一種潤滑油（脂）用抗磨減摩複合添加劑的製作方法
2023-07-19 16:18:46
一種潤滑油（脂）用抗磨減摩複合添加劑的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種潤滑油（脂）用抗磨減摩複合粉體及其製備方法，涉及一種可用於潤滑油、潤滑脂等領域的納米稀土氧化物包覆超細白雲母複合粉體，其特徵在於以白雲母粉體、稀土鹽及其配體為原料，利用球磨過程中產生的剪切力、衝擊力破碎固相反應體系，增加反應物的比表面積，提高反應速率，從而提高成核速率和長大速率的比值，製備出微細、均勻的前驅物，然後洗滌、乾燥、控制熱分解溫度與時間，從而可獲得不同粒徑與包覆體系的納米稀土氧化物包覆超細白雲母複合粉體，將納米稀土氧化物包覆的超細白雲母複合粉體表面改性後以不同比例（0.5%-3%）加入基礎油或潤滑脂中，在四球磨損中可降低摩擦係數，減小摩擦副磨斑直徑。
【專利說明】一種潤滑油(脂)用抗磨減摩複合添加劑
【技術領域】
[0001]該發明專利屬於「抗磨減摩複合粉體及其製備技術」，涉及一種可用於潤滑油、潤滑脂等領域的納米稀土氧化物包覆超細白雲母複合粉體及其製備方法。
【背景技術】
[0002]隨著現代工業的發展，機械裝備不斷向高速、重載、集成化、高精度、長壽命等方向發展，摩擦、磨損失效已成為制約裝備安全性、可靠性、使用壽命的技術瓶頸之一。為了減少裝備機械零部件的磨損，延長裝備的使用壽命，世界各國都在尋找能夠同時具備抗磨減摩和修復功能的潤滑劑或潤滑油添加劑，使其具有自修復功能或在磨損過程中通過形成新的補償層來彌補磨損，從而實現裝備零部件磨損損傷的動態自修復，同時通過改善潤滑實現節能減排。20世紀90年代以來，納米技術日漸成熟，納米材料的研究和應用範圍也在不斷擴大，由於其本身具有的小尺寸效應、界面與表面效應、尺寸效應和宏觀量子隧道效應，賦予了其不同於傳統材料的各種獨特性能，使其在新興潤滑油抗磨減摩劑的研究和應用得到了快速發展。目前被用作潤滑油添加劑的納米粒子主要有納米單質金屬粉體、納米氧化物、納米氫氧化物、納米硫化物、納米硼酸鹽、聚合物納米微球以及納米稀土化合物等。夏延秋、張繼輝、陳國需等分別研究了納米銅粉、鎳粉、鉍粉、鑰粉、鋅粉在基礎油中的抗磨減摩作用，同時碳系列微納米材料、稀土化合物在潤滑油中的作用也發展迅速。專利02149209.3公開了一種抗磨減摩型潤滑油添加劑及其製備方法，其組分為:鋁、鈦、三氧化二鋁和二氧化鈦顆粒，粒徑尺度為10-200nm，含量為1_5% ;專利03139679.8涉及納米材料製備抗磨、減摩、修復型潤滑油添加劑:用幾種納米礦石微粉和納米金屬微粉與表面活性劑、分散劑、懸浮劑、耦合助溶劑及其它潤滑油製劑等按一定的比例及工藝操作規程配製而成。專利200810053349.6提供一種非硫磷抗磨減摩多功能添加劑及製備方法。專利200910050138.1公開了一種納米銅類潤滑油添加劑，該添加劑主要由油溶反應性納米銅或者油溶反應性納米銅與油溶性納米二氧化鈦組成。專利201010569467.X將納米稀土、金屬、金屬氧化物及碳系列納米材料等具有抗磨、減摩、極壓活性的納米材料用作潤滑油添加劑。專利200410097197.1公開了屬於潤滑材料製備技術的一種納米碳材潤滑添加劑。專利201010292980.9公開了一種類球形納米稀土氧化物潤滑油添加劑及其製備方法，採用沉澱法製備納米稀土氧化物，使用有機羧酸對納米粒子進行表面改性，使納米粒子的表面形成一層有機包覆層，納米氧化釔表面由親水性變為親油性。專利200710075247.X提供了一種潤滑油的添加劑，其組分為:金屬納米微粒2%-50% ;金屬化合物納米微粒1%_50% ;基礎油或潤滑油0%-80% ;抗氧化劑0%-20% ;清淨分散劑0%-25%。專利201110415955.X公開的混合納米潤滑脂添加劑由如下組分組成=Al2O3粉末:50%~80% ;Cu粉末:5%~?5% ;A1粉末:15%~35%。專利201310494047.3公開了一種偶聯接枝聚合改性納米氧化釔潤滑材料的製備方法。
