CN103396862A - 纳米级金属陶瓷化润滑油添加剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出的一种纳米级陶瓷金属化润滑油添加剂及其制备方法，旨在提供一种能够改善摩擦副抗磨性能并兼具自润滑的纳米级陶瓷金属润滑油极压抗磨添加剂。本发明通过下述技术方案予以实现：按润滑油添加剂配方定量，加入纳米陶瓷粉体，置入在有氢、氮、氦三气保护下进行反应耦合化反应釜中，用一端为硅氧连接结构-Si[OEt]3，另一端为带有磷酸钼以及氮化硼先导物官能基化学结构的偶联剂进行耦合化反应形成化学共价键陶瓷先导物胶体，再用计量泵打入反应釜加压，利用二氧化碳进行超临界流体溶剂交换，将液化胶体转化成气化胶体；再置入反应釜气氛保护烧结炉中煅烧，把煅烧陶瓷耦合物放入搅拌混合器中与表面活添加剂、分散剂、基础油溶剂配方进行混合制成成品。
Description
技术领域
本发明涉及一种润滑油组合物技术领域中，广泛应用于各个机械摩擦，尤其是汽车、船舶、工程机械等润滑系统的润滑油添加剂。
技术背景
自19世纪工业革命以来，润滑油、脂就成为机械工业中不可缺少的一部分，随着工业器械日新月异的发展，高转速、高负荷的润滑要求不断考验着传统润滑油技术的适用性，对新一代润滑油的研发需求也与日俱增。传统润滑油的理论自三、四十年代确立沿用至今，虽然在最初的润滑油技术上经过不断完善更新，由于受材料和方法的局限，难以突破传统润滑油理论，故润滑方式仍停留在利用流体油膜润滑而降低摩擦系数来达到润滑减磨目的，由于油膜附着是一种物理性的附着，会因温度、时间、操作状态的不同而附着程度也严重不同，例如：汽车长时间停止后其润滑油已回流至发动机油底壳，当再启动时发动机摩擦副的油膜附着非常稀薄甚至已完全失去油膜附着，导致机具启动困难，造成瞬间极大的摩擦而严重磨损机件，这便是传统润滑方式在实际应用中存在的缺陷与不足。
发明内容
本发明的任务是提供一种能够永久性地化学键结于金属表面，简单而直接地利用机具运转中的高温高压形成陶瓷金属材料，使摩擦副在保留金属材料可塑性的同时，又具备陶瓷材料的超硬超耐磨、以及超滑的润滑性、超耐腐蚀的阻绝性和超耐高温的组织特性，用以解决在摩擦副油膜稀薄甚至无油膜时，改善摩擦副的抗磨性能并兼具自润滑问题的纳米级陶瓷金属润滑油极压抗磨添加剂。
本发明的上述目的可以通过以下措施来得到。一种纳米级陶瓷金属化润滑油添加剂，按重量百分比，含有：聚硼胺4％～5％、二硫磷酸钼2％～3％、混合土金族5％～6％、磺酸盐3％～5％、液体石蜡5％～6％、芳香溶剂6％～8％、陶瓷纳米粉体10％～12％、石化矿物基础油溶剂55％～65％。
在上述纳米级陶瓷金属化润滑油添加剂组合物中，纳米陶瓷材料是利用纳米粉体对现有陶瓷进行改性，通过往陶瓷中加入或生成纳米级颗粒、晶须、晶片纤维等，使晶粒、晶界以及他们之间的结合都达到纳米水平，使材料的强度、韧性和超塑性大幅度提高。
一种制备上述纳米级陶瓷金属化润滑油添加剂的方法，依次由以下步骤组成：按上述重量百分比将将聚硼胺、二硫磷酸钼、混合土金族、磺酸盐、液体石蜡、芳香溶剂和石化矿物油原材料按照配方定量后，经工艺流转电动控制输送器输送至高速搅拌混合器混合均匀，并做微调进行二次计量后，加入研磨好的纳米陶瓷粉体，置入反应釜中，温度控制在80℃～85℃度，时间90～120分钟，在有氢、氮、氦三气保护下的烧结炉中，进行反应耦合化，用一端为硅氧连接结构-Si[OEt]3，另一端为带有磷酸钼以及氮化硼先导物官能基化学结构的偶联剂，耦合化反应成化学共价键陶瓷先导物胶体；反应后的胶体再用高精度计量泵打入反应釜加压，利用二氧化碳进行超临界流体溶剂交换，将液化胶体转化成气化胶体；制成的气化胶体再置入气氛保护烧结炉加压至0.6～0.72MPA，温度调高至100℃～180℃，进行60-90分钟的煅烧，煅烧完毕后的陶瓷耦合物放入搅拌混合器中与2％～5％有助于固体颗粒悬浮于油中的表面活添加剂、1％～5％分散剂、8％～15％基础油溶剂配方材料，进行混合搅拌120分钟或以上，制成陶瓷金属耦合材料成品。
本发明相比于现有技术具有如下有益效果。
