CN1904003A

CN1904003A - 纳米ZrO2表面改性的润滑油添加剂、润滑油及其制备方法

Info

Publication number: CN1904003A
Application number: CN 200610069674
Authority: CN
Inventors: 郑少华; 苏登成; 国秋菊
Original assignee: University of Jinan
Current assignee: Jinan University; University of Jinan
Priority date: 2006-08-07
Filing date: 2006-08-07
Publication date: 2007-01-31
Anticipated expiration: 2026-08-07
Also published as: CN100537729C

Abstract

本发明涉及一种纳米ZrO₂表面改性的润滑油添加剂，以及添加上述润滑油添加剂的润滑油，以及它的制备方法。润滑油添加剂是在润滑油基质中混合纳米ZrO₂粉体制成，所述的纳米ZrO₂粉体是无定型纳米ZrO₂的表面复合有一单分子层硅烷偶联剂制成；所述的硅烷偶联剂的化学结构通式表示为：Y－R－SiX₃。润滑油中含有纳米ZrO₂粉体的重量百分比为0.01～0.5％。本发明的润滑油添加剂，具有与润滑油的相容性好，稳定性好。添加上润滑油添加剂的润滑油，使ZrO₂粒子富集于金属表面缺陷处，从而在摩擦副表面建立起一层自修复的润滑膜，具有减磨和自修复性能好的特点。

Description

纳米ZrO2表面改性的润滑油添加剂、润滑油及其制备方法

(一)所属技术领域

本发明涉及一种润滑油添加剂，特别涉及一种纳米ZrO₂表面改性的润滑油添加剂，以及添加上述润滑油添加剂的润滑油，以及它的制备方法。

(二)背景技术

单质纳米粉体材料，如纳米单质Cu、Sn、Pb等；纳米无机盐类和硫化物类粉体，如LaF₃、二硫化钼、PbS等；纳米氢氧化物或氧化物粉体，如Mg(OH)₂、TiO₂、SiO₂等。应用上述纳米材料作为润滑添加剂加到润滑油中作摩擦学研究取得了较多的成果，但是在研究中也发现了许多值得注意的问题：较活泼的金属、碱性氧化物、两性氧化物和氢氧化物纳米化后，其反应活性显著提高，更易与氧、与酸反应，并最终生成盐。上述纳米粒子在使用过程中，与酸性气体和在摩擦过程中微区产生的高温作用下，很容易将纳米粒子最终转化为无机盐。这一转化实现后，纳米粒子作为润滑添加剂的摩擦学特性就无法实现。ZrO₂是一种耐高温、耐磨损、耐腐蚀的无机材料，它的化学稳定性高，不溶于水、盐酸、硝酸和稀硫酸，它对硫化物、磷化物也是稳定的。纳米ZrO₂具有高韧性和低温塑性变型能力已被大量的研究证明，可用于制备多种增韧性结构陶瓷刀具、工具、模具、轴承及先进的陶瓷发动机零件等。因此选择ZrO₂纳米粒子作为抗摩减磨润滑油添加剂进行研究开发，有较大的实际意义。

但ZrO₂的表面与润滑油的相容性很差，润滑油中直接添加纳米ZrO₂，其稳定性、减磨性能、自修复性能达不到要求。

(三)发明内容

本发明为了克服以上技术的不足，提供了一种纳米ZrO₂表面改性的润滑油添加剂，具有与润滑油的相容性好，稳定性好，在摩擦副表面建立起一层自修复的润滑膜，起到减磨、自修复的作用。

本发明的另一目的在于提供添加上述润滑油添加剂的润滑油。

本发明的另一目的在于提供上述润滑油添加剂的制备方法。

本发明是通过以下措施来实现的：

本发明的纳米ZrO₂表面改性的润滑油添加剂，其特别之处在于：在润滑油基质中混合纳米ZrO₂粉体制成，所述的纳米ZrO₂粉体是无定型纳米ZrO₂的表面复合有一单分子层硅烷偶联剂制成；所述的硅烷偶联剂的化学结构通式表示为：Y-R-SiX₃，其中Y是可以和有机化合物起反应的乙烯基、氨基、环氧基、巯基、甲基丙烯酰氧基或脲基；R是具有饱合或不饱合键的碳链；X为氯、甲氧基或乙氧基。

