本发明涉及一种磷酸锆钙基润滑脂及其制备方法，具体涉及一种具有承载力和抗磨性能优异的钙基润滑脂及其制备方法，属于润滑脂及其制备技术领域。
背景技术：
钙基润滑脂是最早问世的润滑脂产品，具有良好的抗水性，胶体安定性好，储存过程中不析油，对摩擦副表面有较好的粘附性。但普通钙基润滑脂中含有一定量的结构水，当使用温度到100℃时，结构水流失，造成脂结构破坏而失去润滑作用。无水钙基润滑脂不含水，滴点在140℃以上，抗水性和机械安定性好，生产工艺简单。复合钙基润滑脂是用高级脂肪酸钙皂和低分子酸钙盐制成的复合钙皂稠化中等粘度基础油制备的润滑脂，具有高抗水、高滴点和高极压等优点。无水钙基润滑脂和复合钙基润滑脂多用于农业、露天等机械工况，相比与锂基润滑脂，钙基脂是一类价格适中且用途广泛的润滑脂。随着现代工业发展和全球环境保护形势的严峻，合理使用润滑脂添加剂能够有效提高润滑脂的润滑性能，改善摩擦副的摩擦环境，从而实现保护摩擦副，降低磨损，节约能源、环境友好等目的。
层状磷酸锆材料是一类具有良好的热稳定性、化学稳定性和机械强度的无机层状材料，其中α-层状磷酸锆材料（简称α-zrp）有优良的润滑性能，已被用作润滑添加剂，如cn103266006a和103072965a将离子交换型α-层状磷酸锆盐作为润滑添加剂提高了润滑油品的极压、减摩和抗磨性能。α-层状磷酸锆材料是人工合成的白色材料，因此在产品纯度、色泽及性能稳定性上会比传统矿物质固体润滑剂二硫化钼和石墨更易于调控，且其在抗磨性方面有着明显优势，可以满足现代机械设备对润滑脂抗磨性能要求以及对润滑脂有色泽和环境保护要求的特殊工况环境。
技术实现要素：
本发明提供了一种磷酸锆钙基润滑脂，其中润滑脂添加剂为α-层状磷酸锆材料、抗氧剂和腐蚀抑制剂。本发明还提供了上述润滑脂的制备方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明提供了一种润滑脂，以润滑脂组成的重量为基准，所述润滑脂包括以下重量百分比的组分：基础润滑脂：92-98%，
添加剂：2~8%；
所述添加剂含有α-层状磷酸锆材料、抗氧剂和/或腐蚀抑制剂。
进一步地，所述添加剂中，α-层状磷酸锆材料、抗氧剂、腐蚀抑制剂三者的质量配比为：1.0-9.0：0.5-1.5：0-0.5。
所述的α-层状磷酸锆添加剂材料为400-600nm片状颗粒。
所述润滑脂为基础无水钙基润滑脂或基础复合钙基润滑脂。
所述抗氧剂为2,6-二叔丁基对甲酚、叔丁基对苯二酚或生育酚乙酸酯；所述腐蚀抑制剂为甘油单油酸酯或三油酸甘油酯。
本发明提供了所述磷酸锆钙基润滑脂的制备方法，包括以下步骤：
在基础润滑脂中添加α-层状磷酸锆和抗氧剂，原料的重量配比为：92-98重量%基础润滑脂、2~8%的添加剂，其中添加剂中：α-层状磷酸锆材料、抗氧剂、腐蚀抑制剂三者的质量配比为：1.0-9.0：0.5-1.5：0-0.5。将称量好的α-层状磷酸锆、抗氧剂和腐蚀抑制剂直接加入到基础润滑脂中，用三辊研磨机滚动研磨3遍，使得α-层状磷酸锆在基础润滑脂中完全混合均匀，得到润滑脂产品。
所述基础润滑脂为基础无水钙基润滑脂时，基础无水钙基润滑脂的制备方法为：将基础润滑油总量的1/2倒入制脂釜中，启动搅拌器，加热升温至70-80℃，投入脂肪酸，待高级脂肪酸完全溶解，再加入预先与水混合的氢氧化钙乳液（h2o与ca(oh)2质量比为1.5:1），温度控制在100-110℃之间，皂化时间1-1.5h；皂化结束后加入1/2基础润滑油，升温至135-145℃之间进行炼制，炼制时间为10-15min，停止加热；体系降温至100℃时，停止搅拌，用三辊机研磨均匀后即得基础无水钙基润滑脂。
