一種混合納米潤滑脂添加劑及其應用的製作方法
2023-08-12 11:16:21
專利名稱：一種混合納米潤滑脂添加劑及其應用的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種混合納米潤滑脂添加劑及其應用，屬於潤滑技術領域。
背景技術：
潤滑油脂是機械工業、動力工業廣泛使用並且消耗量很大的一種石油化工產品。 潤滑脂的組成主要是基礎油(佔70% 90% )、稠化劑(佔10% 20% )和添加劑(10% 以下)。潤滑脂是在基礎油中添加增稠劑製成固體或半固體的狀態，並添加一些添加劑來改善性能。其中添加劑起著非常重要的作用，根據所使用的環境、條件不同，所需要的添加劑的性能也有所區別。隨著納米材料和納米摩擦學的不斷發展，近年來，國內外學者在開發具有優異性能的添加劑過程中，注意到納米材料除作為鹼性提供物以外，還具有摩擦學性能，使得納米微粒在摩擦學領域中的應用受到越來越多的重視，並對其進行了一系列的研究。納米材料作為潤滑添加劑時，通常以直接加入潤滑油脂中或鍍在基體材料上形成納米LB膜、填充聚合物等形式存在，也可將複合納米粉末作為潤滑油脂添加劑。隨著對納米材料和摩擦學研究的不斷深入，20世紀80年代末以來，很多研究者發現，納米顆粒分散於潤滑油脂後，將變滑動摩擦為滾動摩擦，即起到「微滾珠」的作用，明顯的提高了潤滑油脂的抗磨減摩性能。由於納米微粒粒徑小，表面活性高，易於實現在潤滑油脂中分散，極有希望成為一類新型潤滑材料並能解決目前邊界潤滑技術中存在的難題，特別是從低溫到高溫的連續潤滑問題。一般的添加劑或石化產品只是較高品質的潤滑劑，被運用於機件的摩擦副表面，作為潤滑介質以減少摩擦，並不提高機件金屬本身的抗磨性能。 同時，一般的添加劑產品都是化學物質，容易產生脫落。而納米粒子的表面界面效應、小尺寸效應、體積效應，使其對磨損部位的減摩、修復、抗極壓都遠高於傳統添加劑。所以納米技術進入潤滑領域後，很快就有取代傳統添加劑的勢頭。近幾年來許多摩擦學研究人員嘗試用大量的納米無機粒子及納米無機有機複合物作為潤滑油添加劑，測試它們的摩擦學特性，發現它們都具有比較好的減摩抗磨性能。一般可以歸納為納米單質、納米硼酸鹽、納米氫氧化物和納米氧化物、以及表面化學修飾的納米粒子等四類。納米單質主要包括納米金屬、納米石墨等納米單質粉體。有研究發現含納米Cu的減摩修復添加劑具有優良的減摩抗磨性能。有人研究了納米Al2O3填充環氧樹脂複合材料的摩擦學性能，得出少量的納米Al2O3即可大幅度提高摩擦學性能，起到顯著的減摩和抗磨作用。業已發現，多種納米微粒作為添加劑都可以提高基礎油脂的抗磨減摩性能和承載能力，然而，目前對混合納米材料作為潤滑添加劑的研究報導卻比較少。1、國家專利《一種組合納米無機潤滑油添加劑及其製備和應用》(公開號 CN101126047)報導了將納米氧化鎂、納米二氧化矽、納米氧化鋁按照一定的比例進行混合， 添加到無機潤滑油中，使得該潤滑油比普通潤滑油的摩擦係數降低85% 90%，抗磨性增加 10. 5%~ 35%。2、國家專利《修復型潤滑油添加劑及其製備方法》(公開號CN1380379)報導了將納米鋁、納米鈦、納米鋅、納米錫按照一定的比例進行混合，添加到無機潤滑油中，修復效果好。3、國家專利《一種金屬/陶瓷納米複合自修復添加劑及其製備方法》(公開號 CN1765803)報導了將金屬納米粉末和納米級天然礦石粉作為主要成分，輔加清靜分散劑、 催化劑、抗氧劑、溶劑等材料，添加到潤滑油、潤滑脂或超聲介質中，在金屬摩擦副表面快速形成高硬度冶金結合自修復保護層，從而改善潤滑性能。以上發明研究中沒有針對將Cu，Al和Al2O3混合粒子作為潤滑添加劑添加到基礎潤滑脂中進行研究。
