一种含有纳米钻石烯的抗磨液压油及其制备方法与流程

本发明属于纳米粒子添加剂领域，具体涉及一种含有纳米钻石烯的抗磨液压油及其制备方法。

背景技术：

润滑油起到降低摩擦、减少磨损、冷却降温、防止腐蚀、传递动力、减震、绝缘、清洗、密封等作用，润滑油可减少摩擦表面间的摩擦力或其它表面破坏形式的作用，降低摩擦带来的能量消耗和环境污染，因此润滑油被称为机械运转的血液。良好的润滑油不但要有很好的动力性、经济性和安全性，还要有低粘度、低摩擦、低阻力、寿命长、毒性低、气味小、颜色浅、灰分小、使用时限较长、可循环利用、环境友好型等特点。

通常情况下，润滑油是由70%-95%的润滑油基础油与5%-30%的各类添加剂组成。润滑油基础油为主要成分，对润滑油的基本性质起决定性作用；添加剂是润滑油的重要组成部分，可以弥补润滑油基础油性能的不足，改善润滑油性能。

ZDDP具有抗氧、抗腐和抗磨的特性，被广泛用于发动机油、抗磨液压油、工业齿轮油等油品中。由于ZDDP是有灰型的润滑油添加剂，排气中会产生粒状物质的灰分，而环保法规对粒状物质要求加以限制，使得ZDDP的应用受到限制。

目前，高中档润滑油添加剂均为液态的含硫、磷、氯和萜的有机衍生物，它们都具有较好的润滑性能。但由于该类添加剂为不耐高温，不耐挤压的有机物，其寿命短且会造成环境污染，因此开发环境友好型润滑油添加剂的研究受到广泛关注。

在过去的几十年中，纳米颗粒由于其特殊性能和尺度效应被广泛应用在润滑油添加剂的制备中，纳米颗粒可以降低摩擦阻力，并减少机械部件在运行时的磨损，所以纳米粒子作为润滑油添加剂的研究更是成为焦点之一。然而目前市场销售用于润滑油剂中的纳米颗粒存在以下缺陷，一是纳米颗粒的改性不彻底，造成分散困难、分散浓度不高，纳米颗粒容易沉淀析出；二是应用不方便，直接把纳米颗粒加入润滑油中时，用普通的机械搅拌时颗粒分布不均匀，造成润滑油的外观透明度差，需要配合均质机、超声波和胶体磨等辅助设备来分散，然而这些辅助设备的产能低、成本高，加工出的成品润滑油稳定性不理想，不利于大规模工业化推广使用。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种抗磨耐磨性好、氧化安定性能好的含有纳米钻石烯的抗磨液压油，提供该含有纳米钻石烯的抗磨液压油的制备方法则是本发明的另一个目的。

基于上述目的，本发明采用以下技术方案：一种含有纳米钻石烯的抗磨液压油，主要由混合基础油和纳米钻石烯制备而成，纳米钻石烯的质量为混合基础油质量的2.5~10%；所述混合基础油由下述重量份的原料制成：基础油85-100份、粘度调节剂3-5份、抗氧化剂0.5-1份、抗泡剂0.1-0.3份、分散剂0.5-1份。

进一步地，所述纳米钻石烯由平均粒径分别为100nm、150nm、200nm的纳米钻石烯的按照质量比(1-2)︰(3-4)︰(4-5)混合而成，采用不同粒度的纳米钻石烯可以使纳米钻石烯与摩擦副之间的均匀接触。

进一步地，所述纳米钻石烯为层片状单晶结构，同一片层的碳原子之间为sp³轨道杂化碳键连接，层与层之间的碳原子之间为sp²杂化碳键连接，C含量为99～100%，晶格间距为0.21nm。纳米钻石烯具有硬度高、耐磨性好、颗粒细小且分布均匀（粒径为20~500nm）、比表面积大、吸附性强、表面活性高、无毒无害、无污染、耐高温、化学性质稳定等特点，是十分理想的润滑油添加剂。

