一種基於納米二硫化鎢的水性潤滑劑及其製備方法

2023-10-22 10:54:52 2

專利名稱：一種基於納米二硫化鎢的水性潤滑劑及其製備方法
技術領域：
本發明屬於潤滑劑製備技術領域，特別是涉及一種基於納米二硫化鎢的水性潤滑劑及其製備方法。
背景技術：
在金屬塑性成型的過程中，被加工金屬與模具之間相對運動時接觸表面間產生組織切向運動的阻力，即外摩擦力。外摩擦力的存在會使加工所需的力、能量增加，因此必須要對金屬表面進行潤滑處理。如果金屬表面的潤滑達不到要求的話，將會使加劇模具磨損，工件表面發生粘連、擦傷等現象。因此，潤滑和塑性成型有著密切的關係，潤滑技術的開發能夠促進金屬冷塑成型加工的發展。在金屬冷塑成型加工時，傳統工藝採用在金屬工件毛坯表面經過酸化、磷化、皂化等工序進行表面處理和潤滑處理，但是，這種方法工序繁雜，原材料和能源消耗大，工作環境差，周期較長，還會造成嚴重環境汙染。因此，尋找一種環保的適用於金屬冷塑成型的潤滑劑已成為人們研究的熱點。二硫化鎢是科學界公認的摩擦潤滑效果最好的原材料之一，幹摩擦係數僅為
O.03，幹磨擦性能比其它材料都好，納米級二硫化鎢粉末不僅適用於一般潤滑條件，還可用於高溫、高壓、高真空、高負荷、有輻射線及腐蝕性介質的工作環境。WS2簇由於簇內部排列產生的磁性，能在潤滑過程中更好的吸附在金屬表面而且能在金屬表面形成一層納米保護潤滑膜，在高於550°c的溫度環境下，WS2也能通過緩慢氧化形成緻密的氧化鎢WO3保護層，來抑制WS2的進一步氧化，並且氧化鎢同樣具有很低的摩擦因數，仍可能起到保護金屬表面不發生咬合的作用。在大氣中，二硫化鎢的工作溫度範圍為-270 650°C，而在真空中，它的溫度範圍為-188 1316°C，因此，長期以來二硫化鎢作為高性能摩擦潤滑材料被應用在航空、航天、軍事、汽車工業等高科技領域。目前，二硫化鎢主要與油類、脂類配成二硫化鎢油劑、二硫化鎢油膏、二硫化鎢蠟以及其他固體潤滑塊與潤滑膜使用。

發明內容
為解決上述問題，本發明的目的是提供一種基於納米二硫化鎢的水性潤滑劑，其潤滑效果好，延伸係數大，環保無汙染，主要應用於金屬材料的冷擠壓、冷拔等冷塑成型，同時，提供上述水性潤滑劑的製備方法，其工藝簡單，製作方便，成本低廉，不會造成環境汙染；而且還提供上述水性潤滑劑的使用方法。為實現上述發明目的，本發明採用如下技術方案
一種基於納米二硫化鎢的水性潤滑劑，按重量百分比計，其包括以下組分及含量納米二硫化鎢I 15 %，固體潤滑劑I 10 %，防鏽劑O. 2 3 %，水性硬脂酸10 40 %，水性硬脂酸鋅10 20%，乳 化穩定劑O. 4 4%，消泡劑O. 01 O. 05%，水8 77%，上述各個組分含量之和為100%。
上述的基於納米二硫化鎢的水性潤滑劑中，其納米二硫化鎢的粒徑為50 IOOnm0上述的基於納米二硫化鎢的水性潤滑劑中，其固體潤滑劑為石墨、二硫化鑰、聚乙烯蠟、聚四氟乙烯、乙撐雙硬脂酸醯胺、微晶石蠟中的一種或幾種組合。上述的基於納米二硫化鎢的水性潤滑劑中，其防鏽劑為二乙醇胺、5-氨基四氮唑、亞硝酸鈉、磷酸三鉀、矽烷偶聯劑、肌醇六磷酸酯中的一種或幾種組合。上述的基於納米二硫化鎢的水性潤滑劑中，其水性硬脂酸是固含量為5 30%的硬脂酸水性分散液，由硬脂酸、分散齊 、乳化劑、消泡齊 、防腐劑和水製備而成，以水性硬脂酸總重量百分比計，各組分的重量百分比為硬脂酸5 30%，分散劑O.1 O. 5%，乳化劑