上述的润滑油添加剂，所述的无定型纳米ZrO₂的粒径为10-100nm。

上述的润滑油添加剂，所述的纳米ZrO₂粉体的重量百分比为5-20％。

上述的润滑油添加剂，所述的混合为在超声波下混合。

一种添加有上述润滑油添加剂的润滑油，其特别之处在于：在润滑油中纳米ZrO₂粉体的重量百分比为0.01～0.5％。

本发明的润滑油添加剂的制备方法，可以采用以下步骤：

(1)按重量百分比为95％的乙醇和5％的H₂O配成醇-水溶液，加入冰醋酸，调节PH为4.5-5.5；搅拌下加入硅烷偶联剂使浓度达0.5％-5.0％，水解5min后，即生成含Si-OH的水解物；

(2)制备粒径为10-100nm的无定型纳米ZrO₂；

(3)将配制好的硅烷偶联剂醇-水溶液加入超声波粉碎机中，开启设备，10分钟后加入无定型纳米ZrO₂，在80℃超声波粉碎机中搅拌粉碎30分钟，温度控制在80℃；

(4)在100-120℃的烘箱中干燥2小时，研细，得表面改性纳米ZrO₂粉体；

(5)将的润滑油加入超声波粉碎机中，开启设备，加入表面改性纳米ZrO₂粉体，在超声波粉碎机中粉碎2小时，制得纳米ZrO₂表面改性的润滑油添加剂。

本发明的的润滑油添加剂的制备方法，也可以采用以下步骤：

(1)将烷氧基硅烷偶联剂溶于水中，将其配成0.5％-5.0％的溶液，加入冰醋酸将PH调至5.5；

(2)制备粒径为10-100nm的无定型纳米ZrO₂；

(3)将配制好的硅烷偶联剂水溶液加入超声波粉碎机中，开启设备，10分钟后加入无定型纳米ZrO₂，在80℃超声波粉碎机中搅拌粉碎30分钟，温度控制在80℃；

(4)在100-120℃的烘箱中干燥2小时，研细，得表面改性纳米ZrO₂粉体；；

(5)将润滑油加入超声波粉碎机中，开启设备，加入表面改性纳米ZrO₂，在超声波粉碎机中搅拌粉碎2小时，制得纳米ZrO₂表面改性的润滑油添加剂。

1纳米润滑材料的选择

ZrO₂是一种耐高温、耐磨损、耐腐蚀的无机材料，它的化学稳定性高，不溶于水、盐酸、硝酸和稀硫酸，它对硫化物、磷化物也是稳定的。用硅烷偶联剂对其表面进行改性处理后，使其转变为亲油性表面，从而在润滑油中得到单分散。经表面改性处理的纳米ZrO₂粒子分散于润滑油中，球形纳米粒了能在润滑介质中起到“分子轴承”的作用；当摩擦副表面达到一定的负荷和温度时，一旦金属表面产生缺陷，由于纳米ZrO₂粒子活性高，就会与金属表面产生物理和化学吸附，且粒子表面硅烷中的N原子也倾向于吸附到金属表面，并形成螯合物，使得ZrO₂粒子富集于金属表面缺陷处，从而在摩擦副表面建立起一层自修复的润滑膜，可起到减摩抗磨和表面动态自修复的作用。