[0003]在稀土化合物方面，較早的研究發現，CeF3等稀土無機化合物具有優異的高溫和固體潤滑性能，但由於難溶於礦物油，不能直接用作潤滑油添加劑。最近的有關研究表明，通過製備成為納米粒子並進行親油性表面改性，可使有關的稀土無機化合物在礦物油中具有良好的分散性，顯示出優良的極壓抗磨減摩性能。
[0004]此外，從20世紀年代俄羅斯、烏克蘭引進了一種層狀矽酸鹽礦物微粉自修復材料以來，層狀矽酸鹽礦物顆粒製成添加劑對潤滑油摩擦學性能的研究引起了國內學者的重視，楊晶、李華峰、陳國需研究了層狀矽酸鈣作為潤滑添加劑的抗磨減摩性能，α-層狀矽酸鈉作為潤滑添加劑的抗磨減摩性能，於鶴龍、許一、史佩京等研究了蛇紋石超細粉體作潤滑油添加劑的摩擦學性能，曹娟、張振忠、趙芳霞研究了超細蛇紋石粉體改善潤滑油摩擦磨損性能，楊其明、白志民研究了超細蛇紋石粉體的材料特性、摩擦學介入行為及其工業應用，研究發現:層狀矽酸鹽粉體具有獨特的亞穩態層狀結構，其斷裂面上存在的大量不飽和鍵使其粉體具有很高的吸附特性，不僅可以吸附金屬離子，還可以吸附陰離子(團)和有機物。在受熱條件下發生脫除羥基反應，層狀結構被破壞，比表面積急劇增大，極大地提高了其吸附金屬離子的能力。層狀矽酸鹽粉體粉體的亞穩態層狀晶體結構特點為修復層的形成提供了先決條件，而摩擦過程中摩擦副表面微凸體間的相互擠壓剪切作用及所產生的瞬間閃溫，為修復層的形成提供了外在動力。
[0005]雲母是一種常用層狀矽酸鹽礦物，目前對雲母在潤滑油中的抗磨減摩作用研究甚少。僅查閱到袁科、王成彪、嶽文、黃海鵬、溫慶豐、劉家浚研究了白雲母礦物潤滑油添加劑的摩擦學性能，通過對白雲母的粒度、添加量、晶型的控制，可以改進潤滑油的摩擦性能。對白雲母作適當插層和表面修飾，可以較好地溶入潤滑油中，這些處理不會影響添加劑的摩擦學性能。錢林茂、雒建斌、溫詩鑄、蕭旭東用AFM/FFM測量了參考樣品雲母的微觀摩擦性能，表明雲母樣品的摩擦特性受其解理時間的長短、溼度以及測試針尖的變化等多種因素的影響，其表面摩擦性能不穩定。
[0006]綜上所述:為了改善機械裝備運行過程中的摩擦磨損性能與運行狀態，提高其使用壽命，研究新型抗磨減摩添加劑已成為必然的發展趨勢，除此之外，在現有抗磨減摩劑體系基礎上，通過功能複合產生新型的抗磨減摩劑體系，也有望取得特殊效果。
【發明內容】
[0007]本發明針對現有抗磨減摩體系中對白雲母自身層狀特性研究較少的狀況，採用室溫球磨固相化學反應法在白雲母基體上沉積或包覆超細稀土氧化物，在表面實現包覆的同時進行粉體的超細化，利用白雲母的層狀結構，結合稀土元素變價產生的化學修復，進而提供一種可用作潤滑油(脂)抗磨減摩添加劑的複合粉體。本發明的機理是:球磨過程中產生的剪切力、衝擊力可破碎固相反應物，增加反應物的比表面積，提高反應物接觸面和反應速率，因此提高了成核速率和長大速率的比值，能製備出微細、均勻的前驅物，然後控制熱分解溫度與時間，從而可獲得不同粒徑的超細白雲母複合粉體，同時實現表面包覆。
[0008]本發明提供的方法以白雲母粉體、稀土鹽及其配體為原料，工藝步驟依次如下:
1、配料
稱取一定量的白雲母粉體、稀土鹽與配體，稀土鹽與配體的摩爾比為1: 2-6，稀土氧化物佔複合粉體的摩爾百分比為廣10%;