所述基础润滑脂为基础复合钙基润滑脂时，基础复合钙基润滑脂的制备方法为：将基础润滑油总量的1/2和氢氧化钙混合，一起倒入制脂釜中，启动搅拌器，加热升温至30-50℃，投入小分子酸，进行第一步皂化反应，然后升温至70-80℃，加入脂肪酸进行第二步皂化反应，第一步皂化反应、第二步皂化反应时间均为30-50min；皂化结束后加入1/4基础润滑油，升温至190-220℃之间进行炼制，炼制时间为10-15min，停止加热；温度降到120℃时，加入1/4基础润滑油，体系降温至100℃时，停止搅拌，用三辊机研磨均匀后即得基础复合钙基润滑脂。
所述的基础润滑油为白矿物油或聚α烯烃或植物油。
所述的脂肪酸为12-羟基-十八酸。
所述的小分子酸为乙酸或硼酸；脂肪酸与任选的小分子酸的摩尔比为1.4-1.8：1。
本发明的有益效果：
1、本发明的润滑脂，由于含有α-层状磷酸锆材料，提高了润滑脂的承载力和抗磨能力，使得该润滑脂能够胜任于高速、高负荷、抗磨性能要求高、含水等苛刻复杂工况的条件。
2、本发明的润滑脂，添加剂α-层状磷酸锆材料是人工合成，材料性能稳定，且材料颜色为白色，使得该润滑脂可以用于对色泽和对环境保护有要求的领域，诸如纺织、造纸、农用、船舶等工况机械。
3、本发明的润滑脂，所选择的添加剂抗氧剂和腐蚀抑制剂均为食品级添加剂，使得该润滑脂可以用于食品生产中。
4、本发明的润滑脂，所选择的基础油为白矿物油或聚α烯烃或植物油，使得该润滑脂可以用于对色泽和对环境保护有要求的领域，诸如食品、纺织、造纸、农用、船舶等工况机械。
5、本发明润滑脂与现有技术相比，具有优良的抗磨性能和长润滑寿命，同时，本产品制备工艺简单，产品质量稳定。
具体实施方式
下面通过实施例来进一步说明本发明。但不局限于以下实施例
实施例1：
α-层状磷酸锆材料的制备方法：将0.294g（7.0mmol）氟化钠（naf，阿拉丁试剂（上海）有限公司）、22.5g（68.4mmol）八水氧氯化锆（zrocl2•8h2o，国药集团化学试剂有限公司）和24.9ml蒸馏水分别依次加入到150ml聚四氟乙烯内衬反应釜中，充分搅拌使固体反应物完全溶解后，再加入15.8g（161.3mmol）磷酸（h3po4，阿拉丁试剂（上海）有限公司）后搅拌均匀，然后把衬套放入反应釜中拧紧，在室温下静置陈化24小时后，再将反应釜放入180oc烘箱中，反应36小时，反应结束后，用蒸馏水将固体产物过滤洗涤至中性，在空气中自然风干，得到白色α-zrp样品。
基础无水钙基润滑脂的制备方法为：将50g白矿物油（100℃粘度为11mm2/s）倒入制脂釜中，启动搅拌器，加热升温至70-80℃，投入9.4g12-羟基-十八酸（c18h36o3，梯希爱（上海）化成工业发展有限公司），待12-羟基-十八酸完全溶解，再加入预先与水混合的氢氧化钙乳液（h2o与ca(oh)2质量比为1.5:1），氢氧化钙的加入量1.4g（ca(oh)2，阿拉丁试剂（上海）有限公司），温度控制在100-110℃之间，皂化时间1.5h；皂化结束后加入50g白矿物油，升温至135-145℃之间进行炼制，炼制时间为15min，停止加热；体系降温至100℃时，停止搅拌，用三辊机研磨均匀后即得基础无水钙基润滑脂。
