CN101070505B

CN101070505B - 一种抗磨修复剂及其制备方法和应用

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Publication number: CN101070505B
Application number: CN2006100787328A
Authority: CN
Inventors: 韩永存
Original assignee: Individual
Current assignee: Dongguan Guoding Energy Saving Technology Co ltd
Priority date: 2006-05-10
Filing date: 2006-05-10
Publication date: 2011-08-03
Anticipated expiration: 2026-05-10
Also published as: CN101070505A

Abstract

本发明涉及化工领域，公开了一种抗磨修复剂及其制备方法和应用，其特征在于本发明的抗磨修复剂包括氧化铁含量<2％的层状硅酸盐矿物粉、六方氮化硼、分散剂、基础油，其中层状硅酸盐矿物粉中氧化铁含量<1％，粒度要求为D₉₇<1微米；六方氮化硼的粒度要求为D₉₇<1微米；本发明还公开了该抗磨修复剂的制备方法及其应用。本发明的抗磨修复剂具有良好的分散稳定性，并能与润滑油任意混合，使润滑油具有补偿磨损的又一大功能。使用本发明的抗磨修复剂后，能够在摩擦表面获得润滑性碳氧化膜，该膜具有高硬度、高光洁度、低摩擦系数、低磨损率、自补偿、自愈合、自修复的能力，为设备维护、保养提供了一种免拆维修的可能。

Description

一种抗磨修复剂及其制备方法和应用

技术领域：

本发明涉及化工领域，特别涉及纳米技术和机械免拆维修与润滑油脂技术领域，特别涉及一种抗磨修复剂及其制备方法和应用。

背景技术：

在机械设备中，摩擦的存在消耗了部分能量，降低了设备的效率；磨损的发生会使零部件逐渐降低尺寸精度而失效，甚至造成设备报废。为减少或抑制摩擦磨损，除进行合理的摩擦学设计外，还必须采取各种减磨抗摩措施，采用的方式有以下几种：一是减少或控制造成磨损的条件，如腐蚀、疲劳、粘着、侵蚀、磨粒磨损等；二是提高摩擦面的耐磨性能，如表面合金化，渗硫，渗硼等，或使材料具有自组织、自恢复的能力；三是在摩擦磨损过程中通过形成新的补偿层来弥补磨损。而以上三种措施都可以通过对润滑油品配方的设计和利用摩擦产生的物理化学作用来实现。

由于润滑油、润滑脂的理化性质受摩擦面运动时或环境变化时产生的温度、压力等因素变化的影响，难以有效润滑及控制磨损。为弥补润滑油、润滑脂的缺陷，目前常用的方法是向其中加入各种有机、无机化合物添加剂，而这些物质大致可归为以下几类：

①有机金属化合物，如二烷基二硫代磷酸锌等；

②含硫、磷、氯等活性元素的有机化合物，如硫化异丁烯等；

③具有层状等特殊结构的固体润滑剂，如二硫化钼等；

④微米、纳米级软金属，如铜等。

上述①②类物质大都是油溶性化合物，在边界润滑及混合润滑条件下，通过热分解等方式，在金属磨斑的表面形成吸附膜、反应膜或渗透膜，从而改善摩擦面的润滑状态。但是，当摩擦温升较高时，吸附膜会分解，或这些化合物的某些分解产物会对金属材料有腐蚀作用，同时在高温时的分解消耗，使其性能降低。③类物质可以在煎切力作用下很容易发生晶面滑移，从而降低磨损，但是在较低温度下其润滑性能不足。以上三类物质都不能对已出现的磨损进行修复。④类物质在摩擦过程中虽然可以渗入金属表面，或填充在摩擦表面的凹陷中，可以提高摩擦面的承载面积，具有一定的修复磨损的能力，但是新形成的修复表面往往没有原表面更耐磨，随材料在润滑***中减少，其修复效果将很快消失。