O.1 O. 7%，消泡劑O. 05 O. 5%，防腐劑O.1 O. 5%，餘量為水。進一步地，上述的水性硬脂酸中，分散劑為硬脂基聚氧丙烯醚、聚丙烯酸鈉、羧甲基纖維素鈉、焦磷酸鈉、尿素、三聚磷酸鈉中的一種或幾種組合。進一步地，上述的水性硬脂酸中，乳化劑為吐溫-80、吐溫60、烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪醇與環氧乙烷縮合物、脂肪酸聚氧乙烯酯、椰油脂肪酸二乙醇醯胺中的一種或幾種組合。進一步地，上述的水性硬脂酸中，消泡劑為聚氧丙烯甘油醚、聚二甲基矽氧烷、乳化矽油中的一種或幾種組合。進一步地，上述的水性硬脂酸中，防腐劑為異噻唑啉酮、二氯二甲基乙內醯脲、對羥基苯甲酸甲酯、布羅波爾中的一種或幾種組合。進一步地，上述的 水性硬脂酸中，水為自來水或去離子水。上述水性硬脂酸的製備方法為首先，按重量百分比將水和硬脂酸顆粒加入反應釜中，加熱至硬脂酸全部熔融；然後，在攪拌下向熔融硬脂酸中依次加入分散劑、乳化劑，待反應體系冷至室溫後停止攪拌，加入消泡劑和防腐劑；接著，再進行超微研磨5 lOmin，即得到硬脂酸水性分散液。上述水性硬脂酸的製備方法中，攪拌方式為機械攪拌，攪拌速率在8000 10000r/min時，所得的硬脂酸水性分散液平均粒徑為5 10 μ m，粘度低於200 mPa · S。上述的基於納米二硫化鎢的水性潤滑劑中，其水性硬脂酸鋅是固含量為25 40%的硬脂酸鋅水性分散液。上述的基於納米二硫化鎢的水性潤滑劑中，其乳化穩定劑為聚乙烯醇、聚乙二醇、羧甲基纖維素鈉、海藻酸鈉中的一種或幾種組合。上述的基於納米二硫化鎢的水性潤滑劑中，其消泡劑為聚氧丙烯甘油醚、聚二甲基矽氧烷、乳化矽油中的一種或幾種組合。上述的基於納米二硫化鎢的水性潤滑劑中，其水為自來水或去離子水。上述基於納米二硫化鎢的水性潤滑劑的製備方法，其包括以下步驟
步驟1、在反應釜中加入重量百分比5 80%的水，1000 3000r/min的攪拌速度下緩慢的加入重量百分比0. 4 4%的乳化穩定劑，機械攪拌I 3h後乳化穩定劑完全溶解於水中；
在攪拌過程中，加入重量百分比0. 01 0. 05%的消泡劑，製得含量為5 8%的乳化穩定劑溶液；步驟2、向步驟I中獲得的溶液中依次加入重量百分比10 40%的水性硬脂酸、重量百分比10 20%的水性硬脂酸鋅、重量百分比O. 2 3%的防鏽劑，以1000 3000 r/min的轉速攪拌30min 3h，加入重量百分比I 15%的納米二硫化鎢和重量百分比I 10%固體潤滑劑粉末，再繼續攪拌30min 2h後，即得到灰黑色的水性潤滑劑。上述基於納米二硫化鎢的水性潤滑劑的使用方法，其包括以下步驟首先，所製得的水性潤滑劑直接或者用水稀釋至2 20倍後加熱至60 70°C，向其中放入酸洗除鏽後的金屬毛坯5 30 min ;然後將金屬毛坯撈出，常溫或者熱風狀態下使金屬毛坯表面所塗敷的潤滑膜中所含水分充分蒸發，即可進行下一步的塑性加工。由於採用如上所述的技術方案，本發明具有如下優越性