2、混料
將白雲母粉體、符合比例的稀土鹽及其配體進行混合，直至均勻為止；
3、室溫球磨固相化學反應法製備前驅物將混合均勻的反應體系進行球磨，使其在球磨過程中產生的機械剪切力、衝擊力作用下細化白雲母，同時稀土鹽與其配體發生化學反應生成稀土前驅物，直至完全發生化學反應為止，球磨時加入潤滑劑，潤滑劑的加入量以被球磨體系保持分散為限；
4、前驅物除雜
前驅物除雜採用洗滌過濾法；
5、前驅物乾燥
前驅物乾燥採用自然風乾或在30-80°C下烘乾；
6、前驅物熱分解
前驅物熱分解溫度控制在400—900°C，時間為2—4小時，可得到表面包覆稀土氧化物的超細白雲母複合粉體；
上述方法中，稀土鹽為硝酸鑭、硝酸鈰、氯化鑭或氯化鈰中的一種或多種，配體為草酸、碳酸銨或碳酸氫銨；球磨時所加入的潤滑劑為乙醇或丙酮。
[0009]本發明具有以下優點和有益效果:
1、由於反應體系在球磨過程中產生的剪切力、衝擊力的作用下發生反應，可增加反應物的表面積，提高反應物的接觸面和體系中固相粒子的擴散速度，因而化學反應速度加快，化學反應時間縮短；
2、反應中固相粒子的存在，能保持反應物濃度恆定，致使成核速率遠遠大於核長大速率，因而易形成細小微粒的前驅物，為獲得納米粉體創造了條件；
3、所獲得的前驅物經過分解，通過調整熱分解工藝，可獲得不同含量與不同稀土包覆體系的超細白雲母複合粉體。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010]圖1是根據本發明所提供的超細白雲母複合粉體的室溫球磨固相化學反應製備法的工藝流程圖。
[0011]圖2是採用上述方法製備出的白雲母+10%納米CeO2複合粉體形貌圖。
[0012]
【具體實施方式】
[0013]實施例1:
本實施例中，以800目白雲母為原料，反應體系為氯化鈰，配體為草酸，工藝流程如圖1所示，依次有以下步驟:
1、配料
稱取0.95mol白雲母,0.05mol氯化鋪,0.1mol草酸
2、混料
將稱取的白雲母、氯化鈰與草酸進行混合，直至均勻為止；
3、室溫球磨化學反應法製備前驅物
將混合均勻的白雲母、氯化鈰與草酸在室溫、常壓下進行球磨，使其在球磨過程中產生的機械剪切力、衝擊力作用下反應生成前驅物，球磨機的轉速在300轉/分鐘，球磨60分鐘即可使氯化鈰與草酸完全發生化學反應生成前驅物草酸鈰，均勻分布於白雲母表面，球磨時加入乙醇，乙醇的加入量以被球磨體系保持分散為限；
4、前驅物除雜
前驅物草酸鈰除雜採用洗滌過濾法，洗滌劑為蒸餾水，洗滌過濾三次；
5、前驅物乾燥
除雜後的草酸鈰與白雲母在40°C下烘乾，時間為6小時；
6、前驅物熱分解
將烘乾後的草酸鈰與白雲母置於馬弗爐中，熱分解溫度控制在400°C，保溫4小時，可得到納米氧化鈰包覆的超細白雲母複合粉體；
將納米氧化鈰包覆的超細白雲母複合粉體表面改性後以不同比例(0.5%-3%)加入基礎油或潤滑脂中，在四球磨損中可降低摩擦係數，減小摩擦副磨斑直徑。
[0014]實施例2:
本實施例中，以800目白雲母為原料，反應體系為氯化鑭，配體為草酸，工藝流程如圖1所示，依次有以下步驟
1、配料
稱取0.98mol白雲母,0.02mol氯化鑭，0.06mol草酸
2、混料
將稱取的白雲母、氯化鑭與草酸進行混合，直至均勻為止；
3、室溫球磨化學反應法製備前驅物
將混合均勻的白雲母、氯化鑭與草酸在室溫、常壓下進行球磨，使其在球磨過程中產生的機械剪切力、衝擊力作用下反應生成前驅物，球磨機的轉速在400轉/分鐘，球磨40分鐘即可使氯化鑭與草酸完全發生化學反應生成前驅物草酸鑭，均勻分布於白雲母表面，球磨時加入丙酮，丙酮的加入量以被球磨體系保持分散為限；