为了防止纳米钻石烯在基础油液中的沉降、团聚，对所述纳米钻石烯进行活化处理：将纳米钻石烯通过超声分散在无水乙醇中，不断搅拌下加入经无水乙醇稀释的钛酸酯偶联剂，使纳米钻石烯与偶联剂充分接触，然后将反应体系真空烘干即可；其中，纳米钻石与乙醇的用量比(1-2)g︰100ml，钛酸酯偶联剂的质量不大于纳米钻石烯质量的10%。

进一步地，所述基础油为32N三类加氢基础油。

进一步地，所述粘度调节剂为聚异丁烯（PIB）。

进一步地，所述抗氧化剂为二烷基二硫代磷酸锌（ZDDP）与酚类抗氧化剂的混合物，二者的质量比为2︰1.5。

进一步地，所述分散剂为双烯基丁二酰亚胺（T152）或高氮聚异丁烯二酰亚胺（T154）。

上述的含有纳米钻石烯的抗磨液压油的制备方法，包括以下步骤：（1）在反应釜中将基础油加热至70℃，在500-600rpm速度下搅拌40-50min；

（2）在800-1000rpm搅拌速度下加入粘度调节剂，并持续搅拌40-50min；

（3）在1500-2000rpm搅拌速度下加入抗氧化剂，并持续搅拌60-70min；

（4）在2000-2500rpm搅拌速度下加入抗泡剂，并持续搅拌90-100min；

（5）在步骤4所得反应体系中加入分散剂制得混合基础油，然后再加入纳米钻石烯，在2000r/min的高速剪切机下处理60min，再超声分散30min后过滤三次，即得含有纳米钻石烯的抗磨液压油。

所述制备方法中，所述纳米钻石烯为经过清洗、活化的纳米钻石烯。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、纳米钻石烯兼有纳米颗粒与钻石烯的双重性质，将其添加到液压油中可以起到良好的润滑效果，纳米钻石烯中的C元素可以渗入到滑动摩擦的摩擦副中，形成润滑油膜。一方面，纳米钻石烯在液压油中的均匀分布，强化液压油在摩擦副表面形成的油膜的强度，也可以充当摩擦副之间的“分子轴承”，降低摩擦副之间的摩擦阻力。另一方面，纳米钻石烯的高硬度与良好的化学稳定性，不但可提高摩擦副的表面硬度和耐磨强度，同时也可以使形成的纳米润滑油膜不被摩擦氧化，避免了与液压油中的其它化学元素发生氧化反应，提高了润滑油膜的化学稳定性，延长了液压油的使用寿命。

2、液压油在液压系统中经常反复循环使用，同时液压油通过方向控制阀、压力控制阀、流量控制阀等过程中也会产生大量热量，而液压油在油箱中冷却停留的时间较短，没有足够的冷却时间，把纳米钻石烯添加到液压油中，可以提高液压油的导热率，加速液压油散热，避免液压油在高温作用下的氧化而引起的一系列问题，进而提高液压油的使用寿命，保证液压油的良好使用性能。

3、相比添加在液压油中的其它抗磨纳米粒子，如纳米金属单质、纳米金属氧化物、纳米金属硫化物等，这些纳米粒子都具有分散性差、容易发生团聚等特点，会影响它们在液压油中的分散稳定性、抗磨减磨特性及极压特性，而纳米钻石烯具有良好的分散性，不易团聚，容易制得分散性能、抗磨减磨性能良好的液压油。

附图说明

图1不同偶联剂用量时纳米钻石烯的沉降率统计图；

图2是纳米钻石添加量与P_B、P_N值的关系曲线；

图3是纳米钻石烯添加量与磨斑直径的关系曲线。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行详细说明。

所述纳米钻石烯为层片状单晶结构，同一片层的碳原子之间为sp³轨道杂化碳键连接，层与层之间的碳原子之间为sp²杂化碳键连接，C含量为99-100%，晶格间距为0.21nm。

实施例1偶联剂修饰纳米钻石烯（活化纳米钻石烯）的制备

将平均粒径分别为100nm、150nm、200nm的纳米钻石烯的按照质量比(1-2)︰(3-4)︰(4-5)混合而成。

按照纳米钻石烯与乙醇的用量比为（1～2）g︰ 100ml（乙醇只是作为纳米钻石烯的分散介质和偶联剂的稀释剂，只要能使纳米钻石烯分散开即可）将纳米钻石烯通过超声分散在无水乙醇中，将所得的溶液均分为5份，不断搅拌，分别加入无水乙醇稀释的钛酸酯偶联剂，钛酸酯偶联剂的质量分别为纳米钻石烯的0，3%，6%，10%，10%，使纳米钻石烯与偶联剂充分接触，然后将反应体系真空烘干制得偶联剂修饰的纳米钻石烯，依次记为1、2、3、4、5号。