由於硬脂酸具有高溫融化再冷卻後易凝固的特性，因此，在金屬表面易生成一層硬脂酸薄膜。在本發明基於納米二硫化鎢的水性潤滑劑中，納米二硫化鎢及固體潤滑劑很好的分散在水性硬脂酸中間，所以，納米二硫化鎢及固體潤滑劑也可以隨著硬脂酸膜均勻的覆蓋在金屬表面。在金屬冷塑成型的時候，金屬變形所產生的熱量將會使硬脂酸及硬脂酸鋅熔融，再加上表面的納米二硫化鎢及固體潤滑劑，能夠很好的起到潤滑效果，並且液態的硬脂酸具有流動性能夠隨著金屬基體一起流動，從而將金屬與模具隔離。本發明基於納米二硫化鎢的水性潤滑劑，其採用液體潤滑與固體潤滑相結合的雙潤滑體系，潤滑效果好，延伸係數大，環保無汙染，適用範圍廣，主要應用於金屬材料的冷擠壓、冷拔等冷塑成型，適用的金屬種類多；使用時不會對使用環境及操作人員的身體健康帶來任何的危害，同時價格低廉，能夠為國內金屬冷塑企業提高壓產品質量、降低生產成本、帶來可觀的經濟效益。本發明基於納米二硫化鎢的水性潤滑劑的製備方法，其工序簡單，易於操作，減少產房面積，縮短生產周期，提高生產效率，原料可以全部使用不排放，有利於環保。本發明基於納米二硫化鎢的水性潤滑劑的使用方法，其工藝步驟簡單、快捷，使成型後金屬內外表面光滑，殘留小且易清理。
具體實施例方式參照以下實施例可以對本發明作進一步詳細說明；但是，以下實施例僅僅是例證，本發明並不局限於這些實施例。實施例一1、製備固含量為30%的硬脂酸水性分散液
首先，將35kg水和15kg硬脂酸顆粒加入反應釜中，加熱至硬脂酸全部熔融；然後，在攪拌下向熔融硬脂酸中依次加入200g硬脂基聚氧丙烯醚、50g脂肪醇與環氧乙烷縮合物，待反應體系冷至室溫後停止攪拌，加入50g聚氧丙烯甘油醚和60g異噻唑啉酮；接著，再進行超微研磨7min，即得到固含量為30%的硬脂酸水性分散液。 2、製備基於納米二硫化鎢的水性潤滑劑
步驟I，在反應爸中加入42g水，1000r/min的攪拌速度下緩慢的加入2. 2g聚乙烯醇1788粉末，機械攪拌1. 5h後聚乙烯醇完全溶解於水中；在攪拌過程中，加入O. 02g聚氧丙烯甘油醚，製得含量為5%的聚乙烯醇溶液；
步驟2、向步驟I中獲得的聚乙烯醇溶液中依次加入40g製得的固含量為30%的硬脂酸水性分散液、IOg水性硬脂酸鋅、Ig 二乙醇胺，以1500 r/min的轉速攪拌Ih,加入2g納米二硫化鎢和3g石墨粉末，再繼續攪拌Ih後，即得到灰黑色的水性潤滑劑。實施例二1、製備固含量為20%的硬脂酸水性分散液
首先，將40kg水和9. 7kg硬脂酸顆粒加入反應釜中，加熱至硬脂酸全部熔融；然後，在攪拌下向熔融硬脂酸中依次加入IOOg椰油脂肪酸二乙醇醯胺、50g吐溫_80、50g羧甲基纖維素鈉，待反應體系冷至室溫後停止攪拌，加入IOg聚氧丙烯甘油醚、30g聚二甲基矽氧烷和60g 二氯二甲基乙內醯脲；接著，再進行超微研磨5min，即得到固含量為20%的硬脂酸水性分散液。2、製備基於納米二硫化鎢的水性潤滑劑