4、前驅物除雜
前驅物草酸鑭除雜採用洗滌過濾法，洗滌劑為蒸餾水，洗滌過濾三次；
5、前驅物乾燥
除雜後的草酸鑭與白雲母在室溫下自然風乾，時間為10小時；
6、前驅物熱分解
將烘乾後的草酸鑭與白雲母置於馬弗爐中，熱分解溫度控制在800°C，保溫2.5小時，可得到納米氧化鑭包覆的超細白雲母複合粉體；
將納米氧化鑭包覆的超細白雲母複合粉體表面改性後以不同比例(0.5%-3%)加入基礎油或潤滑脂中，在四球磨損中可降低摩擦係數，減小摩擦副磨斑直徑。
[0015]實施例3:
本實施例中，以800目白雲母為原料,反應體系為硝酸鋪,配體為碳酸氫銨,工藝流程如圖1所示，依次有以下步驟
1、配料
稱取0.9OmoI白雲母,0.1Omol硝酸鋪，0.6mol碳酸氫銨
2、混料
將稱取的白雲母、硝酸鈰與碳酸氫銨進行混合，直至均勻為止；
3、室溫球磨化學反應法製備前驅物將混合均勻的白雲母、硝酸鈰與碳酸氫銨在室溫、常壓下進行球磨，使其在球磨過程中產生的機械剪切力、衝擊力作用下反應生成前驅物，球磨機的轉速在250轉/分鐘，球磨80分鐘即可使硝酸鈰與碳酸氫銨完全發生化學反應生成前驅物碳酸鈰，均勻分布於白雲母表面，球磨時加入丙酮，丙酮的加入量以被球磨體系保持分散為限；
4、前驅物除雜
前驅物碳酸鈰除雜採用洗滌過濾法，洗滌劑為蒸餾水，洗滌過濾三次；
5、前驅物乾燥
除雜後的碳酸鈰與白雲母在60°C下烘乾，時間為4小時；
6、前驅物熱分解
將烘乾後的碳酸鈰與白雲母置於馬弗爐中，熱分解溫度控制在500°C，保溫3小時，可得到納米氧化鈰包覆的超細白雲母複合粉體；
將納米氧化鈰包覆的超細白雲母複合粉體表面改性後以不同比例(0.5%-3%)加入基礎油或潤滑脂中，在四球磨損中可降低摩擦係數，減小摩擦副磨斑直徑。
[0016]實施例4
本實施例中，以800目白雲母為原料，反應體系為硝酸鑭，配體為碳酸銨，工藝流程如圖1所示，依次有以下步驟
1、配料
稱取0.97mol白雲母,0.03mol硝酸鑭，0.09mol碳酸銨
2、混料
將稱取的白雲母、硝酸鑭與碳酸銨進行混合，直至均勻為止；
3、室溫球磨化學反應法製備前驅物
將混合均勻的白雲母、硝酸鑭與碳酸銨在室溫、常壓下進行球磨，使其在球磨過程中產生的機械剪切力、衝擊力作用下反應生成前驅物，球磨機的轉速在350轉/分鐘，球磨50分鐘即可使硝酸鑭與碳酸銨完全發生化學反應生成前驅物碳酸鑭，均勻分布於白雲母表面，球磨時加入乙醇，乙醇的加入量以被球磨體系保持分散為限；
4、前驅物除雜
前驅物碳酸鑭除雜採用洗滌過濾法，洗滌劑為蒸餾水，洗滌過濾三次；
5、前驅物乾燥
除雜後的碳酸鑭與白雲母在80°C下烘乾，時間為3小時；
6、前驅物熱分解
將烘乾後的碳酸鑭與白雲母置於馬弗爐中，熱分解溫度控制在850°C，保溫2小時，可得到納米氧化鑭包覆的超細白雲母複合粉體；
將納米氧化鑭包覆的超細白雲母複合粉體表面改性後以不同比例(0.5%-3%)加入基礎油或潤滑脂中，在四球磨損中可降低摩擦係數，減小摩擦副磨斑直徑。
[0017]實施例5:
本實施例中，以800目白雲母為原料，反應體系為硝酸鑭，硝酸鈰，配體為碳酸銨，工藝流程如圖1所示，依次有以下步驟
1、配料
稱取0.94mol白雲母,0.03mol硝酸鑭，0.03mol硝酸鋪，0.18mol碳酸銨2、混料
將稱取的白雲母、硝酸鑭、硝酸鈰與碳酸銨進行混合，直至均勻為止；
3、室溫球磨化學反應法製備前驅物
將混合均勻的白雲母、硝酸鑭，硝酸鈰與碳酸銨在室溫、常壓下進行球磨，使其在球磨過程中產生的機械剪切力、衝擊力作用下反應生成前驅物，球磨機的轉速在450轉/分鐘，球磨30分鐘即可使硝酸鑭，硝酸鈰與碳酸銨完全發生化學反應生成前驅物碳酸鑭和碳酸鈰，均勻分布於白雲母表面，球磨時加入乙醇，乙醇的加入量以被球磨體系保持分散為限；