另外，最新的方法是利用氧化物抗磨、减磨。因为大量的机械设备工作在大气环境中，无论是在润滑、干摩擦、特别是在高温条件下，其摩擦表面必然会氧化，氧化物将参与摩擦磨损过程。在一定条件下氧化磨损将成为磨损的主导机制。而摩擦氧化与热氧化有本质的不同，这是由于摩擦状况下固体机械相互作用引起固体表面的结构变化和物理变化所致，摩擦使金属产生各种缺陷，温度升高、弹塑性变形、表面扩大、诱发电子等，从而使氧化速率加快，而且可以产生与热氧化反应不同的生成物。随着氧化物减磨及耐磨现象研究的不断深入，发现在通常润滑条件下形成的自发性氧化膜的结构并不够稳定，会发生氧化膜破裂；厚度不足，不能有效承载载荷；致密性不足，硬度不高，不能有效降低粘着磨损；形成速率低，小于磨损速率时不能提供有效的减磨。因此利用氧化物减磨一直没有得到被广泛应用。

发明内容：

本发明的目的是克服现有氧化物抗磨、减磨技术的不足，提供一种用于在摩擦表面获得润滑性碳氧化膜的抗磨修复剂及其制备方法和应用。

利用氧化物减磨的必要条件之一是：氧化膜的形成速率必须大于其机械磨损的去除速率，所以必须找到一种特别是在有润滑介质存在的情况下能够加速氧化膜形成的物质，是解决该问题的关键。

通过大量的试验，我们发现层状硅酸盐材料对碳氧化膜的形成具有催化作用，它能够在摩擦过程中释放出自由的氧，并且能够加速润滑油分解的碳及其他轻元素(氮、硼)向金属摩擦表面扩渗，进而形成润滑性碳氧化膜。

本发明的技术方案如下：

发明一种抗机械磨损修复剂，其特征在于包括氧化铁含量＜2％的层状硅酸盐矿物粉、六方氮化硼、分散剂、基础油，其中层状硅酸盐矿物粉粒度要求为D₉₇＜1微米；六方氮化硼的粒度要求为D₉₇＜1微米。

作为进一步的改进，所述的抗磨修复剂，其特征在于所述的层状硅酸盐矿物粉中氧化铁含量＜1％。

所述的抗磨修复剂，其特征还在于所述的分散剂为十二烷基磺酸钙、十二烷基磺酸钠、油酸钾、十二羟基硬脂酸锂、中性石油磺酸钙、失水山梨醇单月桂酸酯、脂肪胺聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、聚乙二醇中的一种或多种混合物。

所述的的抗磨修复剂，其特征在于所述层状硅酸盐矿的粒度要求为D₉₇＜100纳米，六方氮化硼的粒度要求为D₉₇＜200纳米。

所述的的抗磨修复剂，其特征在于六方氮化硼与层状硅酸盐的重量比为0.1∶1～10∶1，六方氮化硼与层状硅酸盐的重量之和与分散剂的重量比为0.1∶1～5∶1。

所述的抗磨修复剂，其特征在所述的六方氮化硼与层状硅酸盐重量比为0.8∶1～2∶1。

所述的抗磨修复剂，其特征在于所述六方氮化硼与层状硅酸盐重量比为1∶1，六方氮化硼与层状硅酸盐的重量之和与分散剂的重量比为1.5∶1。

所述的抗磨修复剂，其特征还在于所述层状硅酸盐可以是绿泥石、蛇纹石、绿锥石、肾硅猛矿的一种或几种的混合物。

所述的一种抗磨修复剂，其特征在于所述的层状硅酸盐是蛇纹石。

本发明还提供了本发明的一种抗磨修复剂的制备方法，如下：

所述的任一种抗磨修复剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)将选定的层状硅酸盐矿经过粉碎、磁选、球磨、浮选、超声、磁选、烘干、球磨加工成粒度为小于10微米的超细粉体，得粉体I；