实施例2

一种含有纳米钻石烯的抗磨液压油，主要由混合基础油和纳米钻石烯制备而成，纳米钻石烯的质量为混合基础油质量的2.5%~10%；所述混合基础油由下述重量份的原料制成：由下述重量份的原料制成：32N三类基础油85份、聚异丁烯（PIB）3份、0.5重量份的抗氧化剂（二烷基二硫代磷酸锌与酚类抗氧化剂按质量比为2︰1.5混合而成）、抗泡剂0.2份、分散剂T152 0.5份。

一、沉降实验

2.1对比例1

制备4组相同的不含分散剂的混合基础油，制备过程如下：

（1）在反应釜中将85重量份32N三类基础油加热至70℃，在500rpm速度下搅拌50min；

（2）在800rpm搅拌速度下加入3重量份的聚异丁烯（PIB），并持续搅拌50min；

（3）在1500rpm搅拌速度下加入0.5重量份的抗氧化剂（二烷基二硫代磷酸锌与酚类抗氧化剂按质量比为2︰1.5混合而成），并持续搅拌70min；

（4）在2000rpm搅拌速度下加入抗泡剂，并持续搅拌100min制得不含分散剂的混合基础油；

然后在上述4组不含分散剂的混合基础油中分别加入1，2，3，4号偶联剂修饰的纳米钻石烯，纳米钻石烯的用量为混合基础油的质量的10%，

用高速剪切乳化机以2000r/min的速度剪切60min，依次将样品记为编号a1，a2，a3，a4。

1.2实验例

一种含有纳米钻石烯的抗磨液压油，主要由混合基础油和纳米钻石烯制备而成，纳米钻石烯的质量为混合基础油质量的10%；所述混合基础油由下述重量份的原料制成：由下述重量份的原料制成：32N三类基础油85份、聚异丁烯（PIB）3份、0.5重量份的抗氧化剂（二烷基二硫代磷酸锌与酚类抗氧化剂按质量比为2︰1.5混合而成）、抗泡剂0.2份、分散剂T152 0.5份。

上述含有纳米钻石烯的抗磨液压油的制备过程与对比例1 样品a4的区别在于还加入了0.5重量份的T152。制得的样品记为a5。

将a1-a5样品经高速离心机离心处理，离心机转速分别为（1000r/min，1500r/min，2000r/min），经过离心操作后，统计纳米钻石烯的沉降率，具体结果见图1。

从图1中可以看出，偶联剂质量占纳米钻石烯质量的10%时，纳米钻石烯的沉降率最低，纳米钻石烯的沉降率随着偶联剂质量分数的增加，其沉降率逐渐下降。将偶联后的钻石烯与T152分散剂混合复配使用时，纳米钻石烯的沉降率进一步降低，所以偶联剂与分散剂的复配使用有利于提高纳米钻石烯在液压油中的稳定性，提高其减摩擦抗磨能力。

二、液压油的摩擦性能的实验

按照制备1.2中样品a5的制备过程五组混合基础油，各原料的用量为：32N三类基础油85份、聚异丁烯（PIB）3份、0.5重量份的抗氧化剂（二烷基二硫代磷酸锌与酚类抗氧化剂按质量比为2︰1.5混合而成）、抗泡剂0.2份、分散剂T152 0.5份。

分别在上述五组混合基础油中加入采用10%钛酸酯偶联剂修饰的纳米钻石烯（即4号纳米钻石烯），五组纳米钻石烯的质量分别为混合基础油质量的0%wt（即不加入偶联剂修饰的纳米钻石烯）、2.5 wt %、5 wt %、7.5 wt %、10 wt %

