CN1566294A - 纳米材料制备抗磨减摩修复型润滑油添加剂 - Google Patents

纳米材料制备抗磨减摩修复型润滑油添加剂 Download PDF

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Abstract

本发明涉及纳米材料制备抗磨、减摩、修复型润滑油添加剂。本发明主要用几种纳米矿石微粉和纳米金属微粉与表面活性剂、分散剂、悬浮剂、偶合助溶剂及其它润滑油制剂等按一定的比例及工艺操作规程配制而成。本发明提供的添加剂可在高温400℃以上和高压3000Mpa的恶劣环境下对摩擦部件提供良好的润滑，并对已摩损的部件进行自动修复，延长机械部件使用寿命。

Description

纳米材料制备抗磨减摩修复型润滑油添加剂
纳米材料制备抗磨减摩修复型润滑油添加剂。本发明涉及的是纳米材料科学的应用，特别是一种抗磨、减摩、自动修复的润滑油添加剂。
润滑，是保证机械部件良好运行的必须条件，通过润滑剂(也就是通常所说的各种润滑油、脂、液以及各种固体润滑膜、被、套、粉末和自润滑合金等)在机械部件运行时提供抗磨、减摩、冷却、清洁分散、抗氧、防腐、密封等作用，其中最为主要的是防止机械运动部件的磨损，在整个寿命期内保持尺寸稳定在允许的公差范围内，保持机械的经济性、环保性和工作稳定性。而液体润滑剂则是应用范围最广、需求量最大的一种润滑剂。现有的润滑油添加剂当中，由于使用的是一些含硫、磷、氯、金属盐和其它极压抗磨剂的添加剂。这类抗磨剂虽然可起到一定的抗磨、减摩、抗氧化作用，但它的极压抗磨、减摩作用较差，特别是在高速运转的机械部件，其瞬间产生的高温700-1000℃，高速20000r/min，高压5000MPa，在这种恶劣的环境条件下，使用普通的润滑油和添加剂产生的润滑油膜迅速地遭到破坏，并生产一些不良化合物，造成不利的磨粒物质，加速对机件的磨损。因此它的使用受到了限制。
本发明的目的就是针对上述润滑油、脂、液和添加剂技术所存在的问题，而提供一种高抗磨、减摩、抗氧、修复型润滑油复合添加剂。
本发明是通过以下技术方案实现的
本发明的配方及所选用的原材料份数为：
纳米氧化铝微粉                                          5-7份
以磷酸盐为基体的纳米玻璃微粉                            5-7份
纳米金刚石英                                            4-6份
纳米氧化铅微粉                                          8-9份
纳米碳化钛微粉                                          5-6份
高碱性石油磺酸盐                                        3-5份
硫化烷基酚盐                                            5-7份
丁二酰亚铵                                              9-11份
硫磷仲醇基锌盐                                          13-15份
ADFA-98烷基二苯胺                                       0.7-0.9份
二烷基二硫代磷酸氧钼                                    24-25份
油溶性硼酸盐                                            9-11份
硫代磷酸脂胺盐                                          8-10份
硫化异丁烯                                              17-19份
苯三唑衍生物                                              0.5-0.6份
噻二唑衍生物                                              0.4-0.5份
烷基酚与环氧乙烷缩合物                                    12-14份
丁二酸异辛酯磺酸钠                                        14-15份
等规齐聚的乙烯醇类                                        38-40份
内燃机油增强剂                                            10-11份
本发明的制备方案步骤：
(1)纳米材料的混合制备
首先将纳米材料进行表面改性处理。所用的处理剂为烷基酚与环氧乙烷缩合物和硅偶联剂，处理的方法为常温浸泡，处理后的纳米材料加入搅伴机里，加入等规齐聚的乙稀醇类溶剂和丁二酸异辛酯磺酸钠悬浮偶合剂，调节温度为40℃，以5000r/min的转速搅拌分散1h，然后泵入超声波发生器里，加入高分子量丁二酰亚铵无灰分散剂进行强制分散处理。