2分散稳定修饰剂的选择

纳米粒子在添加到润滑油中时，要求以单分散相在润滑油介质中存在。因大多数无机纳米粒子表面都是非亲油性的，这就需要对其表面进行改性处理，通常选择一些含N的有机化合物等油溶性的分散稳定剂，如二烷基二硫代磷酸(DDP)、硬脂酸、油酸等，其中部分分散剂既具有分散稳定性，又具有摩擦学性能，如油酸、二烷基二硫代磷酸(DDP)等。选择硅烷偶联剂对无机纳米粒子表面改性及在金属表面处理上进行了大量的研究工作，并取得了很多的成果及应用。硅烷分子具有两种不同的反应基团，其化学结构式可以用Y-R-SiX₃表示，式中：Y是可以和有机化合物起反应的基团，如氨基、巯基等；R是具有饱合或不饱合键的碳链，通过它把Y与Si原子连接起来；X是可进行水解反应并生成Si-OH的基团，如烷氧基、乙酰氧基、卤素等。X和Y是两类反应特性不同的活性基团。因此通过硅烷可以在无机材料(如ZrO₂)和有机材料(如润滑油)的界面之间架起“分子桥”，把两种性质不同的材料连接起来。目前硅烷在无机物表面行为的理论主要有化学键理论、物理吸附理论和氢键形成理论等。而B.Arkles提出的化学键理论被认为是最接近实际的一种理论。该理论提出了四步反应模型如图1所示：①与硅相连的Si-X基水解成Si-OH；②Si-OH之间脱水缩合成含Si-OH的低聚硅氧烷；③低聚物中的Si-OH与基材表面上的OH形成氢键；④加热固化过程中伴随脱水反应而与基材形成共价键。经硅烷处理的无机(如ZrO₂)纳米粒子分散在润滑油中时，由于Y-R-Si-O包覆在纳米粒子表面，硅烷偶联剂在两个相互没有亲和力而难以相容的界面之间起到了“乳化剂”的作用。硅烷偶联剂还可有效地用于金属或合金的防护，由于硅烷偶联剂在水解后能形成三烃基的硅醇，醇羟基之间可以互相反应成一层交联的致密网状疏水膜，由于这种膜表面有能够和有机物起反应的有机官能基团，因此附着力会大大提高，抗腐蚀，抗摩擦，抗冲击的能力也随之提高。因此，选择硅烷偶联剂作为分散稳定剂对无机纳米粒子(如ZrO₂)进行表面处理研究，如处理方法正确，可以在润滑油中获得单分散相的纳米粒子。3ZrO₂纳米粒子“分子轴承”作用机理的分析：

纳米粒子对减摩性能的改善是因纳米粒子在摩擦过程中实现了“分子轴承”的作用，模型如图2所示。要实现“分子轴承”机制应满足的条件：①纳米粒子应为球形颗粒，在润滑油中最好是以单分散相存在；②摩擦副表面粗糙度水平要与纳米粒子粒径相当；③纳米粒子要有足够的刚性，且粒径分布较窄；④摩擦副具有一定的刚性，且必须相互接触(只有在边界润滑和混合润滑时才会存在这种情况，并发生相对运动)；⑤要有适当低的载荷及滑动速度。无定形ZrO₂纳米粒子在制备过程中，因对它的前驱体ZrO(OH)₂进行焙烧的温度为250～430℃。因此，无定形ZrO₂纳米粒子的表面形貌以球形粒子为主，团聚现象较少，且表面存在大量的氢键羟基，这种表面性质，使得无定形ZrO₂纳米粒子可以用硅烷偶联剂进行表面改性，转变为亲油性的纳米粒子，在润滑油中得到单分散相。能实现“分子轴承”作用的纳米固体润滑就成为一种很好的选择，不但可以实现润滑，甚至可以实现超润滑。