(2)使用高能球磨机对粉体I进行加工，加工时间为1～20小时；球料比为5∶1～20∶1，加工成粒度为纳米级的粉体II；

(3)将六方氮化硼用高能球磨机在保护气氛中加工，加工时间为1～18小时，优选12小时；球料比为5∶1～20∶1，得粉体III；

(4)使用行星球磨机将粉体II与粉体III按配方设计比例混合得粉体IV，加入分散剂加工10～60分钟，得溶液I；粉体IV与分散剂的质量比为0.1∶1～5∶1。

(5)使用高能球磨机将溶液I与适当比例的基础油混合后加工，以混合物能在磨球表面自然流动为准，加工时间为1～20小时，得溶液II；球料比为5∶1～25∶1。

(6)将溶液II放入超声分散机中进行超声振荡，时间为30～60分钟。

所述的一种抗磨修复剂的制备方法，其特征在于所述的步骤(2)中，加工时间优选6小时；球料比优选10∶1，步骤(3)中，加工时间优选12小时；球料比，优选10∶1；步骤(4)中，加入分散剂的加工时间优选50分钟；粉体IV与分散剂的质量比为0.1∶1～5∶1，优选1.5∶1；步骤(5)中，加工时间优选8小时，球料比优选15∶1；步骤(6)中，最好超声振荡时间是50分钟。

所述的一种抗磨修复剂的制备方法，其特征在于所述的保护气为：氮气。

所述的一种抗磨修复剂的制备方法，其特征在于所述的保护气为：氩气。

本发明的抗磨修复剂应用如下：

所述的任一种抗磨修复剂添加到润滑油，制成特殊的润滑油。

所述的特殊的润滑油，其特征在于层状硅酸盐矿物粉在润滑油中的浓度为0.01g/L～2g/L

所述的特殊的润滑油，其特征在于层状硅酸盐矿物粉在润滑油中的浓度为0.1g/L。

所述的任一种抗磨修复剂添加到润滑脂中，制成特殊的润滑脂。

所述的特殊的润滑脂，其特征在于层状硅酸盐矿物粉在润滑油中的浓度为0.01g/kg～10g/kg。

所述的特殊润滑脂，其特征在于层状硅酸盐矿物粉在润滑油中的浓度为0.5g/kg。

由于本发明的抗磨修复剂进入摩擦副后，在一定的摩擦环境及摩擦能的作用下，将发生复杂的机械、化学摩擦反应，在摩擦表面形成一层致密的润滑性碳氧化膜。进而使摩擦副表面的化学成分，物相及微组织结构发生改变。

该碳氧化膜成分以铁的氧化物(Fe₃O₄、Fe₂O₃、FeO)为主，氧含量由表面向内逐渐降低，厚度可达到10微米；还包括自由C及Fe₃C，碳含量由表面向内逐渐降低，也可包含氮化物、硼化物；

该碳氧化膜与基体紧密结合，具有很高的结合强度，不会受温度变化影响而脱落；

该碳氧化膜具有比基体更高的硬度，其显微硬度可达到Hv 600～1400；

该碳氧化膜具有比油膜润滑更低的摩擦系数μ0.001～0.005；

碳氧化膜的形成对磨损起到补偿修复作用。

显然润滑性碳氧化膜与摩擦氧化膜有显著的不同。

因此，含有本发明抗磨修复剂在减磨抗摩及磨损自修复等方面具有更大的优势，并且能够在设备运行中自动形成，自动保护摩擦表面，自动降低摩擦系数，自动补偿修复磨损等。

本发明的一种抗磨修复剂能够长期稳定保存，也可以与润滑油、润滑脂混合使用，对所施加的润滑油无任何不良影响；可以在涉及各种摩擦磨损的机械设备领域广泛应用。本发明的抗磨修复剂能够促进摩擦表面润滑性氧化膜的生成，进而获得更优异的抗摩表面，并且对磨损表面的自动补偿修复功能也很明显；经过改性包裹的纳米材料在体系中稳定分散，不团聚、不沉淀，这也是本发明能够取得成功的关键。本发明所述产品的制备选用普通矿物、工业制剂为原料，制备工艺简单，成本低廉，所有粉体加工过程都在密闭空间内完成，对环境无污染。