在92.0g基础无水钙基润滑脂中，直接加入7.0gα-zrp、1g叔丁基对苯二酚（c10h14o2，阿拉丁试剂（上海）有限公司），利用三辊研磨机滚动研磨3遍，使得添加剂在基础脂中混合均匀，得到含有7.0wt%α-zrp钙基润滑脂产品。
采用厦门天机ms-10j四球摩擦磨损试验机，对所制得润滑脂产品按照sh/t0202-92进行极压性能测试。数据见表1。
采用德国optimolsrv-v摩擦磨损试验机，对所制得润滑脂产品进行减摩抗磨性能表征。载荷300n，频率30hz，步长1mm，温度为80℃，时间30min。测得数据见表2。
实施例2
采用实施例1中制备的α-zrp材料；
基础复合钙基润滑脂的制备方法为：将50g聚α烯烃pao8基础润滑油（100℃粘度为8.1mm2/s）和3.9g氢氧化钙混合（ca(oh)2，阿拉丁试剂（上海）有限公司），一起倒入制脂釜中，启动搅拌器，加热升温至30-50℃，投入3.9g乙酸（ch3cooh，阿拉丁试剂（上海）有限公司），进行第一步皂化反应，第一步皂化反应时间30min，然后升温至70-80℃，加入9.7g12-羟基-十八酸（c18h36o3，梯希爱（上海）化成工业发展有限公司）进行第二步皂化反应，第二步皂化反应时间均为50min；皂化结束后加入25g基础润滑油，升温至190～220℃之间进行炼制，炼制时间为10min，停止加热；温度降到120℃时，加入25g基础润滑油，体系降温至100℃时，停止搅拌，用三辊机研磨均匀后即得基础复合钙基润滑脂。
在94.0g基础复合钙基润滑脂中，直接加入5.0gα-zrp、0.85g2,6-二叔丁基对甲酚（c15h24o，阿拉丁试剂（上海）有限公司）和0.15g甘油单油酸酯（c21h40o4，阿拉丁试剂（上海）有限公司）作为润滑脂添加剂，利用三辊研磨机滚动研磨3遍，使得添加剂在基础脂中混合均匀，得到含5.0wt%α-zrp润滑脂样品。
采用厦门天机ms-10j四球摩擦磨损试验机，对所制得润滑脂产品按照sh/t0202-92进行极压性能测试。数据见表1。
采用德国optimolsrv-v摩擦磨损试验机，对所制得润滑脂产品进行减摩抗磨性能表征。载荷300n，频率30hz，步长1mm，温度为80℃，时间30min。测得数据见表2。
实施例3
采用实施例1中制备的α-zrp材料；
基础无水钙基润滑脂的制备方法同实施例1中，区别在于：将50g白矿物油（100℃粘度为11mm2/s）替换为50g聚α烯烃pao8基础润滑油（100℃粘度为8.1mm2/s）；皂化时间由1.5h缩短为1.0h。
在96.0g基础无水钙基润滑脂中，直接加入3.0gα-zrp、0.7g2,6-二叔丁基对甲酚（c15h24o，阿拉丁试剂（上海）有限公司）和0.3g甘油单油酸酯（c21h40o4，阿拉丁试剂（上海）有限公司）作为润滑脂添加剂，利用三辊研磨机滚动研磨3遍，使得添加剂在基础脂中混合均匀，得到含3.0wt%α-zrp润滑脂样品。
采用厦门天机ms-10j四球摩擦磨损试验机，对所制得润滑脂产品按照sh/t0202-92进行极压性能测试。数据见表1。
采用德国optimolsrv-v摩擦磨损试验机，对所制得润滑脂产品进行减摩抗磨性能表征。载荷300n，频率30hz，步长1mm，温度为80℃，时间30min。测得数据见表2。
实施例4
采用实施例1中制备的α-zrp材料；
基础复合钙基润滑脂的制备方法同实施例2中，区别在于：将3.9g乙酸（ch3cooh，阿拉丁试剂（上海）有限公司）替换为4.0g硼酸（h3bo3，阿拉丁试剂（上海）有限公司）。