4改性后ZrO₂纳米粒子摩擦磨损自修复机理解析

在摩擦过程中，为了使摩擦副表面由于摩擦产生的微损伤和微裂纹得到动态补偿与修复，从而延长机械的使用寿命并节约材料消耗，制备具有自修复功能的润滑添加剂是最终目标。通过在润滑油中添加纳米材料，在摩擦副表面建立起一层自修复润滑膜，为零磨损和原位动态自修复提供了一条切实可行的途径。利用摩擦产生的机械摩擦、摩擦化学、摩擦-电化学作用，摩擦副与润滑添加剂产生能量交换和物质交换，从而在摩擦副表面上形成金属、金属氧化物保护膜，有机聚和物膜，物理或化学吸附膜等，以补偿摩擦副表面的磨损与腐蚀，形成磨损自修复效应。纳米ZrO₂是两性氧化物，它在高温下可与许多金属氧化物形成固溶体，可有效改善金属材料摩擦副表面的抗磨损性能。当经过硅烷偶联剂进行表面改性处理的纳米ZrO₂粒子分散于润滑油中后，当摩擦副表面达到一定程度的负荷和温度时，一旦金属表面产生缺陷，其缺陷处即为能量较高的区域，此时纳米ZrO₂粒子表面的硅烷中的N原子倾向于吸附到金属表面，并形成螯合物，使得ZrO₂粒子富集于金属表面缺陷处，反应模型如图3所示。从而在摩擦副表面建立起一层自修复的润滑膜，起到了减摩抗磨的作用。

5理论分析

无定形ZrO₂纳米粒子表面有丰富的羟基(OH)；而硅烷偶联剂(化学结构式为：Y-R-SiX₃)，其中Y是可以与有机物(润滑油)等生成共价键结合；另一端X是可以进行水解反应并生成Si-OH的基团，它可以与无定形ZrO₂表面的羟基发生覆盖、吸附和化学键合作用。只有当其与无定形ZrO₂表面发生化学键合作用时，才有最好的改性效果。这一改性过程如图4所示。首先将硅烷偶联剂配制成一定浓度的水溶液，让其水解，则与Si相联的Si-X基水解成Si-OH，在水中形成低聚物，原理如图4(a)；第二步，将水解后的硅烷溶液和无定形ZrO₂纳米粒子，在一定温度及压力条件下高速搅拌改性处理，原理如图4(b)，在改性过程中低聚物中的Si-OH与ZrO₂表面的上OH形成氢键，原理如图4(c)；第三步，将改性好的混合液加热脱水，在此过程中伴随脱水反应低聚物硅氧烷与ZrO₂在表面形成共价键结合，形成了硅氧烷包覆层，如图4(d)。

将改性后的无定形ZrO₂纳米粒子添加到润滑油中后，此纳米粒子与润滑油就会产生良好的亲和性，从而可以使无定形ZrO₂纳米粒子在润滑油中达到单分散。在摩擦磨损过程中，在摩擦副相接触的表面上就可形成“分子轴承”作用。纳米ZrO₂是两性氧化物，当摩擦副表面达到一定程度的负荷和温度时，一旦金属表面产生缺陷，其缺陷处即为能量较高的区域，纳米ZrO₂可与之形成固溶体；同时纳米ZrO₂粒子表面硅烷中的N原子倾向于吸附到金属表面，并形成螯合物，使ZrO₂粒子富集于金属表面缺陷处，从而在摩擦副表面建立起一层自修复的润滑膜，起到减摩抗磨的作用。

本发明的润滑油添加剂，具有与润滑油的相容性好，稳定性好。添加上润滑油添加剂的润滑油，使ZrO₂粒子富集于金属表面缺陷处，从而在摩擦副表面建立起一层自修复的润滑膜，具有减磨和自修复性能好的特点。采用本发明的制备方法，其制成品分散性能好，稳定性好，减摩抗磨性能好。