附图说明

图1为未使用本发明的抗磨修复剂进行磨损实验的HT200下试件的SEM像

图2为使用本发明的抗磨修复剂进行磨损实验的HT200下试件的SEM像

图3使用添加了本发明的抗磨修复剂的特殊润滑油工作后的小型货运柴油车的汽缸套表面的碳氧化膜的SEM像

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的说明。

实施例1选用绿泥石与蛇纹石混合矿物经粉碎、磁选、球磨、浮选、超声、磁选、烘干、球磨加工得到的100克粉体用高能球磨加工6小时；将10克六方氮化硼用高能球磨机在氮气中加工8小时，与分散剂十二烷基磺酸钙、十二烷基磺酸钠各40克在行星球磨机混合50分钟；加基础油126克在高能球磨中加工8小时，然后在超声中分散50分钟得到本发明的抗磨修复剂。

实施例2选用蛇纹石矿物经粉碎、磁选、球磨、浮选、超声、磁选、烘干、球磨加工得到的50克粉体用高能球磨加工5小时；将50克六方氮化硼用高能球磨机在氮气中加工8小时；与分散剂十二烷基磺酸钙20克、十二烷基磺酸钠各20克、脂肪胺聚氧乙烯醚10克、烷基酚聚氧乙烯醚10克在行星球磨机混合50分钟；加基础油125克在高能球磨中加工10小时，然后在超声中分散50分钟也可制得本发明的抗磨修复剂。

实施例3将实施例1制备的本发明的抗磨修复剂称取1.5克，量取聚乙二醇辛基苯基醚10毫升，15W40/SJ发动机油300毫升，混合后用超声波振荡24小时。结果表明，所得到的修复剂具有良好的分散稳定性。

实施例4.将实施例2制备的本发明的抗磨修复剂称取2克，按1％添加到SJ 15W40机油中，机械搅拌20分钟，存放。结果表明存放1年没有任何沉淀物析出，表明其具有良好的分散稳定性。

实施例5.将实施例2制备的抗磨修复剂称取0.5克，与100毫升基础油混合均匀，在立式万能摩擦磨损试验机上进行摩擦磨损试验，选用45号钢为上试样，HT200为下试样，与没有添加修复剂的基础油在同样试验条件下进行磨损试验。图1为普通基础油磨损120小时后的SEM像，图2为添加本发明的抗磨修复剂，磨损120小时后的SEM像，可以看出其对金属摩擦表面的修复能力。我们对两试件磨损表面进行了XPS分析，并用氩离子溅射60分钟，仪器检测到的各元素原子百分含量如下：

可以看出，使用本发明的抗磨修复剂增加碳、氧、氮、硼元素向基体内扩渗的深度，即使溅射60分钟碳、氧浓度仍然高于基体浓度，也就是说润滑性碳氧化膜的厚度大于溅射厚度，显然是修复剂加速了碳氧化膜的生成。

试验完毕时测量下试样磨损表面测试显微硬度及质量变化：

可见显微硬度提高了3.5倍，磨损率降低了80％。

实施例6.将实施例2制备抗磨修复剂，按5％添加到润滑油中，在小型货运柴油车上进行试验，加入后走行5000千米，解体发动机，拆解汽缸套，并切割汽缸套进行碳氧化膜观察，如图3所示，在汽缸套表面形成厚度大约9微米的碳氧化膜保护层，使用原子力显微镜测量其表面粗糙度为Ra：0.0107微米，属于精密加工精度；汽缸原有划伤已被修复。

实施例7.按实施例1制备的抗磨修复剂，按5％添加到润滑油中，在本田雅阁型车上进行试验，该车试验前已经走行20万千米，未大修，动力不足、噪音大、油耗高；加入本发明的抗磨修复剂走行1000千米后检测，前后汽缸压力如下：

状态	汽缸1/公斤力	汽缸2/公斤力	汽缸3/公斤力	汽缸4/公斤力
					使用前	9.7	8.9	9.6	10.5
使用后	12.7	13.6	12.8	13.6

