发明内容:
本发明的目的就是针对上述技术存在的一些问题而提供有效降低机械振动、噪声的自修复纳米润滑材料;本发明的另一目的是提供该材料的制备方法。
本发明的构思为1、通过纳米润滑材料在摩擦力化学反应条件下形成自修复膜,并自动调整其厚度,填补修复机械运动部件的表面沟槽和损伤、改善运动部件的平衡性、减小摩擦系数等,大幅度减小机械运动部件产生的振动和噪声;2、利用纳米润滑材料中有关添加剂的高清净分散作用、高活性、高催化效应和材料配方的最佳组合实现自修复层的快速形成,同时提高修复层与摩擦副基体的结合力、降低自修复层所需要的机械摩擦力大小;3、利用天然矿石粉和纳米催化剂在摩擦力化学反应下形成的硅酸铁镁化合物修复层所具有的高硬度、超低干摩擦系数和与钢摩擦副线胀系数相近的特点,在钢-钢摩擦副表面获得高硬度冶金结合自修复硅酸铁镁或金属/硅酸铁镁梯度保护层;4、利用纳米金属铜与铜、铝材料线胀系数相近和与铜、铝摩擦副易润湿结合的特点,通过自修复纳米铜、纳米铜镍合金层或铜/陶瓷梯度保护层,使本发明适用于钢-铜、铜-铜、铜-铝摩擦副。
本发明的技术方案为:一种减振降噪自修复纳米润滑材料,其特征在于由占自修复纳米润滑材料总重量10~90%纳米天然矿石微粉自修复纳米润滑材料A和由占自修复纳米润滑材料总重量10~90%复合金属粉体自修复纳米润滑材料B复配而成;其中纳米天然矿石微粉自修复纳米润滑材料的组分及各组分所占材料A总重量百分含量如下:
天然矿石纳米微粉 10~25%,
分散剂 0.5~5%,
其它辅助添加剂 3.5~16%,
分散介质 54~86%;
其中纳米复合金属粉体自修复纳米润滑材料B的组分及各组分所占材料总重量百分含量如下:
金属纳米复合粉 8~20%,
分散剂 0.3~10%,
稳定剂 0.3~6%,
抗氧腐蚀剂 0.5~1%,
纳米稀土化合物 0.02~1%,
性能调节添加剂 0.1~5%,
分散介质 57~88%。
上述天然矿石纳米微粉为天然蛇纹石或者是天然蛇纹石和占蛇纹石重量百分比5~30%的氧化镁经加工后获得的纳米微粉混合物,粉体平均粒度为30~100nm;优选含蛇纹石、绿泥石、滑石的江苏东海天然蛇纹石。分散剂至少是六偏磷酸钠、硅烷偶联剂、油酸、硬脂酸或德国Disperbyk系列分散剂中的一种。其它辅助添加剂为减磨剂、催化剂、摩擦副清净分散剂和抗氧腐蚀剂;各组分占纳米天然矿石微粉金属磨损自修复添加剂A重量百分比为:减磨剂0.5~5%;催化剂0.5~5%,摩擦副清净分散剂2~5%,抗氧腐蚀剂0.5~1%。减磨剂是纳米Fe3O4或纳米石墨粉,其平均粒度为30~60纳米;催化剂至少是纳米Fe2O3、纳米Ni粉或纳米La2O3中的一种,其平均粒度为30~60纳米。摩擦副清净分散剂是纳米CaCO3或纳米Ca(OH)2,其平均粒度为30~100纳米。抗氧腐蚀剂是T501,T504或T202。
其中金属纳米复合粉组分及各组分占金属纳米复合粉总量的重量百分含量分别为:铜粉≤100nm 40~90%、镍粉≤60nm 10~60%和钼粉≤60nm 0~30%。性能调节添加剂至少是含钼极压抗磨剂MoDDP、T106清净剂、T154分散剂、T406油性剂、T603粘度指数调节剂或T803A降凝剂中的一种。纳米稀土化合物为Ce2O3或La2O3,其平均粒度为30~60纳米。分散介质为基础润滑油或基础润滑脂;其中基础润滑油为500SN、15W或20W,基础润滑脂为锂基减磨润滑脂。稳定剂为蓖麻油的衍生物和/或聚乙烯腊。
