12％
*注：实例1和实例3的基础油代号为100SN中性油，实例2的基础油代号为150SN中性油。表3
 样品名称   磨痕直径(mm)   最大卡咬负荷(kg)
 150SN中性油   0.65   40
 150SN中性油+2％添加剂   0.40   50
 150SN中性油+5％添加剂   0.34   52
 150SN中性油+10％添加剂   0.34   55
 150SN中性油+15％添加剂   0.34   70
表4
  样品名称   磨痕直径(mm)   最大卡咬负荷(kg)
  15W/40SE   0.25   0.40
  15W/40SE+5％添加剂   0.22   0.35
  15W/40SE+8％添加剂   0.21   0.35
  15W/40SE+15％添加剂   0.21   0.35
表5
    摩擦系数载荷(kg)                             润滑油
  SD40汽油机油     SD40+10％添加剂 减少百分比
    10   0.2-0.17     0.2-0.17
20 0.15-0.13 0.126-0.11 15-20％
    40   0.117-0.10     0.086-0.080 15-20％
表6
 样品名称     评级结果
 150SN中性油     2×1a
 150SN中性油+2％添加剂     2×1a
 150SN中性油+5％添加剂     2×1a

Claims (5)

1.一种应用陶瓷金属润滑机制的润滑油添加剂，其特征在于组成成份及其重量百分含量：石油矿物基础油55-65％、碱土金属磺酸盐1.5-2.5％、聚硼胺0.4-0.8％、液体石蜡22-30％、二烃二硫磷酸钼0.8-1.5％、二烃二硫基磷酸锌1.2-2.5％、芳烃熔剂8-14％。
2.按照权利要求1所述的添加剂，其特征在于所述的碱土金属磺酸盐选自包括磺酸钙、磺酸钡、磺酸镁其中一种或两种以上混合物。
3.按照权利要求1所述的添加剂，其特征在于所述的芳烃溶剂包括二甲苯以及C10-C18的苯类化合物。
4.权利要求1所述的添加剂的制备方法：在带搅拌器的调和釜中加入各组份，启动搅拌，控制最高温度为80-85℃，至添加剂成份全部混匀，呈清澈透明的粘性液体即可。
5.权利要求1所述的添加剂可应用于各种润滑油或润滑脂，其加入量为润滑油或润滑脂体积的2-15％。
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