(四)附图说明

图1为硅烷试剂与无机材料表面反应模型

图2为超光滑表面的滚动摩擦作用模型

图3为硅烷与金属表面可能发生的反应

图4为用硅烷偶联剂对纳米ZrO₂粒子表面改性模型

图5为20#润滑油与加入本发明添加剂后润滑油摩擦力矩变化曲线

图6为钢球磨斑形貌金相显微分析照片

其中(a)1#样钢球磨斑形貌×100 (b)2#样钢球磨斑形貌×100

图72个试样环块摩擦试验摩擦力矩曲线

其中(a)50N力时摩擦力矩的变化曲线 (b)100N力时摩擦力矩的变化曲线(c)150N力时摩擦力矩的变化曲线 (d)200N力时摩擦力矩的变化曲线

图8试验后1#样环块的表面能谱分析

图9试验后2#样环块的表面能谱分析

(五)具体实施方式

无定型纳米ZrO₂的制备

采用溶胶-凝胶法制备无定型纳米ZrO₂。制备无定型纳米ZrO₂的最佳制备参数如下：

配制0.5mol/L ZrOCl₂溶液，采用水浴加热使其温度保持在60℃左右；加入0.5％的分散剂聚乙二醇，恒温约15分钟后在快速搅拌下缓慢滴加一定量的氨水，调节体系PH值为9，得到水凝胶；将水凝胶在母液中陈化3小时后，采用去离子水清洗沉淀，直到氯离子被洗干净为止，真空抽滤脱水；然后将沉淀转入烧瓶中加入一定量的正丁醇进行共沸蒸馏除去前驱体中残余水分，当温度上升到113℃时，正丁醇开始沸腾，回流一个小时，将此前躯体放入烘箱中在120℃下烘干两个小时；在350℃下煅烧2个小时，得到无定型纳米ZrO₂，其平均粒径为70nm。

硅烷偶联剂对无定型纳米ZrO₂的改性(关键技术)

无定型纳米ZrO₂粒子表面存在着大量的羟基(-OH)；而硅烷偶联剂(化学结构式为：Y-R-SiX₃，其中Y是可以与有机物(润滑油)等生成共价健结合；另一端X是可以进行水解反应并生成Si-OH的基团，可以与无定形ZrO₂表面的羟基发生覆盖、吸附和产生化学键作用。只有当其与无定型ZrO₂表面发生化学健合作用时，才有最好的改性效果。

1)硅烷偶联剂醇-水溶液处理法

首先由wt95％的乙醇(EtOH)及wt5％的H₂O配成醇-水溶液，加入冰醋酸(AcOH)，调节PH为4.5-5.5。搅拌下加入硅烷偶联剂使浓度达wt2％，水解5min后，即生成含Si-OH的水解物。如果使用氨烃基硅烷偶联剂，则不必加AcOH。但醇-水溶液处理法不适用于氯硅烷型偶联剂，后者将在醇水溶液中发生聚合反应。当使用2％浓度的三官能团硅烷偶联剂溶液处理时，得到的多为3-8分子厚的涂层。

2)硅烷偶联剂水溶液处理法

先将烷氧基硅烷偶联剂溶于水中，将其配成0.5％-2.0％的溶液。对于溶解性较差的硅烷，可事先在水中加入0.1％非离子型表面活性剂配制成水乳液，再加入AcOH将PH调至5.5。由于硅烷偶联剂水溶液的稳定性相差很大，如简单的烷基烷氧基硅烷水溶液仅能稳定数小时，而氨烃硅烷水溶液可稳定几周。由于长链烷基及苯基硅烷的溶解度参数低，故不能使用此法。配制硅烷水溶液时，无需使用去离子水，但不能使用含氟离子的水。

3)用硅烷偶联剂实现ZrO₂表面单分子层改性

被处理物(基体)单位比表面积所占的反应活性点数目以及硅烷偶联剂覆盖表面的厚度是决定基体表面硅基化所需偶联剂用量的关键因素。为获得单分子层覆盖，需先测定基体的Si-OH含量。已知，多数硅质基体的Si-OH数为4-12个/μm²，因而均匀分布时，1mol硅烷偶联剂可覆盖约7500m²的基体。具有多个可水解基团的硅烷偶联剂，由于自身缩合反应，多少要影响计算的准确性。若使用Y₃SiX处理基体，则可得到与计算值一致的单分子层覆盖。

硅烷偶联剂的可润湿面积(WS)，是指1g硅炕偶联剂的溶液所能覆盖基体的面积(m²/g)。若将其与含硅基体的表面积值(m²/g)关联，即可计算出单分子层覆盖所需的硅烷偶联剂用量。ZrO₂表面形成单分子层覆盖所需的硅烷偶联剂用量W(g)与ZrO₂粉体的比表面积Sw(m²/g)及其质量成正比，而与硅烷的可润湿面积WS(m²/g)成反比。可得改性ZrO₂粉体时的硅烷偶联剂用量的计算式如下：