(2)其余材料的混合制备
首先将其余材料加入基础油，升温在60℃分别溶解调成母液，接着先将内燃机油增强剂加入调合罐，开动搅拌浆，升温至65℃边搅拌边加入高碱值的石油磺酸钙和硫化烷基酚钙的母液，然后加入ADFA-98烷基二苯胺母液和硫磷仲醇基锌盐母液，再加入二烷基二硫代磷酸氧钼，油溶性硼酸盐，硫代磷酸酯胺盐，硫化异丁烯等摩擦改进剂和极压抗磨剂母液，最后加入苯三唑脂肪胺盐和噻二唑衍生物母液，最后一批原料加入后恒温在65℃再搅拌40分钟。
(3)将上述(1)(2)制备好的原液加入均质机中，真空混合搅拌均质处理2h，然后过滤，包装，即为成品。整个制备过程必须严格控制温度和投料顺序，以及处理的时间，原材料计量要准确，以保证产品质量的稳定性。
众所周知，处于摩擦状态的机械摩擦副表面，其接触部位在高速运动时所产生的高温、高压，导致材料的弹性塑性变形，产生大量的摩擦热：磨擦表面的微突体凸峰部的温度可升高至固体材料的熔点和塑性流动的温度(高达1000℃以上)；磨擦副表面微凸体的顶点和互接触时产生很高的局部压力(最高可达103MPa)；如此极端的环境，恰好为各种纳米材料参与摩擦化学反应提供了必要的环境。其主要表现在：
(1)高温使得在通常条件下较难进行的化学反应得以活化，如纳米金属材料与特意提供的活性原子或基团间能够形成牢固的化学接合键，如纳米氧化铅和玻璃微粉在温度升高至它的熔点时，熔融形成一层软体铺展膜，紧紧吸附在摩擦面上，在摩擦副之间产生滑移并隔离两摩擦表面，以降低磨擦系数，从而起到润滑作用。
(2)当摩擦副的表面微凸体顶端产生很高的局部压力时，一方面一些纳米材料如金刚石微粉，氧化铝陶瓷微粉，一部分渗入金属表面，产生一层类似陶瓷的合金层，并与基体金属牢固地结合，改变了金属表层的结构，增加了摩擦面的硬度；另一部分则被载体膜包覆在摩擦副层间，当摩擦副在作往返运动时，这一部分纳米粒子支承着摩擦副的压力，也在起着类似微轴承的滚球圆周运动，将传统的滑动摩擦转化为滚动摩擦，不使对偶材料间发生咬合。另一方面，当摩擦副的表面产生凹陷和沟槽时，熔融的纳米液体以及纳米微粒在机械的运动压力作用下向摩擦表面压缩，迅速填补这些沟槽，提高了摩擦副的承载面积，当摩擦造成的磨损与修复填补量达到平衡时，磨损不再增加，修复也逐渐放慢，最后在摩擦面形成一层与金属机件牢固结合的摩擦系数很低的镜面，也就是通常所称的“抛光”，从而使被磨损的机件得到修复。实现无拆卸(或不解体)保养维修，达到抗磨延寿的目的。
下面结合具体实例对本发明作进一步的说明：
我们采用以下两组原料配比来做试验：
(1)实施方案一，
表面改性的纳米氧化铝微粉(小于50nm)                      5份
表面改性的纳米碳化钛微粉(小于30nm)                      5份
表面酸性的纳米玻璃微粉(小于40nm)                        5份
表面酸性的纳米金刚石英微粉(小于30nm)                    4份
表面改性的纳米氧化铅微粉(小于40nm)                      8份
高碱性石油磺酸钙                                        3份
硫化烷基酚钙                                            5份
丁二酰亚铵                                              9份
硫磷仲醇基锌盐                                          13份
ADFA-98烷基二苯胺                                       0.7份
二烷基二硫代磷酸氧钼                                    24份
油溶性硼酸盐                                            9份
硫代磷酸脂胺盐                                          9份
硫化异丁烯                                              17份
苯三唑脂肪胺盐                                          0.5份
噻二唑衍生物                                            0.4份
烷基酚与环氧乙烷缩合物                                  12份
丁二酸异辛酯磺酸钠                                      14份
等规齐聚的乙烯醇类                                      38份
内燃机油增强剂                                          10份
(2)实施方案二
