CN1127559C - 一种金属陶瓷润滑剂及其制造方法 - Google Patents
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本发明属于润滑油介质的制备领域。更适用于汽车行业所使用的耐磨润滑油及该油的制备方法。本发明润滑剂是采用5-15%润滑添加剂和85-95%的载液所组成。润滑添加剂是由纳米金属粉、纳米陶瓷粉和分散剂均匀混合组成。载液为矿物油、PAO和二酯中任意一种。本发明金属陶瓷润滑剂与现有技术相比较，具有超强润滑作用，对汽车发动机噪音也明显降低，并能自动修复发动机内刮伤，增加功率和降低排污。
Description
本发明属于机械运行用润滑油介质的制备领域。特别适用于汽车行业所使用的耐磨润滑油和这种润滑油的制造方法。
在人们的日常生活或生产中，使用汽车或机械是必不可少的，而机械润滑是机械运行和维护不可缺少的组成部分。根据摩擦零件的工作条件和润滑油(酯)在摩擦表面所起的作用，机械零件的润滑可分为两种类型：流体润滑及边界润滑。在流体润滑状态下，降低润滑油粘度就可以降低摩擦能量损失，但在边界润滑条件下，降低摩擦最有效途径是选择恰当地润滑添加剂。
极压抗磨剂和摩擦改进剂。传统的减摩、抗磨剂可分为两类：一类为油溶性有机化合物(包括有机金属化合物)，另一类为非油溶的固体润滑添加剂型。油溶性有机化合物包括：常用的分子中含硫、磷、氯等活性元素如以硫化烯烃、磷酸酯和氯化石蜡为代表的极压抗磨剂、有机物分子中不含活性元素的极压抗磨剂如近年发展起来的有机硼以及由Furey等发现的由二聚酸和醇组成的一种复合剂；有机金属化合物包括：单纯的有机金属化合物如环烷酸铅、以二烷基二硫代磷酸锌为代表的含活性元素的有机金属化合物与油溶性有机钼等。油溶性有机化合物在其溶解度范围内可与润滑油(酯)混合，能改善润滑油(酯)的品质。但是油溶性有机化合物在较高温度时易分解消耗，承载能力低，并还可能对有色金属(银、锡)的轴承有腐蚀作用，再有采用活性元素的有机化合物作润滑添加剂时，硫、磷、氯虽然是起润滑作用的关键元素，但含硫、磷、氯的油基减摩、抗磨剂不仅对人体有害，而且污染环境，如磷元素能使汽车所安装的催化转化器中毒，从而影响汽车的排放；不含活性元素的抗磨剂如有机硼添加剂很容易因水解而丧失润滑功能。而固体润滑添加剂，如常用的MoS2，石墨、PTFE、陶瓷等虽然有一定的润滑作用，但这些固体润滑添加剂的主要缺点是，由于固体粉末颗粒度较大，在润滑油中的分散不稳定，或与油品兼溶性差等原因，使产品在使用时达不到理想效果。
本发明的目的是提出一种具有抗磨、减摩、修复功能好，而且对机械部件没有腐蚀作用和环保的金属陶瓷润滑剂及其制造方法。
根据本发明的目的，我们所提出的解决方案是将纳米金属粉末与纳米陶瓷粉末进行混合后再均匀地分散在载体油体中，使纳米粉末在载体油中形成稳定的悬浮体。根据上述原理，我们所设计的金属陶瓷润滑剂是由润滑添加剂和载液组合而成，其特征在于金属陶瓷润滑剂各组份的重量含量百分比分别为：润滑添加剂含量为5-15％，分散剂与载液含量为85-95％，其中在润滑添加剂中的固体粉料和分散剂的含量分别为：
金属粉末——2.5％-14.25％；
陶瓷粉末——0.5％-2.5％；
分散剂——0.5％-1.5％。
在本发明金属陶瓷润滑剂中其他特征还有润滑添加剂是由固体粉料中金属粉料和陶瓷粉料为纳米粉料，经纳米金属粉和纳米陶瓷粉与分散剂均匀混合后组成。
