CN1858168A - 亲油性纳米铜粉润滑修复剂 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种亲油性纳米铜粉润滑修复剂，其中包括纳米铜粉亲油性的表面改性方法以及亲油性纳米铜粉润滑修复剂的制备方法。本发明的主要特征在于：(1)纳米铜粉经表面改性后得到了很好的亲油性，同时具有易分散性、抗氧化性和稳定性；(2)该亲油性纳米铜粉润滑修复剂兑入到润滑介质中能很好地改善其摩擦学性能，显著降低摩擦系数，减少磨损，改善散热效应，并具有自修复功能。
Description
技术领域：本发明涉及的技术领域包括纳米材料学、化学、运动机械的润滑和摩擦。更具体地说，本发明涉及一种亲油性纳米铜粉润滑修复剂的制备以及在润滑载体溶剂中的分散和稳定方法。
背景技术：液体润滑是最流行的一种润滑方式。由于液体环境因素影响很大，在复杂条件下会使摩擦系数增大，金属磨损也增大。为了解决液体润滑的缺陷，主要方法是加入各种添加剂，以便改善润滑介质的理化性质，从而提高润滑剂的摩擦性能。但是，在高温下，这些添加剂因高温分解和结块大大降低了润滑性能，同时，对金属的腐蚀作用增大。另外，这些添加剂制备工艺复杂，成本较高，并且还会污染环境，因此应用范围受到限制。
随着纳米技术的发展，人们已经发现纳米铜和铜合金作为润滑油添加剂可显著提高润滑性能并减少机械磨损，提高动力性能，延长使用寿命(《润滑与密封》，1997，(5)：65-66何峰等)。现有理论认为，纳米铜粉作为润滑添加剂，能够显著提高摩擦学性能及自修复性能的机制如下：
1.由于纳米铜粉在摩擦工件界面上形成微型轴承滚珠，从而使原本的滑动摩擦转变为滚动摩擦，使摩擦力减小到原来的5％左右，所以大幅度减小了摩擦损耗，尤其是在汽车发动机等机械启动时起到了缓冲作用，避免了摩擦工件之间的直接碰撞。
2.纳米铜粉添加剂在磨损表面形成附着并填充磨损部位，最终通过相互扩散而牢固结合。由于这些纳米铜粉细且软，在摩擦部件表面形成保护层，从而达到了修复的作用。
3.纳米铜粉较有机物添加剂的高温化学稳定性好，不存在高温下的结块和碳化现象。此外，与目前所有有机物添加剂所采用的“热激活”原理相比，纳米铜添加剂在各个方面都具有先进性。“热激活”只有在热状态下才能“激活”，而在汽车发动机等机械启动时的瞬间撞击所造成的磨损可占汽车发动机等机械总磨损的80％以上，此时的发动机等机械处于低温，有机物添加剂不能发挥作用，但纳米铜添加剂却能很好地起到保护作用。
已公告的专利CN03109198.9中公布的配比没有考虑到加入纳米铜粉添加剂的配比对润滑介质散热性能的改善，导致润滑性能的下降。
已公告的专利CN03109198.9中公布的工艺包含了球磨过程，本发明中所涉及的亲油性纳米铜粉润滑修复剂的制备过程无需球磨处理，从而减少了材料的污染环节并降低了加工成本。
发明内容：本发明的目的是提供一种具有耐磨、减磨、自修复作用以及良好散热性能的亲油性纳米铜粉润滑修复剂的制备方法。
本发明的另一目的是提供一种通过金属抗氧化处理对纳米铜粉进行亲油性表面改性的方法，从而不仅使纳米铜粉具有亲油性，同时具有易分散、抗氧化性，使之易于保存。
本发明的主要优势在于：
1.本发明涉及的亲油性纳米铜粉润滑修复剂能够明显提高润滑油、齿轮油、润滑脂的润滑效果。其特征在于与未添加本发明所涉及的亲油性纳米铜粉润滑修复剂的润滑介质相比，添加了本发明所涉及的亲油性纳米铜粉润滑修复剂的润滑介质其润滑性能具有明显的改善，同时具有自修复功能。与有机物添加剂产品相比，本发明涉及的亲油性纳米铜粉润滑修复剂不存在高温下的结块和碳化现象。
