CN116536094A - 一种含有纳米银/金属有机骨架添加剂的润滑油及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种含有纳米银/金属有机骨架添加剂的润滑油制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，将硝酸铜、醋酸和三乙胺加入甲醇中搅拌均匀，加入1,3,5‑苯三甲酸和纳米银混合均匀，得到混合液，步骤2，将混合液干燥，多次离心，多次洗涤，得到纳米润滑添加剂；步骤3，纳米润滑添加剂、基础油和表面活性剂混合均匀，得到含有纳米银/金属有机骨架添加剂的润滑油。本发明的纳米润滑添加剂可以直接和基础润滑油混合，能够改善基础润滑油的润滑性能和减磨性能，利用多功能摩擦磨损试验机研究了其摩擦学性能。
Description
技术领域
本发明属于润滑剂技术领域，具体来说涉及一种含有纳米银/金属有机骨架添加剂的润滑油及其制备方法。
背景技术
纳米银具有面心立方结构原子结构，呈现质软、富延展性等物性特点，在摩擦过程中受到载荷和摩擦热的作用时易发生挤压变形并吸附在摩擦界面原位构筑润滑保护膜，对磨损表面进行填隙和修复。因此，纳米银作为润滑添加剂在减摩、承载和修复磨损表面等领域具有重要作用。
金属-有机骨架材料具有三维多孔、高孔隙率和大比表面积等结构特点，近年来，金属-有机骨架材料在摩擦领域也得到了广泛的关注。解国新等[Zhang G,Xie G,Si L,etal.Ultralow friction self-lubricating nanocomposites with mesoporous metal–organic frameworks as smart nanocontainers for lubricants[J].ACS appliedmaterials&interfaces,2017,9(43):38146-38152.]通过球-盘摩擦试验研究Cu-BTC储存油胺的润滑行为，发现无润滑介质时稳态COF为0.5，将油胺作为润滑介质存储于Cu-BTC纳米颗粒后实现了超低摩擦(COF：0.03)。因此金属-有机骨架材料作为润滑添加剂在摩擦学领域中具有广泛的应用前景。
但是，在润滑剂领域，缺乏将上述二者结合兼具减摩和润滑性能的润滑剂。
发明内容
针对现有技术不足，本发明的目的在于提供一种含有纳米银/金属有机骨架添加剂的润滑油的制备方法。
本发明的另一目的是提供上述制备方法获得的含有纳米银/金属有机骨架添加剂的润滑油。
本发明的目的是通过下述技术方案予以实现的。
一种含有纳米银/金属有机骨架添加剂的润滑油制备方法，包括以下步骤：
步骤1，将硝酸铜、醋酸和三乙胺加入甲醇中搅拌均匀，加入1,3,5-苯三甲酸和纳米银混合均匀，得到混合液，其中，按质量份数计，所述硝酸铜和1,3,5-苯三甲酸的比为2.4：1.0，醋酸和三乙胺的比为1.7：1.0，所述纳米银和甲醇的比为1：(195～1950)；
在所述步骤1中，所述搅拌均匀的时间为1小时，所述搅拌均匀的温度为室温。
在所述步骤1中，所述混合均匀的时间为2小时，所述混合均匀的温度为室温。
步骤2，将步骤1所得的混合液干燥，多次离心，多次洗涤，得到纳米润滑添加剂；
在所述步骤2中，所述干燥的温度为80℃，干燥的时间为24h。
在所述步骤2中，所述离心的速度为8000r/min，离心的次数为5次，每次离心时间为5min。
在所述步骤2中，所述洗涤的洗涤剂为乙醇，所述洗涤的次数为4～6次。
步骤3，将步骤2所得的纳米润滑添加剂、基础油和表面活性剂混合均匀，得到含有纳米银/金属有机骨架添加剂的润滑油，其中，按质量份数计，所述润滑添加剂与基础油的比为1：(50～200)，所述表面活性剂的质量为基础油质量的1％。
在所述步骤3中，所述混合均匀的方式为搅拌，混合均匀的时间为60min，混合均匀的温度为室温。
上述制备方法获得一种含有纳米银/金属有机骨架添加剂的润滑油。
本发明的优点和有益效果为：