在金属陶瓷润滑剂中载液是指矿物油、PAO和二酯中的任意一种润滑油。在固体粉料中的纳米金属粉是指铁粉、氧化铁粉，铜粉、锌粉、铁合金粉和铜合金粉中的任意一种或两种组合后再与任意一种纳米陶瓷粉混合。在固体粉料中的纳米陶瓷粉是指碳化硅粉、氮化硅粉、金刚石粉和碳化硅与金刚石混合粉中的任意一种与纳米金属粉料混合组成。在润滑添加剂中的分散剂是指A1长链多氨基酰胺、A2高分子酸酯的盐、A3长链多氨基酰胺磷酸盐、A4高分子聚羧酸盐、A5甘油脂肪酸磷酸和A6脂肪酰二乙醇胺中的任意一种。
本发明金属陶瓷润滑剂的制造方法与现有技术基本相同，首先将润滑添加剂中固体粉料按设定含量与分散剂进行搅拌混合均匀后再与载液油球磨混合，然后经液流粉碎、离心过滤及性能检测，其特征在于固体粉料中金属纳米粉料平均粒度为20-40nm，纳米陶瓷粉料的平均粒度为30-45nm。
本发明金属陶瓷润滑剂的基本工作原理是将固体纳米金属陶瓷粉通过混合方式，被均匀地分散于载体油中而形成稳定的悬浮体系。在本发明金属陶瓷润滑剂中，当适量的纳米润滑添加剂加入普通润滑油(酯)中，纳米颗粒由于粒度很小，极易进入摩擦表面，这些粒子如同“球轴承”，微观上将滑动摩擦变为滚动摩擦，大大降低了摩擦阻力，纳米颗粒巨大的表面活性可形成强度更高、更厚的油膜，使摩擦副表面能很好地分离，从而大大提高了普通润滑油(酯)的抗磨及减摩效果；由于纳米颗粒有较高的表面活性，还可使颗粒直接吸附到划痕或微坑处起修复作用，并可根据修复量的多少来确定其添加量，克服了有机化合物在润滑油(酯)中受溶解度限制，作为反应物制约了大量修复产物生成的弊端。纳米金属、陶瓷类润滑添加剂中纳米金属颗粒还由于其膨胀系数与大多数金属接近，当它附着在摩擦副上时，不会产生温度导致的公差变化，良好的导热性也可保证在高速运转时不会产生过热，并能与低粘度油匹配，在高负载和振动的条件下仍能保持润滑膜的存在，特别适合在重载、高(低)速、高(低)温及振动条件下工作。此外，由于纳米颗粒是以类似胶体的形式分散于油(酯)中，所以当润滑油漏掉或由于某种原因(如强挤压等)使油脂失去，沉降在摩擦表面上的纳米颗粒在相当长的时间内仍能起到润滑作用。
通过试验得出，采用普通润滑油加入5％的纳米金属、纳米陶瓷(纳米金刚石)润滑添加剂后，其抗磨能力大幅度提高，润滑油的油膜破裂强度PB值由原来的98.5kgf提高到100～102kgf，磨损值d30 120由2.283mm下降到2mm以下，加入适量纳米金属、陶瓷粉末润滑添加剂的磨损值甚至仅有1.315mm，而此时添加微米级的金属添加剂(对比油样)的磨损值为2.203mm；在载荷值为120Kgf，润滑10分钟后、断油延续10分钟的条件下，普通润滑油(长城SE15W/40机油)的延续时间约为6分钟，而添加5％的纳米润滑添加剂的同一机油延续时间一般都在20分钟以上，最高可达40分钟以上。
采用本发明金属陶瓷润滑剂与现有技术相比较，具有超强润滑作用，大幅度减少了发动机内部阻力，发动机怠速提高20％，启动电流下降3％，发动机的温度及及噪音也明显降低；而添加剂中的纳米颗粒，由于能自动修复摩擦表面的刮伤，减少了旧发动机吃机油现象，汽车尾气中有害气体CO值由添加前的3％下降到0.74％，四缸缸压增加和为120KPa，等速油耗下降4％，实际百公里油耗下降10％左右，缸筒、曲轴、大小轴瓦等没有腐蚀现象发生，油路干净，无沉积，行驶4.8万公里无磨损。
实施例
