CN117625274A - 抗磨损助剂、制备方法及其在发动机润滑油的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于润滑油技术领域，具体涉及一种抗磨损助剂、制备方法及其在发动机润滑油的应用，抗磨损助剂为核壳结构，包括液态纳米金属核和吸附并包覆在液态金属核外的二烷基二硫代磷酸酯壳体；其中，液态纳米金属核为镓基液态纳米金属液滴。本发明制备的抗磨损助剂具有优异的减摩性能和抗磨损性能，具有高的承载能力，平均摩擦系数小于0.05，相应的磨损量损失降低超过90％。
Description
技术领域
本发明属于润滑技术领域，具体涉及一种抗磨损助剂、制备方法及其在发动机润滑油的应用。
背景技术
发动机润滑油，常称机油，是一种专门用于润滑内燃机的液体。它在汽车、船舶和飞机等设备中发挥着至关重要的作用，密度约为0.91×103(kg/m3)，能对发动机起到润滑减磨、辅助冷却降温、密封防漏、防锈防蚀、减震缓冲等作用，因此发动机润滑油也被誉为汽车的“血液”。
发动机润滑油是由基础油和添加剂两部分组成的。基础油是润滑油的主要成分，占据大约75％的比例，决定了润滑油的基本性质，如粘度、抗氧化性、抗腐蚀性等。而添加剂则可以弥补和改善基础油性能方面的不足，赋予某些新的性能，例如清洁发动机内部、防止金属部件腐蚀、降低摩擦阻力等。
随着涡轮增压和缸内直喷等技术的发展，润滑油的工作条件变得更加苛刻，并且随着国六排放标准的实施，要求降低发动机油中含有对排放系统有害的元素，同时换油里程的增加也要求发动机油在使用寿命内提供更好的保护，而一款好的抗磨损助剂，能够在金属部件表面形成一层具有高抗压强度和耐磨性良好的保护层，可以降低发动机部件的磨损或腐蚀，抑制胶质、油泥等沉淀物的生成，开发新的抗磨损助剂以提高润滑油的性能非常必要。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种抗磨损助剂，具体的：
一种抗磨损助剂，所述抗磨损助剂为核壳结构，包括液态纳米金属核和吸附并包覆在液态金属核外的二烷基二硫代磷酸酯壳体；其中，液态纳米金属核为镓基液态纳米金属液滴。
优选的，所述抗磨损助剂的粒径范围为170-190nm。
优选的，所述镓基液态金属纳米液滴包括镓铟合金、镓锡合金和镓铟锡合金中的至少一种，具体包括Ga65In35、Ga75.5In24.5、Ga92Sn8、Ga75Sn25或Ga68.5In21.5Sn10中的至少一种。
优选的，所述镓基液态纳米金属液滴与所述二烷基二硫代磷酸酯的质量比为25-35mg：1ml。
本发明的目的之二在于提供一种抗磨损助剂的制备方法，具体的：
一种抗磨损助剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：将等量的单宁酸溶液和FeCl3·6H2O溶液充分混合形成单宁酸(TA)-Fe3+络合物溶液备用；
步骤二：取镓基液态金属于容器中，加入单宁酸(TA)-Fe3+络合物溶液，用细胞破碎仪处理形成悬浊液；
步骤三：调节悬浊液的pH值为8-9，后按照25-35mg：1ml的比例加入二硫代磷酸二烷基酯进行搅拌，形成二硫代磷酸二烷基酯功能化的镓基液态纳米金属液滴，即抗磨损助剂。
优选的，所述步骤一中，所述单宁酸溶液的浓度为浓度为10mg/ml，所述FeCl3·6H2O溶液的浓度为10mg/ml。
优选的，所述步骤三中，采用2-氨基-2-(羟甲基)-1,3-丙二醇调节悬浮液的pH值。
优选的，所述步骤二中，细胞破碎仪处理时间为3.5-4.5小时；所述步骤三中，搅拌时间为90-120min。
本发明的目的之三在于提供一种抗磨损助剂的应用，具体的：
一种抗磨损助剂的应用，以所述抗磨损助剂作为发动机润滑油的添加剂。
优选的，所述抗磨损助剂在发动机润滑油中的添加量为0.15-0.20％，搅拌均匀即可。
有益效果：
本发明制备的抗磨损助剂具有优异的减摩性能和抗磨损性能，具有高的承载能力，达到2100N以上，平均摩擦系数小于0.05，相应的磨损量损失降低超过90％。