本发明的纳米润滑添加剂可以直接和基础润滑油混合，由于纳米润滑添加剂的多孔结构，分散入基础润滑油内并进行抽真空发现冒出大量气泡，表明润滑添加剂孔内存储了少量的基础润滑油，在摩擦过程中，其内部的润滑油持续向摩擦界面补给，对摩擦接触区起到持续润滑的效果，能够改善基础润滑油的润滑性能和减磨性能，利用多功能摩擦磨损试验机研究了其摩擦学性能，结果表明，本发明的含有纳米银/金属有机骨架添加剂的润滑油平均摩擦系数为0.142-0.153，因此，本发明的含有纳米银/金属有机骨架添加剂具有良好的润滑效果。
附图说明
图1a为实施例1中步骤2制备的纳米润滑添加剂的扫描电镜照片。
图1b为实施例2中步骤2制备的纳米润滑添加剂的扫描电镜照片。
图1c为实施例3中步骤2制备的纳米润滑添加剂的扫描电镜照片。
图1d为实施例4中步骤2制备的纳米润滑添加剂的扫描电镜照片。
图2为正十六烷润滑油的摩擦系数曲线图。
图3为实施例2中步骤3制备的含有纳米银/金属有机骨架添加剂的润滑油在12N载荷下的摩擦系数曲线图。
图4为实施例2中步骤3制备的含有纳米银/金属有机骨架添加剂的润滑油在不同载荷下的磨痕宽度、深度柱状图。
图5为实施例2中步骤2制备的纳米润滑添加剂在不同添加比例下的磨痕宽度、深度柱状图。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。
本发明具体实施方式中，所用到的润滑油为正十六烷。
实施例1
一种含有纳米银/金属有机骨架添加剂的润滑油制备方法，包括以下步骤：
步骤1，在室温下，将硝酸铜、醋酸和三乙胺加入甲醇中搅拌1小时至均匀，加入1,3,5-苯三甲酸和纳米银混合搅拌2小时至均匀，得到混合液，其中，所述硝酸铜的质量为0.13g、甲醇的质量为1.95g,醋酸的质量为0.155g，三乙胺的质量为0.091g，1,3,5-苯三甲酸的质量为0.054g，纳米银的质量为1mg；
步骤2，将步骤1所得的混合液置于真空干燥箱中，在80℃下干燥24h，在8000r/min下离心5次，每次离心5min，用乙醇洗涤4次，得到纳米润滑添加剂；
步骤3，将步骤2所得的纳米润滑添加剂、基础油和表面活性剂混合搅拌1小时，均匀，得到含有纳米银/金属有机骨架添加剂的润滑油，其中，所述纳米润滑添加剂的质量为50mg，正十六烷润滑油的质量为5g，表面活性剂的质量为50mg。
实施例2
一种含有纳米银/金属有机骨架添加剂的润滑油制备方法，包括以下步骤：
步骤1，在室温下，将硝酸铜、醋酸和三乙胺加入甲醇中搅拌1小时至均匀，加入1,3,5-苯三甲酸和纳米银混合搅拌2小时至均匀，得到混合液，其中，所述硝酸铜的质量为0.13g、甲醇的质量为1.95g,醋酸的质量为0.155g，三乙胺的质量为0.091g，1,3,5-苯三甲酸的质量为0.054g，纳米银的质量为2mg；
步骤2，将步骤1所得的混合液置于真空干燥箱中，在80℃下干燥24h，在8000r/min下离心5次，每次离心5min，用乙醇洗涤4次，得到纳米润滑添加剂；
步骤3，将步骤2所得的纳米润滑添加剂、基础油和表面活性剂混合搅拌1小时，均匀，得到含有纳米银/金属有机骨架添加剂的润滑油，其中，所述纳米润滑添加剂的质量为50mg，正十六烷润滑油的质量为5g，表面活性剂的质量为50mg。
实施例3
一种含有纳米银/金属有机骨架添加剂的润滑油制备方法，包括以下步骤：
步骤1，在室温下，将硝酸铜、醋酸和三乙胺加入甲醇中搅拌1小时至均匀，加入1,3,5-苯三甲酸和纳米银混合搅拌2小时至均匀，得到混合液，其中，所述硝酸铜的质量为0.13g、甲醇的质量为1.95g,醋酸的质量为0.155g，三乙胺的质量为0.091g，1,3,5-苯三甲酸的质量为0.054g，纳米银的质量为5mg；
步骤2，将步骤1所得的混合液置于真空干燥箱中，在80℃下干燥24h，在8000r/min下离心5次，每次离心5min，用乙醇洗涤4次，得到纳米润滑添加剂；
步骤3，将步骤2所得的纳米润滑添加剂、基础油和表面活性剂混合搅拌1小时，均匀，得到含有纳米银/金属有机骨架添加剂的润滑油，其中，所述纳米润滑添加剂的质量为50mg，正十六烷润滑油的质量为5g，表面活性剂的质量为50mg。
实施例4
