具有高石墨化度的納米石墨潤滑油添加劑的製備方法及應用該方法製備的添加劑的製作方法
2023-11-03 20:14:52 1
專利名稱：：具有高石墨化度的納米石墨潤滑油添加劑的製備方法及應用該方法製備的添加劑的製作方法
技術領域：
：本發明涉及一種具有高石墨化度的納米石墨潤滑油添加劑的製備方法，還涉及應用該方法製備的添加劑。該添加劑添加至潤滑油中能夠表現出優異的減摩抗磨性能，從而有效減輕摩擦副的磨損，延緩其使用壽命。
背景技術：
：摩擦磨損廣泛存在於各種機械部件中，是材料破壞與設備報廢的重要原因。在潤滑油中添加摩擦學添加劑是改善摩擦副摩擦學性能的有效技術手段。由於碳材料結構的特殊性，應用碳納米粉體材料作為摩擦學添加劑，將其添加至潤滑油中以改善摩擦副的摩擦磨損性能，效果非常顯著。例如，王豔輝等指出，在鋼鐵材料摩擦副之間加入含納米金剛石顆粒的潤滑油，可使摩擦係數降低約50%，動力消耗明顯減少;塗江平等將片狀納米石墨添加至潤滑油中，有效地提高了潤滑油的減摩抗磨能力和承載能力。膨脹石墨是天然石墨經插層處理後獲得的新型碳材料。由於高溫膨化作用，石墨層與層之間的距離被拉大，因此，採用膨脹石墨為原料，能夠比較容易獲得尺度更小的納米石墨粉體。高能球磨技術是製備納米粉體材料的有效方法，但是，採用高能球磨技術由膨脹石墨製備納米石墨時，會使石墨的石墨化度受到破壞，從而在一定程度上損害石墨的摩擦學性能。因此，採用高能球磨技術同時結合添加特定催化石墨化元素製備具有高石墨化度的納米石墨粉體材料，將其作為潤滑油添加劑應用，可望取得更加優異的減摩抗磨效果。
發明內容為了解決上述技術問題，本發明提供一種具有高石墨化度的納米石墨潤滑油添加劑的製備方法及應用該方法製備的添加劑。一種製備本發明具有高石墨化度的納米石墨潤滑油添加劑的方法是步驟一膨脹石墨蠕蟲的製備通過對天然鱗片石墨進行插層、水洗、高溫膨化等處理獲得膨脹石墨蠕蟲；步驟二石墨微粉體的製備將膨脹石墨蠕蟲置於乙醇溶劑中，採用攪拌機將其破碎成石墨微粉體；步驟三具有高石墨化度的納米石墨納米粉體的製備將石墨微粉體與特定催化石墨化元素按質量比10:1-5:1配製成混合粉體，並將所製備混合粉體在高能球磨機中採用研磨體進行非平衡研磨。球磨時的研磨體為GCrl5軸承鋼鋼球，鋼球與所述混合粉體的質量比(即球料比)為4:1-8:1。球磨機的轉速為260-320轉/分，球磨時間為40-80小時。為防止球磨期間混合粉體發生凝結，球磨機中添加球磨介質，並選用乙醇作為球磨介質。一種應用具有高石墨化度的納米石墨潤滑添加劑的製備方法製備的添加劑，其主要包含納米石墨和特定催化石墨化金屬元素，所述納米石墨與金屬元素的質量比為10:1-5:1。所述特定催化石墨化金屬元素選自於鈦與鎳或鈷的組合，其中，鈦與鎳或鈷的質量比為1:0.5-1:1。本發明的有益效果是，具有高石墨化度的納米石墨潤滑油添加劑在常溫和較高工作溫度下均表現出顯著的減摩抗磨性能，從而能夠有效摩擦副磨損狀況，延緩其工作壽命。具體實施例方式實施例1一膨脹石墨蠕蟲的製備在實驗室條件下，採用化學法製備膨脹石墨。其中，所用原料是粒度為50目的天然鱗片石墨(純度99.9%,產地山東南墅石墨公司)，插層劑為濃度98%的濃硫酸，氧化劑是濃度30%的過氧化氫。在約25'C的室溫下插層處理10分鐘，然後，將插層後的產物水洗至PH值8，之後，再在10(TC下烘乾2小時，在80(TC的溫度下進行高溫膨化處理。獲得膨脹倍數為約220倍的膨脹石墨蠕蟲。一石墨微粉體的製備將膨脹倍數為約220倍的膨脹石墨蠕蟲置於乙醇溶劑中，採用常州國華JJ一3型恆溫定時電動攪拌器攪拌機以300轉/分的轉數對其進行約20分鐘的攪拌，將其破碎成粒度約13微米的石墨微粉體。一具有高石墨化度的納米石墨粉體的製備在實驗室條件下，將石墨微粉4體與特定催化石墨化元素鈦/鎳複合粉體按質量比6:l配製成混合粉體(其中，鈦/鎳複合粉體中，鈦與鎳的質量比為1:0.6，所用鈦粉體與鎳粉體的平均粒度2.0-3.2um，純度均為99.8%，北京友興聯有色金屬有限公司提供)，並將所配製混合粉體在瀋陽新科儀機電設備廠生產的GN-2型高能球磨機中進行非平衡研磨，製備具有高石墨化度的納米石墨粉體。球磨時的研磨體為GCrl5軸承鋼鋼球，鋼球與混合粉體的質量比(即球料比)為6:1，球磨機的轉速為280轉/分，球磨時間為60小時。