该车走行1000千米后动力明显提升、加速性提高、噪音降低、油耗降低12％。

综合以上测试结果可见本发明所述的抗磨修复剂能够在摩擦表面获得润滑性碳氧化膜，并对机械设备的减磨抗磨及自修复都具有十分明显的应用效果。

Claims

1.一种抗磨修复剂，其特征在于包括氧化铁含量＜1％的蛇纹石、六方氮化硼、分散剂、基础油，所述蛇纹石的粒度要求为D₉₇＜100纳米；六方氮化硼的粒度要求为D₉₇＜200纳米，六方氮化硼与蛇纹石的重量比为0.1∶1～10∶1。

2.根据权利要求1所述的抗磨修复剂，其特征在于所述的分散剂为十二烷基磺酸钙、十二烷基磺酸钠、油酸钾、十二羟基硬脂酸锂、中性石油磺酸钙、失水山梨醇单月桂酸酯、脂肪胺聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、聚乙二醇中的一种或多种混合物。

3.根据权利要求2所述的抗磨修复剂，其特征在于六方氮化硼与蛇纹石的重量之和与分散剂的重量比为0.1∶1～5∶1。

4.根据权利要求3所述的抗磨修复剂，其特征在于所述的六方氮化硼与蛇纹石重量比为0.8∶1～2∶1。

5.根据权利要求4所述的抗磨修复剂，其特征在于所述六方氮化硼与蛇纹石重量比为1∶1，六方氮化硼与蛇纹石的重量之和与分散剂的重量比为1.5∶1。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的抗磨修复剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)将选定的蛇纹石矿经过粉碎、磁选、球磨、浮选、超声、磁选、烘干、球磨加工成粒度为小于10微米的超细粉体，得粉体I；

(3)将六方氮化硼用高能球磨机在保护气氛中加工，加工时间为1～18小时；球料比为5∶1～20∶1，得粉体III；

(4)使用行星球磨机将粉体II与粉体III按配方设计比例混合得粉体IV，加入分散剂加工10～60分钟，得溶液I；粉体IV与分散剂的质量比为0.1∶1～5∶1；

(5)使用高能球磨机将溶液I与适当比例的基础油混合后加工，以混合物能在磨球表面自然流动为准，加工时间为1～20小时，得溶液II；球料比为5∶1～25∶1；

7.根据权利要求6所述的一种抗磨修复剂的制备方法，其特征在于所述的步骤(2)中，加工时间优选6小时；球料比优选10∶1，步骤(3)中，加工时间优选12小时；球料比，优选10∶1；步骤(4)中，加入分散剂的加工时间优选50分钟；粉体IV与分散剂的质量比为0.1∶1～5∶1；步骤(5)中，加工时间优选8小时，球料比优选15∶1；步骤(6)中，最好超声振荡时间是50分钟。

8.根据权利要求6所述的一种抗磨修复剂的制备方法，其特征在于所述的步骤(3)中，加工时间优选为12小时。

9.根据权利要求7所述的一种抗磨修复剂的制备方法，其特征在于所述的步骤(4)中，粉体IV与分散剂的质量比优选为1.5∶1。

10.根据权利要求7所述的一种抗磨修复剂的制备方法，其特征在于步骤(3)所述的保护气为：氮气。

11.根据权利权求7所述的一种抗磨修复剂的制备方法，其特征在于步骤(3)所述的保护气为：氩气。

12.一种润滑油，其特征在于添加了权利要求1-5中任一项所述的抗磨修复剂。

13.根据权利要求12所述的润滑油，其特征在于蛇纹石在润滑油中的浓度为0.01g/L～2g/L。

14.根据权利要求13所述的润滑油，其特征在于蛇纹石在润滑油中的浓度为0.1g/L。

15.一种润滑脂，其特征在于添加了权利要求1-5中任一项所述的抗磨修复剂。

16.根据权利要求15所述的润滑脂，其特征在于蛇纹石在润滑脂中的浓度为0.01g/kg～10g/kg。

17.根据权利要求16所述的润滑脂，其特征在于蛇纹石在润滑脂中的浓度为0.5g/kg。