本发明还提供了一种上述自修复纳米润滑材料的生产方法,其步骤为
A.将占纳米天然矿石微粉自修复纳米润滑材料A总重量10~25%天然矿石纳米微粉与占润滑材料A总重量0.5~5%分散剂和占润滑材料A总重量54~86%分散介质配制后,通过球磨机将矿石粉球磨至30~100纳米后,然后加入占润滑材料A总重量3.5~16%的辅助添加剂进一步球磨、分散、混合60~180min后获得纳米天然矿石微粉自修复纳米润滑材料A;
B.将占纳米复合金属粉体自修复润滑材料B总重量0.3~10wt.%分散剂加入占润滑材料B总重量57~88%的分散介质中,再加入占润滑材料B总重量8~20%纳米金属复合粉和占润滑材料B总重量0.3~6%稳定剂,用高速分散机分散后,所得的金属纳米复合粉体分散液加入占润滑材料B总重量0.5~1%抗氧腐蚀剂、占润滑材料B总重量0.02~1%的纳米稀土化合物和占润滑材料B总重量0.1~5%的性能调节添加剂,在球磨机中研磨,制得纳米复合金属粉体自修复润滑材料B;
C.将上述制备好的占复合自修复纳米润滑材料总量10~90%润滑材料A和占自修复纳米润滑材料总量10~90%润滑材料B复配,在球磨机或高速混合机中研磨或搅拌60~120分钟,制得减振降噪的金属/陶瓷复合自修复纳米润滑材料。
其中,其中步骤B中采用多枪直流电弧等离子体蒸发法制备满足要求的高均匀混合单质金属纳米复合粉。各种金属纳米粉或金属纳米复合粉应在真空条件下保存,称量时应在真空手套箱内进行,称量后的微粉应立刻浸入溶剂中保存。
步骤B中高速分散机的转速为600~3000转/分钟,分散时间为15~60分钟,在球磨机中研磨时间为20分钟~2小时。
上述天然矿石纳米微粉为天然蛇纹石或者是天然蛇纹石和占蛇纹石重量百分比5~30%的氧化镁经加工后获得的纳米微粉混合物,粉体平均粒度为30~100nm;优选含蛇纹石、绿泥石、滑石的江苏东海天然蛇纹石。分散剂至少是六偏磷酸钠、硅烷偶联剂、油酸、硬脂酸或德国Disperbyk系列分散剂中的一种。其它辅助添加剂为减磨剂、催化剂、摩擦副清净分散剂和抗氧腐蚀剂;各组分占纳米天然矿石微粉金属磨损自修复添加剂A重量百分比为:减磨剂0.5~5%;催化剂0.5~5%,摩擦副清净分散剂:2~5%,抗氧腐蚀剂0.5~1%。减磨剂是纳米Fe3O4或纳米石墨粉,其平均粒度为30~60纳米;催化剂至少是纳米Fe2O3、纳米Ni粉或纳米La2O3中的一种,其平均粒度为30~60纳米。摩擦副清净分散剂是纳米CaCO3或纳米Ca(OH)2,其平均粒度为30~100纳米。抗氧腐蚀剂是T501,T504或T202。
其中金属纳米复合粉组分及各组分占金属纳米复合粉总量的重量百分含量分别为:铜粉≤100nm 40~90%、镍粉≤60nm 10~60%和钼粉≤60nm 0~30%。性能调节添加剂至少是含钼极压抗磨剂MoDDP、T106清净剂、T154分散剂、T406油性剂、T603粘度指数调节剂或T803A降凝剂中的一种。纳米稀土化合物为Ce2O3或La2O3,其平均粒度为30~60纳米。分散介质为基础润滑油或基础润滑脂;其中基础润滑油为500SN、15W或20W,基础润滑脂为锂基减磨润滑脂。稳定剂为蓖麻油的衍生物和/或聚乙烯腊。
本发明在不同摩擦环境下减震降噪用纳米润滑材料的使用方法也不同,可以将金属/陶瓷纳米复合自修复润滑材料直接加入,也可以将步骤A和B制得的纳米天然矿石微粉金属磨损自修复润滑材料A和纳米复合金属粉体自修复润滑材料B分别加,通过调整不同原料的加入量、用量和使用方法,可达到本发明所需的目的:
天然矿石微粉自修复纳米润滑材料用量:根据不同场合按每升润滑油(脂)含纳米矿石微粉0.02~0.2克计量加入适量添加剂。
复合金属粉体自修复纳米润滑材料用量:根据不同场合按每升润滑油(脂)含纳米金属微粉0.5~4克计量加入适量添加剂。
可直接加入金属/天然矿石微粉自修复纳米复合润滑材料。
不同摩擦环境下纳米润滑材料的使用方法
钢-钢摩擦副:可按照本发明的推荐用量先加入润滑材料A,待高硬度陶瓷修复层形成后再加入润滑材料B,可达到先形成高硬度冶金结合硅酸铁镁陶瓷保护层,然后进一步降低润滑介质摩擦系数的效果。也可直接按推荐用量范围加入润滑材料C,但应根据摩擦副机械力大小适当调节加入量。
钢-铜摩擦副:可按照本发明的推荐用量范围直接加入润滑材料C,酌情根据摩擦副机械力大小调节加入量大小。
铜-铜、铜-铝摩擦副:可按照本发明的推荐用量范围先加入润滑材料B,待金属纳米修复层形成后再加入一定含量材料A。在摩擦副机械力大小适中的情况下,通过调整材料C的配比,也可直接按推荐用量加入材料C。
有益效果
1、可在多种金属摩擦副表面快速修复高硬度冶金结合自修复陶瓷或金属/陶瓷梯度保护层,使之在使用过程中自动调整修复层厚度,使摩擦副间隙最佳化;
2、通过自修复层的形成和调整以及大幅度减小润滑介质的摩擦系数和承载能力,显著降低机械运动部件产生的振动和噪声。
3、可减小车辆发动机、机床、滚动轴承、齿轮等机械运动部件的摩擦噪声3~6dB,有效防止因机器设备、车辆陈旧或超载引起的颤抖现象,提高有关机械零件的使用寿命1~20倍,延长大修期限2~3倍,并延长油封、橡胶、塑料垫变形、老化、发脆时间;
4、可在多种机械零件摩擦副磨损表面上快速生成高硬度冶金结合自修复性保护层(保护层显微硬度可达HV650~1100),自修复时间比同类材料缩短3~5倍,定期使用修复材料处理摩擦副可以补偿零件磨损并使摩擦副间隙最佳化;
5、显著改善润滑介质的摩擦学性能,在一定载荷及润滑添加剂加入量情况下,PB值最高可达1080N,WSB可比500SN基础油降低45.6%,短时间(20~60min)油润滑条件下摩擦系数可稳定至0.015~0.0175;
6、节能、环保效果显著,可增加燃油利用率10~32%,提高发动机动力20%左右,减少车辆的废气排放30~50%。
具体实施方式:
实例1:首先,将蛇纹石10g破碎并球磨至30微米左右后,加入六偏磷酸纳0.5g、15W基础油78.9g称量配制后,通过行星球磨机将矿石粉球磨至80纳米后,加入纳米Ca(OH)2 3g,纳米Fe3O4 5g,纳米Fe2O3 2g,,T504 0.6g进一步球磨120min后获得该润滑剂A。称取金属纳米铜粉8.1g,镍粉0.9g,采用多枪直流电弧等离子体蒸发法制备平均粒度为54nm的金属纳米铜镍复合粉,称取油酸2.5g加入15W基础油83.9g中,再加入金属纳米铜镍复合粉,用转速为2000转/分钟高速分散机分散30分钟,在所得的金属纳米分散液中加入蓖麻油3g,MoDDP 0.5g,纳米Ce2O3 0.1g、T154 0.5g,T202 0.5g,在球磨机中研磨50分钟,得润滑剂B;
