CN1970707A - 一种高性能高水基润滑剂组合物 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高性能高水基润滑剂组合物。该高水基润滑剂由95－99％的水及1－5％的功能性添加剂(包括润滑剂、碱等)组成，同时含有纳米二氧化硅粒子及水溶性磷酸酯作为润滑添加剂。所述纳米二氧化硅粒子的平均粒径为10－160纳米。采用本发明提供的同时含有纳米二氧化硅粒子及水溶性磷酸酯的高水基润滑液，可以明显提高高水基润滑液的承载能力(P_B值)、降低磨斑直径(D₃₀ ⁴⁰)。该高水基润滑液适合用作切削、磨削等金属加工液。

Description

一种高性能高水基润滑剂组合物

技术领域

本发明涉及一种金属加工领域的润滑剂，特别是涉及到一种高水基润滑剂，。

背景技术

九十年代以来，随着世界范围内对环境保护、节约能源的日益重视，目前广泛采用的矿物基润滑剂产品由于存在生物降解性能差，污染环境的缺点，正面临环境要求的严峻挑战，开发环境友好的润滑剂成为润滑剂的发展方向。高水基液体(High Water-based Fluid，HWBF)润滑剂正是在这样的背景下出现的。

高水基润滑剂是指由1-5％的功能性添加剂与95-99％的水组成的液体。与传统的油基润滑剂相比，高水基润滑剂具有以下优点：

(1)减少环境污染、有利工人健康。由于高水基润滑剂不含油，因而更清洁；

(2)节约石油能源。以水代油的推广使用，必将使石油能源消耗下降；

(3)成本低，其价格约为矿物油的1/10，磷酸酯合成液的1/70；

(4)冷却效果好，温升较低，其比热比油大一倍，传热速度比油高2.5倍；

(5)难燃、安全。其主体为水，故特别适合于易燃易爆的环境，如矿井、钢铁厂等；

(6)易清洗，避免了油对工件的粘附，利于下道工序；

(7)粘温性能好，粘度指数高，可压缩性小。

以上诸多优点，使得高水基润滑剂可望广泛用作冶金、矿山、玻璃、塑料、纤维等工业机械中的液压传动介质(尤其是难燃介质)以及用作切削、研磨、压延、冲压、拉拔等金属加工业中的润滑冷却液。但是，高水基润滑液由于主体为水，水粘度低、成膜性差、承载能力低，摩擦副常处于边界润滑状态，因而摩擦、磨损严重，是局限高水基润滑液推广应用的瓶颈。

为此，实际使用中为提高水基润滑剂的极压、抗磨等润滑性能，必须加入润滑添加剂。目前一般采用的润滑添加剂可分为二种，一种为油溶性润滑添加剂如硫化异丁烯、二烷基二硫代磷酸锌(ZDDP)、磷酸酯、氯化石蜡、环烷酸铅等含有硫、磷、氯以及金属元素等润滑活性元素的商品润滑剂。但得到的高水基润滑液产品存在相容性及稳定性差、易腐败变质，而且由于现有的油溶性润滑添加剂如环烷酸铅等毒性较大，还对环境造成了污染。另一种为水溶性润滑添加剂，如聚乙二醇及衍生物、磺基苯甲酸及二硫代二丙酸类水溶性羧酸衍生物等等，采用水溶性润滑剂解决了润滑液的稳定性问题，但其润滑性与油基润滑剂相比还有较大差距，未能彻底解决高水基润滑剂润滑性差的难题。

