专利名称：一种纳米碳材润滑添加剂的制作方法
技术领域：
本发明属于润滑材料制备技术，特别涉及具有很好的生物相容性，可作为机械零部件、生物器件和医用器件的润滑添加剂的一种纳米碳材润滑添加剂。
背景技术：
摩擦磨损在生产生活中广泛存在，它导致消耗大量能源和大量机械零部件失效，给国民经济带来了巨大损失。据估计，仅磨粒磨损每年给工业国家带来的损失就占国民生产总值的1～4％。据德国沃格甫尔(Vogelphol)教授测算，全世界生产的能源约有1/3到1/2损失在摩擦磨损上，英国焦斯特(H.P.Jost)教授指出，全世界的能源有30～50％消耗在摩擦磨损上，也就是说全世界每年约有相当于30亿吨石油的能源白白消耗在摩擦磨损当中。由于摩擦磨损造成的经济损失极为巨大，因此对减摩抗磨方法及机理的研究具有非常重要的意义和极大的实用价值。由于使用润滑剂(油、脂)来减小摩擦降低磨损效率高、效果好，在工农业生产和日常生活中已广泛使用。已知纳米MoS2和FeS做为润滑(添加)剂能有效改善润滑状态、降低摩擦系数。但开发出性能更加优异的纳米润滑添加剂一直是材料研究领域的热点之一。由于碳质纳米材料不会导致显著污染，它是通过石墨电极放电过程中高温电弧的作用产生碳质纳米碳球(又称碳纳米葱)，将其收集后进行表面处理，以利于其在润滑油中能均匀分散，利用其球形形状特征，使其产生类似球形滚珠的作用，使润滑条件改善，使摩擦系数降低和磨损减小，目前尚未见到利用碳质纳米球润滑添加剂来改善润滑性能的相关实验的公开报道。
发明内容
本发明的目的是提出了一种纳米碳材润滑添加剂。其特征在于该材料来源是通过石墨电极放电过程中高温电弧的作用产生碳质纳米碳球(又称碳纳米葱)，将其收集后进行表面处理，以利于其在润滑油中能均匀分散，其制备工艺过程如下(1)将电弧放电装置的电源输出端和石墨电极相连接。
(2)设置电源输出参数输出电流密度为1～2A/mm2，电压16～20V。
(3)启动电源，启动石墨电极进给装置，采用自动调节装置，自动调节进给速度，以保持电弧稳定。
(4)收集碳质纳米球产品并进行纯化采用过滤法收集碳质纳米球，离心法或干燥法脱水。
(5)表面研磨处理将纳米球研磨0.5-1小时。
(6)将收集的碳质纳米球按润滑油的0.02-0.2wt％的比例加入润滑油中，并进行超声分散，达到目测无颗粒状悬浮物、色度均匀的分散状态。
本发明的有益效果是通过实验发现加入碳质纳米润滑添加剂后，显著改善润滑液的抗磨减摩性能，摩擦系数降低了60％以上，表面磨损状况显著改善。并且具有很好的生物相容性，可作为生物器件和医用器件的润滑添加剂材料。因此，开发出性能优异的碳质纳米润滑添加剂材料，具有很重要的实用价值和潜在的在生物器件和医用器件领域中的应用前景。
图1为电弧放电装置和石墨电极连接示意图。
具体实施例方式
本发明提出了一种纳米碳材润滑添加剂。该材料来源是通过石墨电极放电过程中高温电弧的作用产生碳质纳米碳球(又称碳纳米葱)，将其收集后进行表面处理，以利于其在润滑油中能均匀分散，其制备工艺过程如下1)使用的设备电弧放电装置、碳质纳米葱的表面处理装置和碳质纳米球在润滑油中的分散装置。
2)实施方式(1)将电弧放电装置的电源的正输出端和石墨阳极3相连接，电源的负输出端和石墨阴极4相连接，并放入去离子水2中；石墨阳极3还和石墨电极进给装置1连接(如图1所示)；(2)设置电源输出参数输出电流密度为1～2A/mm2，电压16～20V。；(3)启动电源，启动石墨电极进给装置，采用自动调节装置，自动调节进给速度，以保持电弧稳定；(4)收集碳质纳米球产品并进行纯化采用过滤法收集碳质纳米球，离心法或干燥法脱水；(5)表面研磨处理将纳米球研磨0.5-1小时；(6)将收集的碳质纳米球按润滑油的0.02-0.2wt％的比例加入润滑油中，并进行超声分散，达到目测无明显颗粒悬浮物、色泽均匀的状态。
利用石墨电弧放电方法制备出了碳质纳米润滑添加剂(纳米葱)材料，经透射电子显微镜检验，碳质纳米球的直径约为5-30纳米。
将上述碳质纳米球材料进行环块润滑实验，经表面处理后，按润滑油的0.02-0.2wt％的比例加入40#普通润滑油中，并采用超声分散。结果表明，润滑添加剂在润滑油中分散均匀，看不到颗粒悬浮物、色泽均匀。
采用对比实验方法，在环块摩擦磨损试验机上对比分析了有添加剂和无添加剂润滑油的润滑效果，实验载荷约250牛顿，时间2小时。两种对磨材料分别为45#钢，淬火态；GCr15钢，调质。表面粗糙度≤0.45μm。实验结果表明加入润滑添加剂条件下，摩擦系数降低约60％。
权利要求
1.一种纳米碳材润滑添加剂，其特征在于该材料来源是通过石墨电极放电过程中高温电弧的作用产生碳质纳米碳球，将其收集后进行表面处理，以利于其在润滑油中能均匀分散；其制备工艺过程如下(1)将电弧放电装置的电源的正输出端和石墨阳极(3)相连接，电源的负输出端和石墨阴极(4)相连接，并放入去离子水(2)中；石墨阳极(3)还和石墨电极进给装置(1)连接；(2)设置电源输出参数输出电流密度为1～2A/mm2，电压16～20V；(3)启动电源，启动石墨电极进给装置，采用自动调节装置，自动调节进给速度，以保持电弧稳定；(4)收集碳质纳米球产品并进行纯化采用过滤法收集碳质纳米球，离心法或干燥法脱水；(5)表面研磨处理将纳米球研磨0.5-1小时；(6)将收集的碳质纳米球按润滑油的0.02-0.2wt％的比例加入润滑油中，并进行超声分散，达到无明显颗粒悬浮物、色泽均匀的状态。
全文摘要
本发明公开了属于润滑材料制备技术的一种纳米碳材润滑添加剂。该材料是利用石墨电弧放电方法中石墨电极在放电过程中高温电弧的作用产生碳质纳米碳球(又称碳纳米葱)，将其收集后进行表面处理和超声分散，得到直径约为5－30纳米的碳质纳米球。通过实验发现加入碳质纳米润滑添加剂后，显著改善润滑液的抗磨减摩性能，摩擦系数降低了60％以上，表面磨损状况显著改善。并且具有很好的生物相容性，可作为机械零部件、生物器件和医用器件的润滑添加剂材料。因此，开发出性能优异的碳质纳米润滑添加剂材料，具有很重要的实用价值和潜在的在生物器件和医用器件领域中的应用前景。
文档编号C10M125/00GK1632081SQ20041009719
公开日2005年6月29日 申请日期2004年12月14日 优先权日2004年12月14日
发明者姚可夫 申请人:清华大学