以KH-560硅烷偶联剂为例，其分子式如下所示：

其分子量为：236g/mol。

所以实现纳米ZrO₂单分子层覆盖M(g)粉体时，硅烷偶联剂用量为：

式中，Sw--为纳米ZrO₂粉体的质量比表面积，由比表面积仪测得，m²/g；1mol硅烷偶联剂可覆盖约7500m²的基体；KH-560硅烷偶联剂的分子量为：236g/mol。

将配制好的硅烷偶联剂醇-水溶液或水溶液加入超声波粉碎机(发明申请人发明专利)中，开启设备，10分钟后加入无定型的纳米ZrO₂(加入量按上式计算)粉体，在80℃超声波粉碎机中搅拌粉碎30分钟，温度控制在80℃。在超声波粉碎机中粉碎的作用是将团聚的粉体打开使单个颗粒上均有硅烷偶联剂覆盖(技术关键)。在烘箱中干燥2小时(100-120℃)，干燥完成后为片状固体，然后在微波炉中微波10分钟，去除残余水分，研细，即得到改性好的纳米ZrO₂粉体，其颜色由改性前的白色变为咖啡色。

润滑添加剂的制备

根据润滑油使用条件的不同，润滑油分为不同的型号，本添加剂适用于各种型号的润滑油。

将一定量的润滑油加入超声波粉碎机中，开启设备，然后按加入润滑油质量比的10％加入改性后的纳米ZrO₂粉体，在超声波粉碎机中粉碎2小时，即制得无定形纳米ZrO₂润滑添加剂。在超声波粉碎机中粉碎是为了打开团聚的纳米ZrO₂粉体，使纳米ZrO₂颗粒在润滑油中达到单分散(技术关键)。在使用时按纳米ZrO₂粉体质量占润滑油加入量的万分之五进行配制即可。

润滑油1的制备：

在20#润滑油中加入0.05％质量比的改性纳米ZrO₂粉体，用上述工艺进行制备。进行四球摩擦磨损对比试验。

测试设备为立式万能摩擦磨损试验机，型号：MMW-1，济南试验金集团生产。钢球(Gcrl5，二级钢球，直径12.7mm，硬度64-66HRC)。

试验样品为20#润滑油(1#样)、含0.05％纳米ZrO₂添加剂的20#润滑油(本发明2#样)。考查对比指标为摩擦力矩变化、钢球磨损质量与磨斑形貌变化。

立式万能摩擦磨损试验机所用试验力为392N；转速为1200r/min；测量时间为30分钟，每分钟记录1次数据。

1)摩擦力矩变化对比

结果见图5所示。由图5可知，在相同实验条件参数下，含0.05％改性纳米ZrO₂粒子添加剂的20#润滑油(2#样)和20#润滑油(1#样)相比摩擦力矩减少很多，这说明以纳米ZrO₂粒子作为润滑油添加剂确实能够起到了一定的减摩作用。

2)磨损质量对比

试验前后的钢球磨损质量变化见表1所示。

表1 2组试验的钢球磨损质量分析表

分组	磨前质量(g)	磨后质量(g)	质量磨损(g)
分组	磨前质量(g)	磨后质量(g)	质量磨损(g)	1#样	33.5105	33.5103	0.0002
2#样	33.4190	33.4230	-0.0040	1#样	33.5105	33.5103	0.0002

由表1可以看出，1#样进行试验后，钢球质量减小0.0002g，而2#进行试验后，钢球质量有所增加，即负磨损。原因是纳米颗粒在摩擦过程中具有较高的扩散能力和自扩散能力，在金属表面形成具有极佳抗磨性能的渗透层或扩散层，纳米粒子添加剂对摩擦凹凸表面的填充作用以及表面的摩擦化学反应形成了稳定的“第三体”，具备了优越的抗磨效果，起到了一定的抗磨作用。