一种含有纳米银/金属有机骨架添加剂的润滑油制备方法，包括以下步骤：
步骤1，在室温下，将硝酸铜、醋酸和三乙胺加入甲醇中搅拌1小时至均匀，加入1,3,5-苯三甲酸和纳米银混合搅拌2小时至均匀，得到混合液，其中，所述硝酸铜的质量为0.13g、甲醇的质量为1.95g,醋酸的质量为0.155g，三乙胺的质量为0.091g，1,3,5-苯三甲酸的质量为0.054g，纳米银的质量为10mg；
步骤2，将步骤1所得的混合液置于真空干燥箱中，在80℃下干燥24h，在8000r/min下离心5次，每次离心5min，用乙醇洗涤4次，得到纳米润滑添加剂；
步骤3，将步骤2所得的纳米润滑添加剂、基础油和表面活性剂混合搅拌1小时，均匀，得到含有纳米银/金属有机骨架添加剂的润滑油，其中，所述纳米润滑添加剂的质量为50mg，正十六烷的质量为5g，表面活性剂的质量为50mg。
实施例5
一种含有纳米银/金属有机骨架添加剂的润滑油制备方法，包括以下步骤：
步骤1，在室温下，将硝酸铜、醋酸和三乙胺加入甲醇中搅拌1小时至均匀，加入1,3,5-苯三甲酸和纳米银混合搅拌2小时至均匀，得到混合液，其中，所述硝酸铜的质量为0.13g、甲醇的质量为1.95g,醋酸的质量为0.155g，三乙胺的质量为0.091g，1,3,5-苯三甲酸的质量为0.054g，纳米银的质量为1mg；
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步骤3，将步骤2所得的纳米润滑添加剂、基础油和表面活性剂混合搅拌1小时，均匀，得到含有纳米银/金属有机骨架添加剂的润滑油，其中，所述纳米润滑添加剂的质量为25mg，正十六烷润滑油的质量为5g，表面活性剂的质量为50mg。
实施例6
一种含有纳米银/金属有机骨架添加剂的润滑油制备方法，包括以下步骤：
步骤1，在室温下，将硝酸铜、醋酸和三乙胺加入甲醇中搅拌1小时至均匀，加入1,3,5-苯三甲酸和纳米银混合搅拌2小时至均匀，得到混合液，其中，所述硝酸铜的质量为0.13g、甲醇的质量为1.95g,醋酸的质量为0.155g，三乙胺的质量为0.091g，1,3,5-苯三甲酸的质量为0.054g，纳米银的质量为1mg；
步骤2，将步骤1所得的混合液置于真空干燥箱中，在80℃下干燥24h，在8000r/min下离心5次，每次离心5min，用乙醇洗涤4次，得到纳米润滑添加剂；
步骤3，将步骤2所得的纳米润滑添加剂、基础油和表面活性剂混合搅拌1小时，均匀，得到含有纳米银/金属有机骨架添加剂的润滑油，其中，所述纳米润滑添加剂的质量为75mg，正十六烷润滑油的质量为5g，表面活性剂的质量为50mg。
实施例7
一种含有纳米银/金属有机骨架添加剂的润滑油制备方法，包括以下步骤：
步骤1，在室温下，将硝酸铜、醋酸和三乙胺加入甲醇中搅拌1小时至均匀，加入1,3,5-苯三甲酸和纳米银混合搅拌2小时至均匀，得到混合液，其中，所述硝酸铜的质量为0.13g、甲醇的质量为1.95g,醋酸的质量为0.155g，三乙胺的质量为0.091g，1,3,5-苯三甲酸的质量为0.054g，纳米银的质量为1mg；
步骤2，将步骤1所得的混合液置于真空干燥箱中，在80℃下干燥24h，在8000r/min下离心5次，每次离心5min，用乙醇洗涤4次，得到纳米润滑添加剂；
步骤3，将步骤2所得的纳米润滑添加剂、基础油和表面活性剂混合搅拌1小时，均匀，得到含有纳米银/金属有机骨架添加剂的润滑油，其中，所述纳米润滑添加剂的质量为100mg，正十六烷润滑油的质量为5g，表面活性剂的质量为50mg。
将实施例2中的含有纳米银/金属有机骨架添加剂的润滑油，采用球-盘旋转摩擦、小球材料和试样盘材料均为GCr15，摩擦速度为16mm/s，载荷为3N、6N、9N、12N、15N进行摩擦学实验，得到该润滑油在不同载荷下磨痕宽度、深度柱状图如图4所示。将实施例2中的步骤2中制备的纳米润滑添加剂，以0.5％、1％、1.5％、2％的浓度分散到正十六烷润滑油中，采用球-盘旋转摩擦、小球材料和试样盘材料均为GCr15，摩擦速度为16mm/s，载荷为12N进行摩擦学实验，得到各润滑油下磨痕宽度、深度柱状图如图5所示。