本发明实施例是根据不同的使用要求而分别配制的金属陶瓷润滑剂，为了对比方便，同时也在对比表中列举了几种现有技术润滑剂的成份及对比结果，在对比序号1-8为本发明成份的金属陶瓷润滑剂的实施例，9，10为现有技术实施例。本发明实施例的润滑添加剂在固体粉料与分散剂均按表1中含量配制，然后再均匀搅拌混合后与载液油进行球磨混合，在液流粉碎、离心过滤和性能检测后进行的对比试验。下列对比表是表1本发明实施例与现有技术成份的对比表，表2为本发明润滑剂与现有技术的摩擦、磨损对比结果试验表，表3为本发明润滑剂的理化分析报告表。在上述的对比表中，A为分散剂的种类，其中A1为长链多氨基酰胺，A2为高分子酸酯的盐，A3为长链多氨基酰胺磷酸盐，A4为高分子聚羰酸盐，A5为甘油脂肪酸磷酸，A6为脂肪酰二醇胺。
在表2中(1).表中油样1、2、3、4、5、6、7分别为按5％添加表1中不同纳米金属陶瓷润滑添加剂样品1、2、3、4、5、6、7的长城SE15W/40机油；(2).对比油样为添加5％美国特耐磨引擎镀铜添加剂(微米级)的SE15W/40机油；(3).摩擦系数是在载荷值为120kgf，滴油润滑条件下所测；(4).延续时间为在载荷值120kgf，润滑10分钟后，断油延续10分钟的条件下所测。
根据以上对比试验可看出，本发明金属陶瓷润滑剂具有很好的抗磨、减摩修复功能，与现有技术相比较，具有较明显的使用效果。
表1本发明实施例与现有技术的成份粒度对比表
注：3*80Fe20Ni；5*75Cu25Zn；6*70Cu30Pb；表2.不同纳米金属、纳米陶瓷(纳米金刚石)润滑添加剂摩擦、磨损对比实验：
表3.纳米金属、纳米陶瓷(纳米金刚石)润滑添加剂理化分析报告
注：1#为长城SE15W/40机油；2#为表2中4号油样。
| 序号 | 润滑添加剂 | 分散剂与载液混合后总含量 | ||||||||||
| 固体粉料 | ||||||||||||
| 金属粉末 | 平均粒度(nm) | 含 量(％) | 陶瓷粉末 | 平均粒度(nm) | 含 量(％) | 固体粉料总含量％ | 分散剂 | 含量(％) | 矿物油PAO二酯(％) | 载液总含量％ | ||
| 1 | 铁粉 | 25nm | 4.25％ | 碳化硅 | 40nm | 0.75％ | 5％ | A1 | 0.5％ | 矿物油 | 94.5％ | 95％ |
| 2 | 铁与氧化铁 | 25nm | 14.25％ | 碳化硅氮化硅 | 40nm | 0.5％ | 15％ | A2 | 0.8％ | 矿物油 | 84.2％ | 85％ |
| 3* | 铁镍合金 | 23nm | 13.5％ | 氮化硅 | 35nm | 1.5％ | 15％ | A3 | 1％ | 二酯 | 84％ | 85％ |
| 4 | 铜粉 | 28nm | 2.5％ | 纳米金刚石粉 | 40nm | 2.5％ | 5％ | A1 | 1％ | PAO | 94％ | 95％ |
| 5* | 铜锌合金 | 32.2nm | 14.25％ | 碳化硅 | 40nm | 0.75％ | 15％ | A4 | 0.9％ | 矿物油 | 84.1％ | 85％ |
| 6* | 铜铝合金 | 34.5nm | 9.5％ | 氮化硅 | 35nm | 0.5％ | 10％ | A5 | 1.2％ | 二酯 | 88.8％ | 90％ |
| 7 | 锌粉 | 25.4nm | 2.5％ | 纳米金刚石与碳化硅混合粉 | 35nm | 2.5％ | 5％ | A6 | 1.5％ | 矿物油 | 93.5％ | 95％ |
| 8 | 对比油样美国特耐磨 | 25μm | 20％ | / | / | / | 20％ | / | / | 矿物油 | 80％ | / |