步驟1，在反應爸中加入60g水,2000r/min的攪拌速度下緩慢的加入5. 2g聚乙二醇6000粉末，機械攪拌45min後聚乙二醇6000完全溶解於水中 ；在攪拌過程中，加入O. Olg聚氧丙烯甘油醚，製得含量為5%的聚乙二醇6000溶液；
步驟2、向步驟I中獲得的聚乙二醇6000溶液中依次加入IOg製得的固含量為20%的硬脂酸水性分散液、20g水性硬脂酸鋅、O. 5g 5-氨基四氮唑，以2500 r/min的轉速攪拌lh，加入3g納米二硫化鎢和Ig 二硫化鑰粉末，再繼續攪拌30min後，即得到灰黑色的水性潤滑劑。實施例三1、製備固含量為10%的硬脂酸水性分散液
首先，將45kg水和5kg硬脂酸顆粒加入反應釜中，加熱至硬脂酸全部熔融；然後，在攪拌下向熔融硬脂酸中依次加入IOOg脂肪酸聚氧乙烯酯、IOOg烷基酚聚氧乙烯醚、50g尿素，待反應體系冷至室溫後停止攪拌，加入30g乳化矽油和40g對羥基苯甲酸甲酯；接著，再進行超微研磨3min，即得到固含量為10%的硬脂酸水性分散液。2、製備基於納米二硫化鎢的水性潤滑劑
步驟1，在反應釜中加入51g水，3000r/min的攪拌速度下緩慢的加入3. 3g海藻酸鈉粉末，機械攪拌2h後海藻酸鈉完全溶解於水中；在攪拌過程中，加入O. 03g聚氧丙烯甘油醚，製得含量為6%的海藻酸鈉溶液；
步驟2、向步驟I中獲得的海藻酸鈉溶液中依次加入20g製得的固含量為10%的硬脂酸水性分散液、20g水性硬脂酸鋅、1. 5g肌醇六磷酸酯，以2500 r/min的轉速攪拌1. 5h，加入Ig納米二硫化鎢和3g聚乙烯蠟粉末，再繼續攪拌2h後，即得到灰黑色的水性潤滑劑。實施例四
上述三個實施例中製得的基於納米二硫化鎢的水性潤滑劑，其使用方法包括以下步驟首先，所製得的水性潤滑劑直接或者用水稀釋至2 20倍後加熱至60 70°C，向其中放入酸洗除鏽後的金屬毛坯5 30 min ;然後將金屬毛坯撈出，常溫或者熱風狀態下使金屬毛坯表面所塗敷的潤滑膜中所含水分充分蒸發，即可進行下一步的塑性加工。
權利要求
1.一種基於納米二硫化鎢的水性潤滑劑，其特徵是按重量百分比計，其包括以下組分及含量納米二硫化鎢I 15%，固體潤滑劑I 10%，防鏽劑O. 2 3%，水性硬脂酸10 40%，水性硬脂酸鋅10 20%，乳化穩定劑O. 4 4%，消泡劑O. 01 O. 05%，水8 77%，上述各個組分含量之和為100%。
2.根據權利要求1所述的基於納米二硫化鎢的水性潤滑劑，其特徵是其納米二硫化鎢的粒徑為50 IOOnm ;固體潤滑劑為石墨、二硫化鑰、聚乙烯蠟、聚四氟乙烯、乙撐雙硬脂酸醯胺、微晶石蠟中的一種或幾種組合。
3.根據權利要求1所述的基於納米二硫化鎢的水性潤滑劑，其特徵是其防鏽劑為二乙醇胺、5-氨基四氮唑、亞硝酸鈉、磷酸三鉀、矽烷偶聯劑、肌醇六磷酸酯中的一種或幾種組八口 ο
4.根據權利要求1所述的基於納米二硫化鎢的水性潤滑劑，其特徵是其水性硬脂酸是固含量為5 30%的硬脂酸水性分散液，由硬脂酸、分散劑、乳化劑、消泡劑、防腐劑和水製備而成，以水性硬脂酸總重量百分比計，各組分的重量百分比為硬脂酸5 30%，分散劑O.1 0.5%，乳化劑O.1 0.7%，消泡劑O. 05 0.5%，防腐劑O.1 0.5%，餘量為水。