由图1a-1d可知，当纳米银占甲醇含量的0.05％时(图1a)，反应体系内晶核较少且分散性较好，这些纳米颗粒的紧密堆积形成了相对规整的孔结构。当纳米银含量在0.2％和0.5％时，其在反应体系内分散性较差且具有较大的纳米银团聚颗粒生成，生成的Cu-BTC纳米晶颗粒不均一，堆积聚集所形成的孔结构有序性逐渐降低，且材料表面逐渐出现大块的Cu-BTC团聚颗粒(见图1c A区域，图1d B区域)。因此可以看出，改变纳米银颗粒的添加量可以实现纳米润滑添加剂的孔径调控，当添加少量纳米银(0.05％)时，该纳米润滑添加剂的孔结构最规整。
由图2可知，正十六烷润滑油的摩擦系数一直呈上升趋势，最终增大至0.16，
由图3可知，当摩擦实验进程介于750-1800s间，摩擦系数曲线开始逐渐下降，先后在450s，1000s和1350s经历了3次降低阶段，最后含有纳米银/金属有机骨架材料的润滑油的摩擦系数降低至0.11，相对于正十六烷润滑油来说(如图2)，摩擦系数降低了约31％。
由图4可知，在不同载荷下，发挥抗磨效果的程度不同，当载荷为3N的时候，其磨痕深度和宽度较低(29.1μm,1.8μm)，磨损程度较小，主要由于界面接触应力未超过润滑油承载极限；当载荷为15N时，其磨痕深度和宽度较高(153.6μm，2.5μm)，磨损体积较大，润滑油磨损失效，说明含有纳米银/金属有机骨架添加剂的润滑油负载范围在6-12N。
由图5可知，在正十六烷润滑油中添加不同比例的纳米润滑添加剂后磨痕宽度、深度均呈不同程度的降低趋势，相对于正十六烷润滑油，最大各降低约34％和62％，说明在正十六烷润滑油中加入纳米润滑添加剂可以改善正十六烷的抗磨减磨性能。
以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种含有纳米银/金属有机骨架添加剂的润滑油制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，将硝酸铜、醋酸和三乙胺加入甲醇中搅拌均匀，加入1,3,5-苯三甲酸和纳米银混合均匀，得到混合液，其中，按质量份数计，所述硝酸铜和1,3,5-苯三甲酸的比为2.4：1.0，所述醋酸和三乙胺的比为1.7：1.0，所述纳米银和甲醇的比为1：(195～1950)；
步骤2，将步骤1所得的混合液干燥，多次离心，多次洗涤，得到纳米润滑添加剂；
步骤3，将步骤2所得的纳米润滑添加剂、基础油和表面活性剂混合均匀，得到含有纳米银/金属有机骨架添加剂的润滑油，其中，按质量份数计，所述润滑添加剂与基础油的比为1：(50～200)，所述表面活性剂的质量为基础油质量的1％。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤1中，所述搅拌均匀的时间为1小时，所述搅拌均匀的温度为室温。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤1中，所述混合均匀的时间为2小时，所述混合均匀的温度为室温。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤2中，所述干燥的温度为80℃，干燥的时间为24h。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤2中，所述离心的速度为8000r/min，离心的次数为5次，每次离心时间为5min。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤2中，所述洗涤的洗涤剂为乙醇，所述洗涤的次数为4～6次。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤3中，所述混合均匀的方式为搅拌，混合均匀的时间为60min，混合均匀的温度为室温。
8.如权利要求1～7中任意一项所述的制备方法获得的含有纳米银/金属有机骨架添加剂的润滑油。
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