3)钢球磨斑形貌对比

由图6可知，经摩擦试验后，1#样钢球的磨斑直径为708.1μm，2#样钢球的磨斑直径减小很多，分别为597.7μm。这是因为纳米ZrO₂粒子可能在摩擦副表面迅速沉积，形成一种保护膜，而这种自修复膜能够在摩擦后以固态存在，修复摩擦表面凹痕，减小了摩擦副表面的粗糙度，起到了一定的抗磨作用，从而减小了磨斑直径。

润滑油2的制备：

在20#润滑油中加入0.05％质量比的改性纳米ZrO₂粉体，用上述工艺进行制备。进行标准环块摩擦磨损对比试验。

测试设备同上，环块试验中上试样为大止推圈，45号钢，淬火到45-50HRC，外径为50mm，内径为42mm，厚度为5mm；下试样为大试环，45号钢，淬火到44-46HRC，外径为54mm，内径为38mm，厚度为10mm。试验起始载荷为50N，后每隔10min增加50N，一直到200N结束，试验总时间为40min；试验转速为1200r/min，室温。试验结束后，试样在超声波清洗器中清洗30min，后在丙酮溶液中浸泡，充分去除试样表面杂质。

试验样品为20#润滑油(1#样)、含0.05％纳米ZrO₂粉体的20#润滑油(本发明2#样)。考查对比指标为摩擦力矩变化、环块表面化学成份分析。

1)摩擦力矩变化对比

环块摩擦试验摩擦力矩变化曲线如图7所示。由图7可知，在四个压力下，含有纳米ZrO₂添加剂的试样比不含添加剂的润滑油的摩擦力矩都有一定幅度的减小，起到了减摩作用，从整体分析可以看出，含0.05％纳米ZrO₂添加剂的润滑油产生的减摩效果最好。

2)环块表面化学成份分析

试验后，对1#和2#样环块摩擦表面所进行的X射线能谱分析见图8、图9所示。

由图8可知1#样的环块表面只含有铁元素，而由图9可知2#样环块表面另外还增加了O、Zr和Si元素，这说明环块的表面有纳米ZrO₂的存在，恰好验证了纳米ZrO₂颗粒在润滑过程中对环块的表面起到了很好的摩擦自修复作用，修复摩擦表面凹痕，从而起到了抗磨减摩作用。而硅元素的存在是因为纳米ZrO₂在改性过程中硅烷偶联剂所引入的。

Claims

1.一种纳米ZrO₂表面改性的润滑油添加剂，其特征在于：在润滑油基质中混合纳米ZrO₂粉体制成，所述的纳米ZrO₂粉体是无定型纳米ZrO₂的表面复合有一单分子层硅烷偶联剂制成；所述的硅烷偶联剂的化学结构通式表示为：Y-R-SiX₃，其中Y是可以和有机化合物起反应的乙烯基、氨基、环氧基、巯基、甲基丙烯酰氧基或脲基；R是具有饱合或不饱合键的碳链；X为氯、甲氧基或乙氧基。

2.根据权利要求1所述的润滑油添加剂，其特征在于：所述的无定型纳米ZrO₂的粒径为10-100nm。

3.根据权利要求1所述的润滑油添加剂，其特征在于：所述的纳米ZrO₂粉体的重量百分比为5-20％。

4.根据权利要求1所述的润滑油添加剂，其特征在于：所述的混合为在超声波下混合。

5.一种添加权利要求1所述的润滑油添加剂的润滑油，其特征在于：在润滑油中纳米ZrO₂粉体的重量百分比为0.01～0.5％。

6.一种权利要求1所述的润滑油添加剂的制备方法，其特征在于：采用以下以下步骤：

(2)制备粒径为10-100nm的无定型纳米ZrO₂；

7.一种权利要求1所述的润滑油添加剂的制备方法，其特征在于：采用以下步骤：

(2)制备粒径为10-100nm的无定型纳米ZrO₂；

(6)将润滑油加入超声波粉碎机中，开启设备，加入表面改性纳米ZrO₂，在超声波粉碎机中搅拌粉碎2小时，制得纳米ZrO₂表面改性的润滑油添加剂。