4、前驅物除雜
前驅物碳酸鑭和碳酸鈰除雜採用洗滌過濾法，洗滌劑為蒸餾水，洗滌過濾三次；
5、前驅物乾燥
除雜後的碳酸鑭和碳酸鈰與白雲母在50°C下烘乾，時間為5小時；
6、前驅物熱分解
將烘乾後的碳酸鑭和碳酸鈰與白雲母置於馬弗爐中，熱分解溫度控制在750°C，保溫3小時，可得到納米氧化鑭、氧化鈰包覆的超細白雲母複合粉體；
將納米氧化鑭、氧化鈰包覆的超細白雲母複合粉體表面改性後以不同比例(0.5%-3%)加入基礎油或潤滑脂中，在四球磨損中可降低摩擦係數，減小摩擦副磨斑直徑。
[0018]實施例6:
本實施例中，以800目白雲母為原料，反應體系為氯化鑭，氯化鈰，配體為草酸，工藝流程如圖1所示，依次有以下步驟
1、配料
稱取0.96mol白雲母,0.02mol氯化鑭，0.02mol氯化鋪，0.16mol草酸
2、混料
將稱取的白雲母、氯化鑭、氯化鈰與草酸進行混合，直至均勻為止；
3、室溫球磨化學反應法製備前驅物
將混合均勻的白雲母、氯化鑭、氯化鈰與草酸在室溫、常壓下進行球磨，使其在球磨過程中產生的機械剪切力、衝擊力作用下反應生成前驅物，球磨機的轉速在400轉/分鐘，球磨40分鐘即可使白雲母、氯化鑭、氯化鈰與草酸完全發生化學反應生成前驅物草酸鑭和草酸鈰，均勻分布於白雲母表面，球磨時加入丙酮，丙酮的加入量以被球磨體系保持分散為限；
4、前驅物除雜
前驅物草酸鑭和草酸鈰除雜採用洗滌過濾法，洗滌劑為蒸餾水，洗滌過濾三次；
5、前驅物乾燥
除雜後的草酸鑭和草酸鈰與白雲母在40°C下烘乾，時間為6小時；
6、前驅物熱分解將烘乾後的草酸鑭和草酸鈰與白雲母置於馬弗爐中，熱分解溫度控制在900°C，保溫2小時，可得到納米氧化鑭、氧化鈰包覆的超細白雲母複合粉體；
將納米氧化鑭、氧化鈰包覆的超細白雲母複合粉體表面改性後以不同比例(0.5%-3%)加入基礎油或潤滑脂中，在四球磨損中可降低摩擦係數，減小摩擦副磨斑直徑。
【權利要求】
1.本發明涉及一種可用於潤滑油、潤滑脂等領域的納米稀土氧化物包覆超細白雲母複合粉體及其製備方法，其特徵在於以白雲母粉體、稀土鹽及其配體為原料，工藝步驟依次如下: 1)配料 稱取一定量的白雲母粉體、稀土鹽與配體，稀土鹽與配體的摩爾比為1: 2-6，稀土氧化物佔複合粉體的摩爾百分比為廣10%; 2)混料 將白雲母粉體、符合比例的稀土鹽及其配體進行混合，直至均勻為止； 3)室溫球磨固相化學反應法製備前驅物 將混合均勻的反應體系進行球磨，使其在球磨過程中產生的機械剪切力、衝擊力作用下細化白雲母，同時稀土鹽與其配體發生化學反應生成稀土前驅物，直至完全發生化學反應為止，球磨時加入潤滑劑，潤滑劑的加入量以被球磨體系保持分散為限； 4)前驅物除雜 前驅物除雜採用洗滌過濾法； 5)前驅物乾燥 前驅物乾燥採用自然風乾或 在30-80°C下烘乾； 6)前驅物熱分解 前驅物熱分解溫度控制在400—900°C，時間為2—4小時，可得到表面包覆稀土氧化物的超細白雲母複合粉體； 上述步驟中，稀土鹽為硝酸鑭、硝酸鈰、氯化鑭或氯化鈰中的一種或多種，配體為草酸、碳酸銨或碳酸氫銨；球磨時所加入的潤滑劑為乙醇或丙酮。
【文檔編號】C10N30/06GK104046407SQ201410167836
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年4月24日 優先權日:2014年4月24日
【發明者】朱達川, 王大吉, 王莉, 李華峰, 陳國需 申請人:四川大學