本发明核心技术是化学耦合剂以润滑油或润滑脂为载体进入摩擦部件后，在运转过程，本发明添加剂通过润滑脂载体借由化学耦合反应，自动在金属表面形成一活化层，这一活化层在机件运转过程中，借着摩擦热将陶瓷先导物热解，转化成为厚度不足一微米的磷酸钼、氮化硼化学键陶瓷结构，永久性地化学键结于金属表面，简单而直接的在机具运转中形成陶瓷金属材料，从而使摩擦副在保留金属材料可塑性的同时，又兼具了陶瓷材料的超硬超耐磨、超滑的润滑性和超耐腐蚀的阻绝性，以及超耐高温的特性优点。试验表明，
1)在机械运转中，本发明延长机具使用寿命2-10倍，卡咬负荷提高50％，磨痕直径降低27％，极压值提高125％；
2)在汽车发动机应用方面，燃油节油率为5％-35％，节省机油率50％以上，CO、HC和NOX的净化率为18％-78％，降低发动机噪音29％，挂档滑行提高10％；
3)轴承行业应用方面延长轴承寿命10-15倍。
4)齿轮行业应用中提高耐热、耐压强度，降低摩擦系数，提高齿轮接触疲劳强度。持续使用可减少磨损、修复划伤表面、恢复气缸压力、提高动力、减振降温、降低排放等多种功效于一身。可延长发动机使用寿命1-3倍；降低油耗5％～15％；降低噪音5～10分贝；减少积碳30％～40％；减少尾气颗粒物20％-30％，降低尾气排放烟度50％。
本发明工艺流程中，生产用水主要是设备冷却水，只是水温有变化，不含有毒有害物质，在工艺生产过程中不产生废气、废水、废料。设备生产过程噪声小于55dB，完全可以做到环保达标，不会对周围环境造成污染。
附图说明
图1是本发明制备纳米级陶瓷金属化润滑油添加剂工艺流程图。
具体实施方式
参阅图1。下面通过实施例进一步说明本发明。在以下实施例中，按重量百分比，在聚硼胺4％～5％、二硫磷酸钼2％～3％、混合土金族5％～6％、磺酸盐3％～5％、液体石蜡5％～6％、芳香溶剂6％～8％、陶瓷纳米粉体10％～12％、石化矿物基础油(溶剂)55％～65％中任意一个具体数值的原辅材料配方，通过流体计量仪定量后，通过反应程序控制器，经工艺流转电动控制输送器工艺流转输送至高速混合器搅拌混合均匀并通过流体计量仪做微调进行二次计量后与经过纳米反应器过滤研磨好的纳米陶瓷粉体一起输送至反应釜高温旋转的烧结炉中烧结，在有氢、氮、氦三气保护下进行反应耦合化，温度控制在80℃～85℃度，时间90～120分钟形成陶瓷先导物胶体。必要时经过微调再置入化学反应釜，取样用原子吸收光谱仪检测以确保成份、质量，反应后的胶体再用流体计量仪或高精度计量泵打入反应釜的纯化器，利用二氧化碳进行超临界流体溶剂交换，将液化胶体转化成气化胶体(aero-gel)。制成的气化胶体再输送至高压反应气氛保护烧结炉中进行煅烧，加压至0.6～0.72MP、温度调高至100℃～180℃、时间60-90分钟.煅烧完毕后的陶瓷耦合物利用高速混合器与有助于固体颗粒悬浮于油中的表面活性添加剂：2％～5％清净添加剂Detergent Additive、帮助降低油泥使其更好的分散于油中的添加剂：1％～5％分散剂Dispersant Additive、10％～15％基础油作为溶剂等配方材料，进行混合搅拌120分钟以上而成陶瓷金属耦合材料添加剂成品，并通过原子吸收光谱仪检定入库。所述的表面活性添加剂是中碱值石油磺酸钙TBN：130-140T102清净添加剂。分散剂是高分子量丁二酰亚胺T161。
工作机理：陶瓷金属耦合材料添加剂成品的工作机理特殊性是化学反应过程所需要的高温高压是依赖于机具在工作过程中摩擦副所产生的摩擦热和摩擦压力所提供的，氨基硅烷偶联剂(Coupling Agent)化学组成类似界面活性剂为一长链结构，一端为硅氧连接结构(-Si[OEt]3)，它带有强极性极易与金属表面的金属氫氧基(M-OH)进行耦合反应形成化学共价键(Covalent bond)，稳定而坚固地附着于金属表面，耦合剂的另一端为带有磷酸钼以及氮化硼先导物官能基的化学结构。当耦合剂(制成的陶瓷金属耦合材料成品)通过润滑油进入摩擦部件后，借由机具在工作过程中所产生的高温高压发生化学耦合反应，自动在金属表面形成一活化层，该活化层在机件运转过程中，将陶瓷先导物热解转化成为厚度不足一微米的磷酸钼氮化硼化学键陶瓷结构，永久性地化学键结于金属表面，活化层在转变过程中可将金属表面突起软化，形成一超级平滑面，在与油混合使用中，使两个摩擦表面分开，不能直接接触，表面摩擦系数可低至0.001，保证设备可以充分发挥功率，并使机件的磨损减少到几乎为零，甚至在丧失润滑油的情况下，金属表面仍然存在陶瓷键结且具有超滑的润滑效果，机具可以在无润滑油下长时间运转。