5.根據權利要求4所述的基於納米二硫化鎢的水性潤滑劑，其特徵是其水性硬脂酸的製備方法為首先，按重量百分比將水和硬脂酸顆粒加入反應釜中，加熱至硬脂酸全部熔融；然後，在攪拌下向熔融硬脂酸中依次加入分散劑、乳化劑，待反應體系冷至室溫後停止攪拌，加入消泡劑和防腐劑；接著，再進行超微研磨5 lOmin，即得到硬脂酸水性分散液。
6.根據權利要求1所述的基於納米二硫化鎢的水性潤滑劑，其特徵是其水性硬脂酸鋅是固含量為25 40%的硬脂酸鋅水性分散液。
7.根據權利要求1所述的基於納米二硫化鎢的水性潤滑劑，其特徵是其乳化穩定劑為聚乙烯醇、聚乙二醇、羧甲基纖維素鈉、海藻酸鈉中的一種或幾種組合；消泡劑為聚氧丙烯甘油醚、聚二甲基矽氧烷、乳化矽油中的一種或幾種組合 』水為自來水或去離子水。
8.—種權利要求1 7中任一權利要求所述的基於納米二硫化鎢的水性潤滑劑的製備方法，其特徵是其包括以下步驟 步驟1、在反應釜中加入重量百分比5 80%的水，1000 3000r/min的攪拌速度下緩慢的加入重量百分比O. 4 4%的乳化穩定劑，機械攪拌I 3h後乳化穩定劑完全溶解於水中； 步驟2、向步驟I中獲得的溶液中依次加入重量百分比10 40%的水性硬脂酸、重量百分比10 20%的水性硬脂酸鋅、重量百分比O. 2 3%的防鏽劑，以1000 3000 r/min的轉速攪拌30min 3h，加入重量百分比I 15%的納米二硫化鎢和重量百分比I 10%固體潤滑劑粉末，再繼續攪拌30min 2h後，即得到灰黑色的水性潤滑劑。
9.根據權利要求8所述的水性潤滑劑的製備方法，其特徵是在步驟I中，在攪拌過程中，加入重量百分比O. 01 O. 05%的消泡劑，製得含量為5 8%的乳化穩定劑溶液。
10.一種權利要求1 7中任一權利要求所述的基於納米二硫化鎢的水性潤滑劑的使用方法，其特徵是其包括以下步驟首先，水性潤滑劑直接或者用水稀釋至2 20倍後加熱至60 70°C，向其中放入酸洗除鏽後的金屬毛坯5 30 min ;然後將金屬毛坯撈出，常溫或者熱風狀態下使金屬毛坯表面所塗敷的潤滑膜中所含水分充分蒸發，即可進行下一步的 塑性加工。
全文摘要
本發明公開一種基於納米二硫化鎢的水性潤滑劑，按重量百分比計，其包括以下組分及含量納米二硫化鎢1～15％，固體潤滑劑1～10％，防鏽劑0.2～3％，水性硬脂酸10～40％，水性硬脂酸鋅10～20％，乳化穩定劑0.4～4％，消泡劑0.01～0.05％，水8～77％，上述各個組分含量之和為100％；並公開上述水性潤滑劑的製備方法和使用方法。本發明的水性潤滑劑潤滑效果好，延伸係數大，環保無汙染，適用範圍廣；水性潤滑劑的製備方法和使用方法工藝步驟簡單、快捷，提高生產效率，有利於環保。
文檔編號C10M173/00GK103060071SQ20121055811
公開日2013年4月24日 申請日期2012年12月20日 優先權日2012年12月20日
發明者杜德光, 葛巧誼, 李明 申請人:河南惠爾納米科技有限公司