将制得的纳米润滑材料A按每升润滑油含纳米矿石微粉0.086克计量分别加入磨床磨头润滑油箱和变速箱润滑油中用于试验,该床试验前已使用近20年,两摩擦副间隙已达到20微米左右,加工过程中噪声达75dB、由于加工时振动大零件加工精度低、注入该材料17小时后,两处摩擦副均修复上高硬度陶瓷保护层,且摩擦副间隙均恢复至8微米左右,噪声降低至71dB、振动明显减小,零件加工精度提高。再次将制得的润滑剂B按每升润滑油含金属纳米微粉2克计量注入2小时后,噪声降低至70dB,振动进一步减小。
实例2:预先在滚动轴承滚道涂覆少量纳米润滑材料A,然后在轴承润滑脂(天津润滑油脂有限公司生产的低噪音润滑脂)中添加重量百分比为0.08~0.2%的纳米润滑材料A干粉,试验轴承型号为6203-2RZ,试验前该轴承钢球与沟道表面均有人为的明显的创伤与划痕,原运转时轴承振动加速度测量值为40dB,当混入纳米材料为0.15%时,轴承振动加速度测量值为34.5dB,混入纳米材料含量为低限和高限时,轴承振动加速度降低为36和37dB。
实例3:首先,将蛇纹石16g破碎并球磨至30微米左右后,将蛇纹石粉与氧化镁4g加入六偏磷酸纳3g、硅烷1g、15W基础油62g称量配制后,通过行星球磨机将矿石粉球磨至80纳米后,加入纳米CaCO3 5g,纳米石墨粉4g,纳米Fe2O33g,纳米Ni粉1g,T202 1g进一步球磨120min后获得该润滑剂A。
按每升润滑油含纳米矿石微粉0.086克计量加入帕莎特小轿车发动机润滑油中用于试验,该车试验前已行驶5000公里,距发动机30公分距离测量原始噪声为82dB,注入该材料后20分钟左右重新测量噪声为81dB、振动有减小。行驶800公里后,继续在相同条件下测量噪声为79dB,节油约12%。然后按每升润滑油含纳米金属粉1.5克再次注入实施例1中纳米润滑材料B,1小时后发动机噪声降低至78dB、振动进一步减小。
实例4:由实例1的材料A10g和材料B取90g复配,加入面包车发动机润滑油中用于试验,该车试验前已行驶80000公里,原长期添加常规润滑添加剂,距发动机30公分距离测量原始噪声为78dB。注入纳米润滑材料30分钟左右测量噪声为76dB、振动也明显减小。行驶1500公里后,测量噪声74dB,振动减小,发动机活塞、缸体已修复有8微米左右黑色发亮保护层。节油效果平均达14.6%。
实例5:由实例1的材料A90g和材料B取10g复配,加入8吨货车发动机润滑油中用于试验,该车试验前已行驶180000公里,原长期不添加润滑添加剂,距发动机30公分距离测量原始噪声为84dB。注入纳米润滑材料30分钟左右测量噪声为82dB、振动也明显减小。行驶1500公里后,测量噪声80dB,振动减小,所排放尾气黑烟也明显减少。节油效果平均达12.3%。
实例6:称取金属纳米铜粉10.8g,镍粉6.3g,钼粉0.9g,采用多枪直流电弧等离子体蒸发法制备平均粒度60nm的金属纳米铜镍钼复合粉;称取硬脂酸5g加入基础润滑油67.7g中,再加入金属纳米铜镍钼复合粉,用转速为2500转/分钟高速分散机分散50分钟,在所得的金属纳米分散液中加入纳米La2O3 0.8g聚乙烯腊3g,MoDDP 0.5g,T106 2g、T154 2g,T504 1g,在球磨机中研磨2小时,得添加剂B。按0.12wt%均匀混合入厨房排烟剂轴承润滑脂(天津润滑油脂有限公司生产的低噪音润滑脂)中试验,试验轴承型号仍为6203-2RZ,试验前该排烟剂噪声为76dB,曾通过隔振消音处理达到72dB,注入纳米材料后总噪声为69dB,经长时间运行后拆除隔振消音,噪声测量为71dB,基本达到环保要求。
本发明具体实施效果还有很多,在此不再一一赘述。