实施例
在温常温、湿度70％～80％的环境下，分别按表1中指定的各组分，按上述重量百分比中任意一个具体数值，配取聚硼胺、二硫磷酸钼、混合土金族、磺酸盐、液体石蜡、芳香溶剂、陶瓷纳米粉体、石化矿物基础油(溶剂)，然后将上述称取的原料加入搅拌混合器，充分搅拌均匀，搅拌1-1.5小时。
表1
| 各组组分含量(wt％) | 例1 | 例2 | 例3 | 例4 | 例5 |
| 聚硼胺 | 4 | 4.3 | 4.5 | 4.8 | 5 |
| 二硫磷酸钼 | 2 | 2.3 | 2.5 | 2.8 | 3 |
| 混合土金族 | 5 | 5.3 | 5.5 | 5.8 | 6 |
| 磺酸盐 | 3 | 3.5 | 4 | 4.5 | 5 |
| 液体石蜡 | 5 | 5.3 | 5.5 | 5.8 | 6 |
| 陶瓷纳米粉体 | 10 | 10.5 | 11 | 11.5 | 12 |
| 石化矿物基础油 | 65 | 62.3 | 60 | 57.3 | 55 |
| 芳香烃 | 6 | 6.5 | 7 | 7.5 | 8 |
Claims (6)
1.一种纳米级陶瓷金属化润滑油添加剂，按重量百分比，含有：聚硼胺4％～5％、二硫磷酸钼2％～3％、混合土金族5％～6％、磺酸盐3％～5％、液体石蜡5％～6％、芳香溶剂6％～8％、陶瓷纳米粉体10％～12％、石化矿物基础油溶剂55％～65％。
2.如权利要求1所述的纳米级陶瓷金属化润滑油添加剂，其中，还添加有6％～8％的芳香溶剂。
3.一种制备如权利要求1所述的纳米级陶瓷金属化润滑油添加剂的方法，具有如下技术特征：按上述重量百分比将将聚硼胺、二硫磷酸钼、混合土金族、磺酸盐、液体石蜡、芳香溶剂和石化矿物油原材料按照配方定量后，经工艺流转电动控制输送器输送至高速搅拌混合器混合均匀，并做微调进行二次计量后，加入研磨好的纳米陶瓷粉体，置入反应釜中，温度控制在80℃～85℃度，时间90～120分钟，在有氢、氮、氦三气保护下的烧结炉中，进行反应耦合化，用一端为硅氧连接结构-Si[OEt]3，另一端为带有磷酸钼以及氮化硼先导物官能基化学结构的偶联剂，耦合化反应成化学共价键陶瓷先导物胶体；反应后的胶体再用高精度计量泵打入反应釜纯化炉中利用二氧化碳进行超临界流体溶剂交换，将液化胶体转化成气化胶体；制成的气化胶体再置入气氛保护烧结炉加压至0.6～0.72MPA，温度调高至100℃～180℃，进行60-90分钟的煅烧，煅烧完毕后的陶瓷耦合物放入搅拌混合器中与2％～5％有助于固体颗粒悬浮于油中的表面活添加剂、1％～5％分散剂、8％～15％基础油溶剂配方材料，进行混合搅拌120分钟或以上，制成陶瓷金属耦合材料成品。
4.如权利要求3所述的制备纳米级陶瓷金属化润滑油添加剂的方法，其特征在于：所述的偶联剂是氨基硅烷偶联剂。
5.如权利要求3所述的制备纳米级陶瓷金属化润滑油添加剂的方法，其特征在于：所述的表面活性添加剂是中碱值石油磺酸钙TBN：130-140T102清净添加剂。
6.如权利要求3所述的制备纳米级陶瓷金属化润滑油添加剂的方法，其特征在于：分散剂是高分子量丁二酰亚胺T161。
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| CN104263461A (zh) * | 2014-10-09 | 2015-01-07 | 王严绪 | 一种陶瓷合金复合功能耦合剂及其制备方法 |
| CN110951529A (zh) * | 2019-12-24 | 2020-04-03 | 欧陆宝(天津)新材料科技有限公司 | 一种高铁电机车宽粘温减震器油及其制备方法 |
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| CN101186856A (zh) * | 2007-08-16 | 2008-05-28 | 张启峰 | 一种用于润滑油纳米级陶瓷金属添加剂及制备 |
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Application publication date: 20131120 |