表面改性的纳米氧化铝微粉(小于50nm)                      7份
表面改性的纳米碳化钛微粉(小于30nm)                          6份
表面酸性的纳米玻璃微粉(小于40nm)                            7份
表面酸性的纳米金刚石英微粉(小于30nm)                        6份
表面改性的纳米氧化铅微粉(小于40nm)                          9份
高碱性石油磺酸钙                                            5份
硫化烷基酚钙                                                7份
丁二酰亚铵                                                  11份
硫磷仲醇基锌盐                                              15份
ADFA-98烷基二苯胺                                           0.9份
二烷基二硫代磷酸氧钼                                        25份
油溶性硼酸盐                                                11份
硫代磷酸脂胺盐                                              10份
硫化异丁烯                                                  19份
苯三唑脂肪胺盐                                              0.5份
噻二唑衍生物                                                0.4份
烷基酚与环氧乙烷缩合物                                      14份
丁二酸异辛酯磺酸钠                                          15份
等规齐聚的乙烯醇类                                          40份
内燃机油增强剂                                              11份
对上述两组原料配比分别按以下的制作步骤与工艺条件进行制作
1、纳米材料的混合制备
首先将上述纳米材料进行表面改性处理。所用的处理剂为烷基酚与环氧乙烷缩合物和硅偶联剂，处理的方法为常温浸泡，处理后的纳米材料加入搅伴机里，加入等规齐聚的乙稀醇类溶剂和丁二酸异辛酯磺酸钠悬浮偶合剂，调节温度为40℃，以5000r/min的转速搅拌分散1h，然后泵入超声波发生器里，加入高分子量丁二酰亚铵无灰分散剂进行强制分散处理。
2、其余材料的混合制备
首先将其余材料加入基础油，升温在60℃分别溶解调成母液，接着先将内燃机油增强剂加入调合罐，开动搅拌浆，升温至65℃边搅拌边加入高碱值的石油磺酸钙和硫化烷基酚钙的母液，然后加入ADFA-98烷基二苯胺母液和硫磷仲醇基锌盐母液，再加入二烷基二硫代磷酸氧钼，油溶性硼酸盐，硫代磷酸酯胺盐，硫化异丁烯等摩擦改进剂和极压抗磨剂母液，最后加入苯三唑脂肪胺盐和噻二唑衍生物母液，最后一批原料加入后恒温在65℃再搅拌40分钟。
3、上述(1)(2)制备好的原液加入均质机中，真空混合搅拌均质处理2h，然后过滤，包装，即为成品。整个制备过程必须严格控制温度和投料顺序，以及处理的时间，原材料计量要准确，以保证产品质量稳定性。
按实施方案一制备的润滑油添加剂，主要用于负荷较轻的机械设备和车辆，如各种小型摩托车、小轿车、微型车、轻型货车及搅拌机、卷扬机齿轮箱等。加剂量按润滑油质量的2％-6％加入后混合搅拦均匀再使用。对新的或磨损较少的车辆及机械加剂量可稍少一点，反之则加多一点。第一次使用本产品可加多一点，待使用一段时间磨损面修复以后再减少加量。首次使用本产品时应对机件清洗后再用。本发明极易溶于矿物油、合成油，并与其他润滑油添加剂有良好的配伍性，而且加剂量小、效果显著，并能有效提高各种润滑油品的品质。
按实施方案二制备的润滑油添加剂主要用于中、重负荷的机械设备及车辆，如各种大卡车、货柜车、推土机、挖掘机以及矿山机械，水泥生产机械等。加剂量为3％-8％，使用方法同方案一。
本发明经实际试用一年，试验车型有：北京BJ213、重庆长安、丰田、黄河、日产、三菱等轿车及大型货柜车，试验的车况均为需要大修或接近大修的车辆，本发明的添加剂按润滑油重量的8％配制，加入发动机运转十分钟后，发动机噪音明显下降，振动减轻，特别是对发动机冒黑烟，治理汽车尾气有特效。所试车辆在经过五万公里行驶后，检测气缸压力均有明显提高，每百公里耗油下降达7％-30％，提高了动力经济性，这充分证明本发明的润滑油添加剂有显著的抗磨、减摩和自动修复功能。