采用液压油四球摩擦磨损实验法，来测定液压油的抗磨损性能。根据国家标准测试各个样品的最大无卡咬负荷（P_B值）和烧结载荷（P_D值），偶联剂修饰的纳米钻石烯的用量与P_B值和P_D值的关系曲线见图2；所用钢球材质为GCr15，直径为12.7mm，硬度59-61HRC。在转速为1450r/min，载荷为392N，摩擦时间30min，参照国标GB/T3142-82进行测试，联剂修饰的纳米钻石烯的用量与钢球的钢球磨斑直径（WSD）的关系见图3；图2和图3中横坐标x%为偶联剂修饰的纳米钻石烯的含量。

从图2中可以看出，当没有添加纳米钻石烯时，P_B值为425N，P_N值为812N，随着纳米钻石烯含量的增加，P_B值和PN值在逐渐变大，当纳米钻石烯的含量为7.5%时，P_B值为755N，P_N值为1473N，P_B和P_N分别提高了77%和45%。

由图3可以看出，纳米钻石烯的含量为零时，钢球的磨斑直径为0.68mm，纳米钻石烯含量为7.5%时，钢球末班直径为0.42mm，磨斑直径减小了35%，所以纳米钻石烯的添加大幅提高了液压油的抗磨能力，添加一定量的纳米钻石烯可以有效提高液压油的承载能力，增强了摩擦副之间油膜的强度，但是随着纳米钻石烯含量的进一步增加，P_B值、P_N值与磨斑直径出现了一定的下降，说明此时纳米钻石烯相互之间的阻力提高，彼此妨碍进入摩擦副之间，对抗磨性能有不利影响。

实施例3

一种含有纳米钻石烯的抗磨液压油，主要由混合基础油和纳米钻石烯（4号纳米钻石烯）制备而成，纳米钻石烯的质量为混合基础油质量的10%；所述混合基础油由下述重量份的原料制成：由下述重量份的原料制成：32N三类基础油90份、聚异丁烯（PIB）5份、1重量份的抗氧化剂（二烷基二硫代磷酸锌与酚类抗氧化剂按质量比为2︰1.5混合而成）、抗泡剂0.3份、分散剂T152 1份。

上述含有纳米钻石烯的抗磨液压油的制备方法如下：

（1）在反应釜中将32N三类基础油加热至70℃，在600rpm速度下搅拌40min；

（2）在1000rpm搅拌速度下加入聚异丁烯（PIB），并持续搅拌40min；

（3）在2000rpm搅拌速度下加入抗氧化剂（二烷基二硫代磷酸锌与酚类抗氧化剂按质量比为2︰1.5混合而成），并持续搅拌60min；

（4）在2500rpm搅拌速度下加入抗泡剂，并持续搅拌90min制得不含分散剂的混合基础油；

（5）在步骤4所得反应体系中加入分散剂制得混合基础油，然后再加入纳米钻石烯，在2000r/min的高速剪切机下处理60min，再超声分散30min后过滤三次，即得含有纳米钻石烯的抗磨液压油。

实施例4

一种含有纳米钻石烯的抗磨液压油，主要由混合基础油和纳米钻石烯（4号纳米钻石烯）制备而成，纳米钻石烯的质量为混合基础油质量的10%；所述混合基础油由下述重量份的原料制成：由下述重量份的原料制成：32N三类基础油100份、聚异丁烯（PIB）4份、0.7重量份的抗氧化剂（二烷基二硫代磷酸锌与酚类抗氧化剂按质量比为2︰1.5混合而成）、抗泡剂0.2份、分散剂T152 0.7份。

上述含有纳米钻石烯的抗磨液压油的制备方法如下：

（1）在反应釜中将32N三类基础油加热至70℃，在550rpm速度下搅拌45min；

（2）在900rpm搅拌速度下加入聚异丁烯（PIB），并持续搅拌45min；

（3）在2000rpm搅拌速度下加入抗氧化剂（二烷基二硫代磷酸锌与酚类抗氧化剂按质量比为2︰1.5混合而成），并持续搅拌65min；

（4）在2500rpm搅拌速度下加入抗泡剂，并持续搅拌95min制得不含分散剂的混合基础油；

（5）在步骤4所得反应体系中加入分散剂制得混合基础油，然后再加入纳米钻石烯，在2000r/min的高速剪切机下处理60min，再超声分散30min后过滤三次，即得含有纳米钻石烯的抗磨液压油。