2.本发明提出了一种使纳米铜粉实现亲油性、易分散性、抗氧化性的方法，从而大大简化了防止内米铜粉团聚和氧化、变质的工艺流程，在制备本发明涉及的亲油性纳米铜粉润滑修复剂时，纳米铜粉易于分散并长时间保持稳定状态。同时，本发明也大幅度降低了纳米铜粉长期保存成本。
3.本发明涉及的亲油性纳米铜粉润滑修复剂在考虑到明显提高润滑油、齿轮油、润滑脂的润滑效果的同时，也考虑到纳米铜粉配比对改善润滑介质散热性能的影响，这一点是已公告的专利CN03109198.9所没有提到的。由于以上影响因素的优化，润滑油及其它润滑介质的氧化问题得到明显的改善。
4.本发明涉及的亲油性纳米铜粉润滑修复剂在制备过程中无需球磨处理，从而减少了材料的污染环节并降低了加工成本。
本发明主要采取以下方案实现：
1.纳米铜粉的亲油性改性
将根据权利要求1所述的纳米铜粉在保护气氛(Ar或N2)下进行液相收集，收集完毕后在纳米铜粉中根据权利要求1所述的量加入金属抗氧化剂：油酸钾、异戊酸异戊酯、失水山梨醇单油酸酯、抗坏血酸、聚乙烯醇等一种或多种混合物，并将此混合物充分搅拌均匀。
将此混合物在50-200℃温度范围内保温1-2小时，同时通以保护气氛(Ar或N2)加以保护，保温完毕后将该纳米铜粉随炉冷却，冷却过程中继续维持保护气氛的压力。变化待铜粉完全冷却后，将其真空包装并保存于干燥器中。
2.亲油性纳米铜粉润滑修复剂的制备
一种含亲油性纳米铜粉的新型润滑修复剂，其特征在于该润滑修复剂的体积百分含量主要由基础油90-97％(最佳配比为95-97％)、分散剂0.5-15％(最佳配比为3-7％)、粘稠剂1-3％(最佳配比为1.5-2.5％)、金属抗氧化剂1-3％(最佳配比为1-2.5％)以及亲油性纳米铜粉20-70克/升(最佳配比为35-50克/升)组成。
所说的基础油选用：10W/40SJ、15W/40、SE/CC、SF/CD等发动机油、GL-4、GL-5、GL-6齿轮油、锂基润滑脂、钙基润滑脂、极压锂基润滑脂等。
所说的分散剂为：聚异丁烯丁二酰亚胺、失水山梨醇单油酸酯、亚麻酸、亚油酸、高酯磺酸盐等一种或多种混合物。
所说的粘稠剂为：N-十八烷基对苯二钾酸酰胺钠盐、硬脂酸锂、油酸钠等一种或多种混合物。
所说的金属抗氧化剂为：油酸钾、异戊酸异戊酯、失水山梨醇单油酸酯、抗坏血酸、聚乙烯醇等一种或多种混合物。
所说的亲油性纳米铜粉的粒度分布在20-100nm之间，纯为99％以上，形状为球形或类球形。
本发明涉及的亲油性纳米铜粉润滑修复剂的制备方法是将基础油、分散剂、粘稠剂、亲油性纳米铜粉按权利要求(1)中比例和混合后用超声波振荡1-5小时所得。
本发明涉及的含亲油性纳米铜粉的润滑修复剂在使用前与润滑油、齿轮油、润滑脂按比例1∶(10-100)充分混合即可。
具体实施方式：
实施例1：将权利要求1所述的纳米铜粉100克在Ar气保护下进行液相收集，此时保护气氛压力为10Torr，收集完毕后将纳米铜粉中加入金属抗氧化剂：异戊酸异戊酯30毫升、失水山梨醇单油酸酯10毫升、油酸钾10毫升，并将此混合物充分搅拌均匀。