本发明制备的抗磨损助剂通过采用二烷基二硫代磷酸酯(DDP)对镓基液态纳米金属液滴(GLM)进行表面梯度修饰，制备一种DDP功能化的GLM液态纳米金属液滴抗磨损助剂，结合GLM的高热导率、良好的流动性和低熔点特性以及DDP的界面活性、分散性和极压抗磨性能，为发动机润滑油脂提供了一种高效、稳定、抗磨损性能优异的助剂，具有广泛的应用前景，特别是在高温、高压和高负荷等极端工况下。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
镓基液态金属(GLM)是一种新型功能材料，其具有优异的物理化学性能，如高热导率、良好的流动性和低熔点。这些特性使得镓基液态金属在柔性电路、靶向药物治疗、流体润滑等领域有着广泛的应用前景。
将镓基液态金属添加到润滑油脂中，可以显著提高润滑油脂的导热系数和散热性，以及极压性能和抗磨损等润滑性能。然而，由于镓基液态金属的表面张力较大，容易产生团聚，导致其在润滑油脂中的分散性不足，这会破坏油膜的连续性，使得表面凹凸直接接触，从而引发粘着磨损，这是镓基液态金属(GLM)应用在润滑油领域的无法跨越的难题。
另一方面，二烷基二硫代磷酸酯(DDP)具有良好的界面活性和分散性，能够有效地防止GLM颗粒之间的团聚，提高其在润滑油脂中的均匀分布有助于保持油膜的连续性，减少摩擦磨损。其次，DDP的极压抗磨性能可以进一步提高GLM的润滑性能，具有协效作用，在摩擦过程中，DDP可以在金属表面形成一层稳定的保护膜，降低摩擦系数，减少磨损。同时，DDP还可以提供额外的润滑效果，降低摩擦热，提高散热效率。
如何将DDP、GLM进行结合并能够用于发动机润滑油，亦是本领域研究的重点难点。
发明人通过结合GLM的高热导率、良好的流动性和低熔点特性以及DDP的界面活性、分散性和极压抗磨性能，提供了一种高效、稳定的抗磨损助剂，通过制备一种DDP功能化的液态金属GLM纳米液滴，改善镓基液态金属在发动机润滑油脂中的分散性和稳定性，整体提高发动机润滑油的综合性能，特别是在高温、高压和高负荷等极端工况下作用明显。
本发明提供一种抗磨损助剂，抗磨损助剂为核壳结构，包括液态纳米金属核和吸附并包覆在液态金属核外的二烷基二硫代磷酸酯壳体；其中，液态纳米金属核为镓基液态纳米金属液滴。
在本实施例中，制备的抗磨损助剂的粒径范围为170-190nm。
在本实施例中，镓基液态金属纳米液滴包括镓铟合金、镓锡合金和镓铟锡合金中的至少一种，具体包括Ga65In35、Ga75.5In24.5、Ga92Sn8、Ga75Sn25或Ga68.5In21.5Sn10中的至少一种。
在本实施例中，镓基液态纳米金属液滴与二烷基二硫代磷酸酯的质量比为25-35mg：1ml。
一种抗磨损助剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：将等量的浓度为10mg/ml的单宁酸溶液和浓度为10mg/ml的FeCl3·6H2O溶液充分混合形成单宁酸(TA)-Fe3+络合物溶液备用，并且需要在20min内进行使用。
步骤二：用注射器吸取镓基液态金属于容器中，加入单宁酸(TA)-Fe3+络合物溶液，用细胞破碎仪在常温常压下处理3.5-4.5小时，形成悬浊液。
其中，细胞破碎仪可以将液态金属样品破碎成小颗粒或碎片，从而增加其表面积和反应活性，有助于促进溶液中的反应，并加速络合物的生成和沉淀，并通过控制破碎过程中的压力、温度和时间等因素，以确保形成悬浊液的均匀性和一致性。
步骤三：采用2-氨基-2-(羟甲基)-1,3-丙二醇调节悬浮液的pH值为8-9，用量按照调节的pH值浮动，后按照25-35mg：1ml的比例加入二硫代磷酸二烷基酯进行搅拌，搅拌时间为90-120min，形成二硫代磷酸二烷基酯功能化的镓基液态纳米金属液滴，即抗磨损助剂，粒径范围为170-190nm。