發明內容
本發明的目的是提供一種混合納米潤滑脂添加劑及其在潤滑脂中的應用，將添加劑添加到基礎潤滑脂中，不僅能提高基礎潤滑脂本身的抗極壓、抗磨減摩性能，而且能作用在摩擦副表面，改善摩擦副表面的粗糙度、修復表面的磨痕，從而減少摩擦副的磨損量，有效保證摩擦副的精度，延長摩擦副的使用壽命。本發明解決問題的技術方案是一種混合納米潤滑脂添加劑由如下組分組成，各組分的質量百分配比如下=Al2O3 粉末50% 80% ；Cu粉末5% 15% ；Al粉末15% 35%。Al2O3粉末、Cu粉末、Al粉末的粒度範圍為20 60nm。將本發明提供的潤滑脂添加劑添加到基礎潤滑脂中，可製備混合納米潤滑脂。首先，按比例稱取納米Al2O3粉末、Cu粉末、Al粉末並混合製成潤滑脂添加劑；將上述獲得的添加劑加入到基礎潤滑脂中，添加劑的添加量為基礎潤滑脂質量的 2% ； 將上述獲得的加入添加劑的潤滑脂在攪拌機中進行擠壓攪拌2 3小時，達到混合均勻後， 再到超聲波粒度分散儀中進行超聲波分散30 50分鐘，使其均勻地分散於基礎潤滑脂中， 即得混合納米潤滑脂。基礎潤滑脂選用通用鋰基潤滑脂(GB73M-94)，通用鋰基潤滑脂具有良好的抗水性、機械安定性、防腐蝕性和氧化安定性，適用於工作溫度-20 120°C內各種機械設備的軸承及其他摩擦部位的潤滑。將以上製備的潤滑脂進行減摩、表面修復、抗極壓性能實驗，得到數據如下1、混合納米潤滑脂摩擦係數:μ = 0.010- 0. 028 ；基礎潤滑脂摩擦係數μ = 0.048。2、混合納米潤滑脂抗極壓力N = 1300 1400牛頓；基礎潤滑脂抗極壓力N = 950牛頓。本發明提供的添加劑中的軟金屬納米粒子Al和Cu在接觸區形成易剪切的薄膜， 保護金屬摩擦表面，起到很好的減摩作用，同時納米金屬顆粒在摩擦熱的作用下，能發生局部熔化後焊合在摩擦表面，起到良好的修復作用；Al2O3粒子具有很高的硬度和熔點，在進入摩擦磨損表面時起到了滾珠軸承作用，變滑動摩擦為滾動摩擦，起到一定的減摩和提高潤滑脂承載能力的作用。同時在壓力作用下粒子可以鑲嵌在摩擦表面的犁溝內，起到了很好的修復作用。本發明的有益效果為與未添加本發明所述添加劑的潤滑脂相比，添加本發明所述添加劑的潤滑脂的摩擦係數降低42% 79%，抗極壓性能增加36. 8% 47. 4%。
具體實施例方式
下述非限制性實施例可以使本領域的普通技術人員更全面地理解本發明，但不以任何方式限制本發明。實施例1 121、試驗材料試驗選用納米Al2O3粉末、Cu粉末、Al粉末，三種納米粉末均購自安徽工業大學方圓納米材料研究所，粒度範圍為20 60nm ；基礎潤滑脂採用通用鋰基潤滑脂。試驗摩擦副採用環-塊結構。下試環與上試塊均為滾動軸承鋼，試環尺寸為 Φ49. 22X13. 06，試塊尺寸為 12. 32X 12. 32X 19. 05。2、混合納米潤滑脂的製備首先，按表1提供的比例稱取納米Al2O3粉末、Cu粉末、Al粉末並混合；將上述獲得的混合納米粉末加入到基礎潤滑脂中，其添加量為基礎潤滑脂質量的 2% ；將上述獲得的加入混合納米粉末的潤滑脂在攪拌機中進行擠壓攪拌3小時，達到混合均勻後，再到超聲波粒度分散儀中進行超聲波分散40分鐘，使其均勻地分散於基礎潤滑脂中，即得混合納米潤滑脂。3、試驗設備試驗是在MRH-3型高速環塊摩擦磨損試驗機上進行的，其試驗執行單元為環塊摩擦副，試環裝於主軸前端，可隨主軸以一定轉速轉動，其轉速可在一定範圍內無級調節。試塊裝於試環上方，由試塊座內的加力橫梁施加試驗力。當試環旋轉，並且試塊與試環之間有一定壓力時，二者之間便會有摩擦力。此摩擦力由傳感器測量，並在控制箱上的數顯表上顯示。本發明的實施例的測試結果見表1。表1混合納米潤滑脂性能測試表