| 9 | 长城测量SE15W/40 | / | / | / | / | / | ||||||
| 序号 | 四球式试验机实验数据 | M-200试验机实验数据 | |||
| 磨损值 | 油膜破裂强度PB值(kgf) | 摩擦系数 | 延续时间(min) | ||
| d30 60(mm) | d30 120(mm) | ||||
| 1 | 0.64 | 1.561 | 102 | 0.117 | 27∶34 |
| 2 | 0.67 | 1.543 | 101.5 | 0.118 | 32∶12 |
| 3 | 0.68 | 1.621 | 101 | 0.118 | 29∶32 |
| 4 | 0.66 | 1.315 | 102 | 0.115 | 40∶38 |
| 5 | 0.69 | 2.003 | 100 | 0.119 | 10∶51 |
| 6 | 0.66 | 1.389 | 101.5 | 0.115 | 29∶17 |
| 7 | 0.67 | 1.347 | 101 | 0.118 | 27∶47 |
| 对比油样 | 0.818 | 2.203 | 102 | 0.119 | 9∶50 |
| 长城SE15W/40机油 | 0.66 | 2.283 | 98.5 | 0.116 | 7∶55 |
| 油样名称 | 1# | 2# | 分析方法 |
| 粘度(mm2/s) | 105.6(40℃) | 105.3(40℃) | GB/T265 |
| 粘度(mm2/s) | 14.66(100℃) | 14.25(100℃) | GB/T265 |
| 倾点(℃) | -31 | -31 | Gb/T3535 |
| 酸值(mgKOH/g) | 1.78 | 1.78 | Gb/T264 |
| 闪点(℃) | 230(开杯) | 227(开杯) | GB/T267 |
| 石油产品粘度指数 | 143 | 138 | GB/T2541 |
Claims (8)
1、一种金属陶瓷润滑剂，其特征在于该金属陶瓷润滑剂的各组份重量含量百分比分别为：润滑添加剂含量为5-15％，分散剂与载液含量为85-95％，其中在润滑添加剂中的固体粉料和分散剂的含量分别为：
金属粉末——2.5％-14.25％；
陶瓷粉末——0.5％-2.5％；
分散剂——0.5％-1.5％。
2、根据权利要求1所述润滑剂，其特征在于金属陶瓷润滑剂中润滑添加剂是指固体粉料中金属粉料和陶瓷粉料与分散剂均匀混合后组成。
3、根据权利要求1所述润滑剂，其特征为载液是指矿物油、PAO和二酯中的任意一种润滑油。
4、根据权利要求1、2所述润滑剂，其特征在于润滑添加剂中金属粉料为纳米金属粉，其平均粒度为20-40nm。
5、根据权利要求1、2所述润滑剂，其特征在于润滑添加剂中陶瓷粉料为纳米陶瓷粉，其平均粒度为30-45nm。
6、根据权利要求1、2所述润滑剂，其特征在于润滑添加剂中的分散剂是指是指长链多氨基酰胺、高分子酸酯的盐、长链多氨基酰胺磷酸盐、高分子聚羧酸盐、甘油脂肪酸磷酸和脂肪酰二乙醇胺中的任意一种。
7、根据权利要求1、4所述润滑剂，其特征在于润滑添加剂中纳米金属是指铁粉、氧化铁粉，铜粉、锌粉、铁合金粉和铜合金粉中的任意一种或两种组合后再与任意一种纳米陶瓷粉混合。
8、根据权利要求1、4，其特征在于润滑添加剂中纳米陶瓷是指碳化硅粉、氮化硅粉、金刚石粉、碳化硅与金刚石混合粉中的任意一种与纳米金属粉料混合组成。
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