其中，2-氨基-2-(羟甲基)-1,3-丙二醇，也被称为Tris，是一个有机碱性化合物。结构中含有一个氨基和三个羟甲基，这使得它在水溶液中可以呈现碱性，常温下稳定，不易受热和光的影响，在本实施例体系中溶解度高，可以快速地将pH值调节到所需的范围内。
将制备完成抗磨损助剂用作发动机润滑油的添加剂，抗磨损助剂在发动机润滑油中的添加量为0.15-0.20％，具体添加量可以是发动机润滑油量的0.15％、0.16％、0.17％、0.18％、0.19％、0.20％。
本发明实施例中的镓基液态金属纳米液滴采购于湖南中材盛特新材料科技有限公司，其他原料和仪器，对其来源没有特定限制，在市场购买或者按照本领域内技术人员熟知的常规方法制备即可。
实施例1
一种抗磨损助剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：常温下将20ml浓度为10mg/ml的单宁酸溶液和20ml浓度为10mg/ml的FeCl3·6H2O溶液充分混合形成单宁酸(TA)-Fe3+络合物溶液备用。
步骤二：用注射器吸取300mg镓基液态金属Ga75.5In24.5于容器中，加入单宁酸(TA)-Fe3+络合物溶液，用细胞破碎仪在常温常压下处理4小时，形成悬浊液。
步骤三：采用2-氨基-2-(羟甲基)-1,3-丙二醇调节悬浮液的pH值为8-9，用量约为12-14mg，后按照加入10ml二硫代磷酸二烷基酯进行搅拌，搅拌时间为90min，形成二硫代磷酸二烷基酯功能化的镓基液态纳米金属液滴，即抗磨损助剂，此时测得粒径范围为170-190nm，中位粒径为181nm。
实施例2
一种抗磨损助剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：常温下将20ml浓度为10mg/ml的单宁酸溶液和20ml浓度为10mg/ml的FeCl3·6H2O溶液充分混合形成单宁酸(TA)-Fe3+络合物溶液备用。
步骤二：用注射器吸取300mg镓基液态金属Ga75Sn25于容器中，加入单宁酸(TA)-Fe3 +络合物溶液，用细胞破碎仪在常温常压下处理3.5小时，形成悬浊液。
步骤三：采用2-氨基-2-(羟甲基)-1,3-丙二醇调节悬浮液的pH值为8-9，用量约为12-14mg，后加入10ml二硫代磷酸二烷基酯进行搅拌，搅拌时间为100min，形成二硫代磷酸二烷基酯功能化的镓基液态纳米金属液滴，即抗磨损助剂，粒径范围为170-190nm，中位粒径178nm。
实施例3
一种抗磨损助剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：常温下将20ml浓度为10mg/ml的单宁酸溶液和20ml浓度为10mg/ml的FeCl3·6H2O溶液充分混合形成单宁酸(TA)-Fe3+络合物溶液备用。
步骤二：用注射器吸取300mg镓基液态金属Ga68.5In21.5Sn10于容器中，加入单宁酸(TA)-Fe3+络合物溶液，用细胞破碎仪在常温常压下处理4.5小时，形成悬浊液。
步骤三：采用2-氨基-2-(羟甲基)-1,3-丙二醇调节悬浮液的pH值为8-9，用量约为12-14mg，后加入10ml二硫代磷酸二烷基酯进行搅拌，搅拌时间为100min，形成二硫代磷酸二烷基酯功能化的镓基液态纳米金属液滴，即抗磨损助剂，粒径范围为170-190nm，中位粒径180nm。
实施例4
一种抗磨损助剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：常温下将20ml浓度为10mg/ml的单宁酸溶液和20ml浓度为10mg/ml的FeCl3·6H2O溶液充分混合形成单宁酸(TA)-Fe3+络合物溶液备用。
步骤二：用注射器吸取150mg镓基液态金属Ga65In35和150mg镓基液态金属Ga92Sn8于容器中，加入单宁酸(TA)-Fe3+络合物溶液，用细胞破碎仪在常温常压下处理3.5小时，形成悬浊液。