将此混合物在50-200℃温度范围内保温2小时，同时通以保护气氛Ar气加以保护，完毕后将纳米铜粉随炉冷却，冷却过程中继续维持保护气氛的压力。待铜粉完全冷却后，将其真空包装并保存于干燥器中。再称取上述方法改性的纳米铜粉5克，量取10W/40SJ发动机油100毫升，聚异丁烯丁二酰亚胺3毫升，硬脂酸锂0.5毫升，混合后经超声波振荡1小时。结果表明，所得到的纳米铜粉润滑修复剂具有很好的亲油性和分散性，并且长时间保持稳定。经过数月后的观察，经亲油性改性的纳米铜粉未发生氧化或变质。上述结果表明，经此方法改性过的纳米铜粉具有很好的抗氧化性。
实施例2：量取实施例1制得的亲油性纳米铜粉润滑修复剂100毫升，按1∶30比例兑入到10W/40SJ汽油机油中，混合均匀。同时量取同样体积的10W/40SJ发动机油作为对比，然后将加与不加亲油性纳米铜粉润滑修复剂的两种润滑介质分别装入两台同样的摩擦试验机上进行摩擦对比实验，所采用的磨块同为GCr15轴承钢。实验结果表明，加亲油性纳米铜粉润滑修复剂的润滑介质处理得到的摩擦表面与不加亲油性纳米铜粉润滑修复剂的润滑介质处理得到的摩擦表面相比，具有明显的润滑和修复功能。
Claims (8)
1.一种亲油性纳米铜粉润滑修复剂，其特征在于该润滑修复剂的体积百分含量主要由基础油90-97％(最佳配比为95-97％)、分散剂0.5-15％(最佳配比为3-7％)、粘稠剂1-3％(最佳配比为1.5-2.5％)、金属抗氧化剂1-5％(最佳配比为1-2.5％)以及纳米铜粉20-70克/升(最佳配比为35-50克/升)组成。
2.根据权利要求1所述的润滑修复剂，其特征在于所述基础油选用：10W/40SJ、15W/40、SE/CC、SF/CD等发动机油、GL-4、GL-5、GL-6齿轮油、锂基润滑脂、钙基润滑脂、极压锂基润滑脂等。
3.根据权利要求1所述的润滑修复剂，其特征在于所述分散剂为：聚异丁烯丁二酰亚胺、失水山梨醇单油酸酯、亚麻酸、亚油酸、高酯磺酸盐等一种或多种混合物。
4.根据权利要求1所述的润滑修复剂，其特征在于所述粘稠剂为：N-十八烷基对苯二钾酸酰胺钠盐、硬脂酸锂、油酸钠等一种或多种混合物。
5.根据权利要求1所述的润滑修复剂，其特征在于所述金属抗氧化剂为：油酸钾、异戊酸异戊酯、失水山梨醇单油酸酯、抗坏血酸、聚乙烯醇等一种或多种混合物。
6.根据权利要求1所述的润滑修复剂，其特征在于所述纳米铜粉的粒度分布在20-100nm之间，纯度为99％以上，形状为球形或类球形。
7.根据权利要求1所述的润滑修复剂，其特征在于所述纳米铜粉的亲油性改性。将根据权利要求1所述的纳米铜粉在保护气氛(Ar或N2)下进行液相收集，收集完毕后在纳米铜粉中根据权利要求1所述的量加入金属抗氧化剂：油酸钾、异戊酸异戊酯、失水山梨醇单油酸酯、抗坏血酸、聚乙烯醇等一种或多种混合物，并将此混合物充分搅拌均匀。将此混合物在50-200℃温度范围内保温1-2小时，同时通以保护气氛(Ar或N2)加以保护，保温完毕后将该纳米铜粉随炉冷却，冷却过程中继续维持保护气氛的压力。待铜粉完全冷却后，将其真空包装并保存于干燥器中。
8.根据权利要求1所述的润滑修复剂，其特征在于该润滑修复剂是由基础油、分散剂、粘稠剂、亲油性纳米铜粉按权利要求(1)中比例混合后用超声波振荡1-5小时所得。本发明涉及的亲油性纳米铜粉润滑修复剂在使用前与润滑油、齿轮油、润滑脂按比例1∶(10-100)充分混合即可。
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