為防止球磨期間混合粉體發生凝結，選用乙醇作為球磨介質。一潤滑劑配製在SJ15W-40型崑崙潤滑油中添加2.0%(以質量分數計)的具有高石墨化度的納米石墨潤滑添加劑粉體，調配成潤滑劑。為確保納米潤滑添加劑粉體在潤滑油中充分分散，採用山梨糖醇酐油酸酯為分散劑。_石墨化度測定採用日本理學D/max-2500/PC型X射線衍射儀，對膨脹石墨和高能球磨處理獲得的納米石墨的微觀結構進行分析。分析時，使用波長為1.54056A的CuKa射線，工作電壓為40kV。石墨化度由公式G=(0.344-d002)/(0.344-0.3354)計算得出，其中，晶面間距d002二K入/2sine，其值由X射線衍射結果獲得。結果表明膨脹石墨和本發明納米石墨的石墨化度分別為0.95和0.93，石墨化度得到了較好保持。一摩擦學性能評價採用MMU-5G型多功能摩擦磨損試驗機進行摩擦學試驗。其中，試驗溫度為常溫(25°C)，試驗載荷為200牛頓，轉速為250轉/分，試驗時間為1小時，兩種對磨材料分別為GCrl5軸承鋼和45弁鋼。摩擦學試驗結果如表1所不o表1具有高石墨化度的納米石墨潤滑添加劑的摩擦學試驗結果tableseeoriginaldocumentpage5量分數計)納米石墨潤滑添加劑實驗結果表明與純基礎油相比，潤滑油中添加本發明的具有高石墨化度的納米石墨潤滑添加劑粉體時，在較高載荷和常溫環境下，具有明顯的減摩抗磨效應。實施例2本實施例中，在製備具有高石墨化度的納米石墨粉體時，將特定催化石墨化元素變為鈦/鈷複合粉體，且鈦與鈷的質量比為1:0.5。摩擦學性能評價試驗時，試驗溫度分別為200'C，其他製備步驟與參量均同實施例1。石墨化度測定結果表明膨脹石墨和本發明納米石墨的石墨化度分別為0.95和0.92，石墨化度得到了較好保持。表2為試驗溫度為200'C時的摩擦學性能評價結果。表2具有高石墨化度的納米石墨潤滑添加劑的摩擦學試驗結果(200°C)潤滑劑摩擦係數磨損率(mm3/min)基礎油0.129.21xl(T5添加2.0%(以質量分數計)納米石墨潤滑添加劑0.04實驗結果表明與純基礎油相比，潤滑油中添加本發明的具有高石墨化度的納米石墨潤滑添加劑粉體時，在較高載荷下具有明顯的高溫減摩抗磨效應。權利要求1.一種製備具有高石墨化度的納米石墨潤滑添加劑的方法，包括以下步驟步驟一製備膨脹石墨蠕蟲通過對天然鱗片石墨進行插層、水洗、高溫膨化處理獲得膨脹石墨蠕蟲；步驟二製備石墨微粉體將膨脹石墨蠕蟲置於乙醇溶劑中，採用攪拌機將其破碎成石墨微粉體；步驟三製備具有高石墨化度的納米石墨納米粉體將石墨微粉體與特定催化石墨化元素按質量比10∶1-5∶1配製成混合粉體，並將所製備混合粉體在高能球磨機中採用研磨體進行非平衡研磨。2.根據權利要求1所述的製備具有高石墨化度的納米石墨潤滑添加劑的方法，其特徵在於步驟三中所述球磨時的研磨體為GCrl5軸承鋼鋼球，鋼球與所述混合粉體的質量比為4:1-8:1。3.根據權利要求1所述的製備具有高石墨化度的納米石墨潤滑添加劑的方法，其特徵在於所述步驟三中的球磨機的轉速為260-320轉/分，球磨時間為40-80小時。4.根據權利要求1所述的製備具有高石墨化度的納米石墨潤滑添加劑的方法，其特徵在於步驟三中所述球磨機中添加球磨介質，所述球磨介質為乙醇。5.—種採用權利要求1所述方法製備的具有高石墨化度的納米石墨潤滑添加劑，其特徵在於其主要包含納米石墨和特定催化石墨化金屬元素，所述納米石墨與金屬元素的質量比為10:1-5:1。6.根據權利要求5所述的具有高石墨化度的納米石墨潤滑添加劑，其特徵在於所述特定催化石墨化金屬元素選自於鈦與鎳或鈷的組合，其中，鈦與鎳或鈷的質量比為1:0.5-1:1。全文摘要一種具有高石墨化度的納米石墨潤滑添加劑及其製備方法。所述納米石墨潤滑添加劑是以膨脹石墨和特定催化石墨化元素為原料，採用高能球磨技術製備而成。利用特定元素的催化石墨化作用，保障所獲納米石墨粉體具有高石墨化度，從而更加確保納米石墨粉體作為潤滑油添加劑使用時，具有優異的減摩抗磨性能。文檔編號C10M125/00GK101671500SQ200910075649公開日2010年3月17日申請日期2009年9月29日優先權日2009年9月29日發明者張瑞軍申請人:燕山大學