步骤三：采用2-氨基-2-(羟甲基)-1,3-丙二醇调节悬浮液的pH值为8-9，用量约为12-14mg，后加入10ml二硫代磷酸二烷基酯进行搅拌，搅拌时间为100min，形成二硫代磷酸二烷基酯功能化的镓基液态纳米金属液滴，即抗磨损助剂，粒径范围为170-190nm，中位粒径178nm。
实施例5
本实施例与实施例1的不同之处在于，本实施例镓基液态纳米金属液滴与二烷基二硫代磷酸酯的质量比不同，本实施例镓基液态纳米金属液滴的用量为350ml，制备的抗磨损助剂粒径范围为170-190nm，中位粒径184nm。
实施例6
本实施例与实施例1的不同之处在于，本实施例镓基液态纳米金属液滴与二烷基二硫代磷酸酯的质量比不同，本实施例镓基液态纳米金属液滴的用量为260mg，制备的抗磨损助剂粒径范围为170-190nm，中位粒径181nm。
应用例1-6
取实施例1-6制备的抗磨损助剂各20ml分别加入11.76l某国外知名品牌*力合成技术油HX6中(添加量17％)，机油等级为5W-40SN，使用高速搅拌机搅拌8分钟，得到改进后的壳牌黄喜力合成技术油，分别为应用例1-6；同时将不添加本实施例抗磨损助剂的壳牌黄喜力合成技术油作为空白对照，采用MMW-1P双显示立式万能摩擦磨损试验机和MQ-800型四球摩擦试验机对其摩擦学性能进行测试，检测结果见表1。
表1摩擦学性能指标
通过上述检测数据可以看出，本发明制备的抗磨损助剂具有优异的减摩性能和抗磨损性能，具有高的承载能力，达到2100N以上，平均摩擦系数小于0.05，相应的磨损量损失降低超过90％。
综上所述可知本发明乃具有以上所述的优良特性，得以令其在使用上，增进以往技术中所未有的效能而具有实用性，成为一极具实用价值的产品。
以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种抗磨损助剂，其特征在于：所述抗磨损助剂为核壳结构，包括液态纳米金属核和吸附并包覆在液态金属核外的二烷基二硫代磷酸酯壳体；其中，液态纳米金属核为镓基液态纳米金属液滴。
2.根据权利要求1所述的一种抗磨损助剂，其特征在于：所述抗磨损助剂的粒径范围为170-190nm。
3.根据权利要求1所述的一种抗磨损助剂，其特征在于：所述镓基液态金属纳米液滴包括镓铟合金、镓锡合金和镓铟锡合金中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的一种抗磨损助剂，其特征在于：所述镓基液态纳米金属液滴与所述二烷基二硫代磷酸酯的质量比为25-35mg：1ml。
5.一种抗磨损助剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：将等量的单宁酸溶液和FeCl3·6H2O溶液充分混合形成单宁酸(TA)-Fe3+络合物溶液备用；
步骤二：取镓基液态金属于容器中，加入单宁酸(TA)-Fe3+络合物溶液后，用细胞破碎仪处理形成悬浊液；
步骤三：调节悬浊液的pH值为8-9，后按照25-35mg：1ml的比例加入二硫代磷酸二烷基酯进行搅拌，形成二硫代磷酸二烷基酯功能化的镓基液态纳米金属液滴，即抗磨损助剂。
6.根据权利要求5所述的一种抗磨损助剂的制备方法，其特征在于，所述步骤一中，所述单宁酸溶液的浓度为浓度为10mg/ml，所述FeCl3·6H2O溶液的浓度为10mg/ml。
7.根据权利要求5所述的一种抗磨损助剂的制备方法，其特征在于，所述步骤三中，采用2-氨基-2-(羟甲基)-1,3-丙二醇调节悬浮液的pH值。
8.根据权利要求5所述的一种抗磨损助剂的制备方法，其特征在于，所述步骤二中，细胞破碎仪处理时间为3.5-4.5小时；所述步骤三中，搅拌时间为90-120min。
9.根据权利要求1-4任意一项所述的一种抗磨损助剂的应用，其特征在于：以所述抗磨损助剂作为发动机润滑油的添加剂。
10.根据权利要求9所述的一种抗磨损助剂的应用，其特征在于：所述抗磨损助剂在发动机润滑油中的添加量为0.15-0.20％。
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