发明内容

本发明的目的是克服已有技术的不足，采用了一种水中可单分散存在的纳米氧化硅粒子及一种水溶性磷酸酯润滑添加剂复合作为高水基润滑剂的润滑添加剂。

本发明提出的一种高性能高水基润滑剂组合物，由纳米氧化硅粒子、水溶性磷酸酯、碱及水组成。各成分的重量配比为：

纳米氧化硅粒子为0.05-1％；

水溶性磷酸酯为0.05-1％；

碱为0-3％；

水为95-99％。

上述配方中所用的纳米氧化硅，粒子大小为10-160纳米。

上述配方中所用的水溶性磷酸酯为烷基聚氧乙烯醚磷酸酯，其中烷基含有4-10个碳，聚氧乙烯醚的聚合度为4-20。

上述配方中所用的碱为氢氧化钠、氨水或乙醇氨类有机碱。

根据高水基润滑剂的使用场合，配方中还可含有其他功能性助剂，如铜的缓蚀剂、表面活性剂、增粘剂、杀菌剂、香精等等。

本发明的有益效果：纳米粒子由于粒径小、活性高，可望在摩擦微区填充、吸附，阻止摩擦副表面的直接接触，减少过度摩擦、提高承载能力；水溶性润滑添加剂在摩擦条件下通过与基体(如铁)生成磷酸铁等无机润滑膜起到减摩、抗磨作用。这样通过结合固体粒子润滑剂的承载性高以及传统膜润滑剂减摩性好的优点，充分发挥其协同作用，以解决高水基润滑剂润滑性差的问题。该高水基润滑液适合用作切削、磨削等金属加工液。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的高水基润滑剂作进一步说明：

实施例1-8：

在机械搅拌下，依次将磷酸酯、碱加入到水中，继续搅拌溶解后，溶液为透明。搅拌下，再加入纳米二氧化硅粒子，搅拌均匀即可。得到的为透明至半通明乳液。为了比较纳米粒子与水溶性磷酸酯的复合效果，同时制备单独含有纳米氧化硅粒子或水溶性磷酸酯的高水基液进行对比。以此法制备实施例1-8和比较例1-2的实验样品，其具体配比见表1。

表1高水基润滑剂组成

	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	实施例5	实施例6	实施例7	实施例8	比较例1	比较例2
											二氧化硅浓度二氧化硅大小磷酸酯浓度碱浓度	0.05％30nm0.5％2％	0.1％30nm0.5％2％	0.3％30nm0.5％2％	0.5％30nm0.5％2％	1％30nm0.5％2％	0.1％10nm0.5％2％	0.1％50nm0.5％2％	0.1％100nm0.5％2％	0.1％50nm02％	0--0.5％2％

润滑性能试验

采用四球摩擦试验机对实施例1-8和比较例1-2的高水基润滑剂进行测试，测试指标为最大无卡咬负荷(P_B值)及磨斑直径(D₃₀ ⁴⁰)。P_B测试按照GB3142-82。试验条件：主轴转速1450r/min，试验温度20℃。试验用钢球材料为GCr15，硬度为HRC64-66。磨斑直径测试采用载荷为40kg，时间为30min。

各实施例的P_B值及磨斑直径见表2。

表2高水基润滑剂的润滑性能

	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	实施例5	实施例6	实施例7	实施例8	比较例1	比较例2
											PB值(kg)D30 40(mm)	760.49	1280.48	820.56	760.56	710.60	1070.45	1280.43	1280.61	52失败，36秒机器叫	760.46

由上述实施例可见，采用本发明所述的同时含有一定量的纳米二氧化硅粒子及水溶性磷酸酯作为润滑添加剂可有效提高高水基润滑剂的承载能力，P_B值最大可达128kg；纳米氧化硅粒子大小对润滑性能有明显影响，50nm时磨斑最小。而单独含有纳米二氧化硅粒子或水溶性磷酸酯的高水基润滑剂的承载能力较低。

Claims (4)

1.一种高性能高水基润滑剂组合物，其特征在于该组合物由纳米氧化硅粒子、水溶性磷酸酯、碱及水组成，各成分的重量百分比为：

纳米氧化硅粒子为0.05-1％；

水溶性磷酸酯为0.05-1％；

碱为0-3％；

水为95-99％。

2.如权利要求1所述的高性能高水基润滑剂组合物，其特征在于，所述的纳米二氧化硅粒子的平均直径为10-160纳米。

3.如权利要求1或2所述的高性能高水基润滑剂组合物，其特征在于，所述的水溶性磷酸酯为烷基聚氧乙烯醚磷酸酯，其中烷基含有4-10个碳，聚氧乙烯醚的聚合度为4-20。

4.如权利要求1或2所述的高性能高水基润滑剂组合物，其特征在于，所述的碱为氢氧化钠、氨水或乙醇氨类有机碱。