Claims (3)

1、以纳米材料制备抗磨、减摩、修复型润滑油复合添加剂，其特征在于：所选用的原材料及其质量比如下：
纳米氧化铝微粉                                            5-7份
以磷酸盐为基体的纳米玻璃微粉                              5-7份
纳米金刚石英                                              4-6份
纳米氧化铅微粉                                            8-9份
纳米碳化钛微粉                                            5-6份
高碱性石油磺酸盐                                          3-5份
硫化烷基酚盐                                              5-7份
丁二酰亚铵                                                9-11份
硫磷仲醇基锌盐                                            13-15份
ADFA-98烷基二苯胺                                         0.7-0.9份
二烷基二硫代磷酸氧钼                                      24-25份
油溶性硼酸盐                                              9-11份
硫代磷酸脂胺盐                                            8-10份
硫化异丁烯                                                17-19份
苯三唑衍生物                                              0.5-0.6份
噻二唑衍生物                                              0.4-0.5份
烷基酚与环氧乙烷缩合物                                    12-14份
丁二酸异辛酯磺酸钠                                        14-15份
等规齐聚的乙烯醇类                                        38-40份
内燃机油增强剂                                            10-11份
2、根据权利要求1所述的润滑油复合添加剂配比，其特征在于：所述原材料及其最佳质量比为：
表面改性的纳米氧化铝微粉(小于50nm)                        5份
表面酸性的纳米玻璃微粉(小于40nm)                          5份
表面酸性的纳米金刚石英微粉(不于30nm)                      4份
表面改性的纳米碳化钛微粉(小于30nm)                        5份
表面改性的纳米氧化铅微粉(小于40nm)                        8份
高碱性石油磺酸钙                                          3份
硫化烷基酚钙                                              5份
丁二酰亚铵                                                9份
硫磷仲醇基锌盐                                            13份
ADFA-98烷基二苯胺                                         0.7份
二烷基二硫代磷酸氧钼                                      24份
油溶性硼酸盐                                              9份
硫代磷酸脂胺盐                                            9份
硫化异丁烯                                                17份
苯三唑衍生物                                              0.5份
噻二唑衍生物                                              0.4份
烷基酚与环氧乙烷缩合物                                    12份
丁二酸异辛酯磺酸钠                                        14份
等规齐聚的乙烯醇类                                        38份
内燃机油增强剂                                            10份
3、根据权利要求1所述的润滑油复合添加剂配比，其特征在于：所述原材料及其最佳质量比为
表面改性的纳米氧化铝微粉(小于50nm)                         7份
表面酸性的纳米玻璃微粉(小于40nm)                           7份
表面酸性的纳米金刚石英微粉(不于30nm)                       6份
表面改性的纳米碳化钛微粉(小于30nm)                         6份
表面改性的纳米氧化铅微粉(小于40nm)                         9份
高碱性石油磺酸钙                                           5份
硫化烷基酚钙                                               7份
丁二酰亚铵                                                 11份
硫磷仲醇基锌盐                                             15份
ADFA-98烷基二苯胺                                          0.9份
二烷基二硫代磷酸氧钼                                       25份
油溶性硼酸盐                                               11份
硫代磷酸脂胺盐                                             10份
硫化异丁烯                                                 19份
苯三唑衍生物                                               0.5份
噻二唑衍生物                                               0.4份
烷基酚与环氧乙烷缩合物                                     14份
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