實施例
佔鋰基潤滑脂的比例 (質量百分比％)
摩擦係數
Al2O3
Al
Cu
抗極壓力 (牛頓)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10 11 12
0.70 0.70 0.75 1.00 1.00 1.00 1.05 1.05 1.10 1.20 1.30 1.35
0. 20 0.15 0.15 0.25 0.25 0.35 0.35 0.25 0.35 0.35 0.35 0.40
0.10 0.10 0.10 0.15 0.20 0.15 0.10 0.20 0.20 0.25 0.25 0.25
0.028 0.025 0.023 0.019 0.018 0.014 0.017 0.011 0.015 0.021 0.024 0.026
1300 1320 1330
1334 1336 1346 1350 1400 1340
1335 1316 1312 利用本發明技術獲得的混合納米添加劑添加到鋰基潤滑脂中，Al2O3粒子起到「微滾珠」和「鑲嵌」效應，Cu、Al粒子起到均勻「剪切膜」和「添補、焊合」效應，它們之間的協同作用使得潤滑脂對摩擦副表面的修復性能更好。採用本發明技術在現場實際應用時,其使用壽命提高20%左右，潤滑脂用量減少25%左右。
權利要求
1.一種混合納米潤滑脂添加劑，其特徵在於所述的添加劑由如下組分組成，各組分的質量百分配比如下Al2O3 粉末50% 80%Cu粉末5% 15%Al粉末15% 所述的Al2O3粉末、Cu粉末、Al粉末的粒度範圍為20 60nm。
2.一種混合納米潤滑脂，由基礎潤滑脂和添加劑組成，其特徵在於所述的基礎潤滑脂為鋰基潤滑脂，所述的添加劑為如權利要求1所述的混合納米潤滑脂添加劑。
3.根據權利要求2所述的混合納米潤滑脂，其特徵在於所述的添加劑的添加量為基礎潤滑脂質量的1% 2%。
4.根據權利要求2所述的混合納米潤滑脂，其特徵在於所述的潤滑脂是通過以下方法製備的按比例稱取納米Al2O3粉末、Cu粉末、Al粉末並混合；將獲得的混合納米粉末加入到基礎潤滑脂中；將上述獲得的加入混合納米粉末的潤滑脂在攪拌機中進行擠壓攪拌 2 3小時，達到混合均勻後，再到超聲波粒度分散儀中進行超聲波分散30 50分鐘，使其均勻地分散於基礎潤滑脂中，即得混合納米潤滑脂。
全文摘要
一種混合納米潤滑脂添加劑及其應用，屬於潤滑技術領域。本發明公開的混合納米潤滑脂添加劑由如下組分組成，各組分的質量百分配比為Al2O3粉末50％～80％；Cu粉末5％～15％；Al粉末15％～35％。Al2O3粉末、Cu粉末、Al粉末的粒度範圍為20～60nm。將所獲得的添加劑添加到基礎潤滑脂中不僅能提高基礎潤滑脂本身的抗極壓、抗磨減摩性能，而且能作用在摩擦副表面，改善摩擦副表面的粗糙度、修復表面的磨痕，從而減少摩擦副的磨損量，有效保證摩擦副的精度，延長摩擦副的使用壽命。實驗數據顯示與未添加本發明所述添加劑的潤滑脂相比，添加本發明所述添加劑的潤滑脂的摩擦係數降低42％～79％，抗極壓性能增加36.8％～47.4％。
文檔編號C10N30/06GK102492523SQ20111041595
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月13日 優先權日2011年12月13日
發明者李寶良 申請人:大連交通大學