在98.0g基础复合钙基润滑脂中，直接加入1.0gα-zrp、0.8g叔丁基对苯二酚（c10h14o2，阿拉丁试剂（上海）有限公司）和0.2g甘油单油酸酯（c21h40o4，阿拉丁试剂（上海）有限公司）作为润滑脂添加剂，利用三辊研磨机滚动研磨3遍，使得添加剂在基础脂中混合均匀，得到含1.0wt%α-zrp润滑脂样品。
采用厦门天机ms-10j四球摩擦磨损试验机，对所制得润滑脂产品按照sh/t0202-92进行极压性能测试。数据见表1。
采用德国optimolsrv-v摩擦磨损试验机，对所制得润滑脂产品进行减摩抗磨性能表征。载荷300n，频率30hz，步长1mm，温度为80℃，时间30min。测得数据见表2。
实施例5
采用实施例1中制备的α-zrp材料；
基础无水钙基润滑脂的制备方法同实施例1中，区别在于：50g白矿物油（100℃粘度为11mm2/s）替换为50g蓖麻油（100℃粘度为18.6mm2/s）；
在94.0g基础无水钙基润滑脂中，直接加入5.0gα-zrp、0.9g生育酚乙酸酯（c31h52o3，阿拉丁试剂（上海）有限公司）和0.1g三油酸甘油酯（c57h104o6，阿拉丁试剂（上海）有限公司）作为润滑脂添加剂，利用三辊研磨机滚动研磨3遍，使得添加剂在基础脂中混合均匀，得到含5.0wt%α-zrp润滑脂样品。
采用厦门天机ms-10j四球摩擦磨损试验机，对所制得润滑脂产品按照sh/t0202-92进行极压性能测试。数据见表1。
采用德国optimolsrv-v摩擦磨损试验机，对所制得润滑脂产品进行减摩抗磨性能表征。载荷300n，频率30hz，步长1mm，温度为80℃，时间30min。测得数据见表2。
对比实施例1
基础无水钙基润滑脂的制备方法同实施例1中，区别在于：将50g白矿物油（100℃粘度为11mm2/s）替换为50g聚α烯烃pao8基础润滑油（100℃粘度为8.1mm2/s）；皂化时间由1.5h缩短为1.0h。
在96.0g基础无水钙基润滑脂中，直接加入3.0g石墨（c，阿拉丁试剂（上海）有限公司）和0.7g2,6-二叔丁基对甲酚（c15h24o，阿拉丁试剂（上海）有限公司）和0.3g甘油单油酸酯（c21h40o4，阿拉丁试剂（上海）有限公司）作为润滑脂添加剂，利用三辊研磨机滚动研磨3遍，使得添加剂在基础脂中混合均匀，得到含3.0wt%石墨润滑脂样品。
采用厦门天机ms-10j四球摩擦磨损试验机，对所制得润滑脂产品按照sh/t0202-92进行极压性能测试。数据见表3。
采用德国optimolsrv-v摩擦磨损试验机，对所制得润滑脂产品进行减摩抗磨性能表征。载荷300n，频率30hz，步长1mm，温度为80℃，时间30min。测得数据见表3。
对比实施例2
基础无水钙基润滑脂的制备方法同实施例1中，区别在于：将50g白矿物油（100℃粘度为11mm2/s）替换为50g聚α烯烃pao8基础润滑油（100℃粘度为8.1mm2/s）；皂化时间由1.5h缩短为1.0h。
在96.0g基础无水钙基润滑脂中直接加入3.0g二硫化钼（mos2，阿拉丁试剂（上海）有限公司）和0.7g2,6-二叔丁基对甲酚（c15h24o，阿拉丁试剂（上海）有限公司）和0.3g甘油单油酸酯（c21h40o4，阿拉丁试剂（上海）有限公司）作为润滑脂添加剂，利用三辊研磨机滚动研磨3遍，使得添加剂在基础脂中混合均匀，得到含3.0wt%mos2润滑脂样品。
采用厦门天机ms-10j四球摩擦磨损试验机，对所制得润滑脂产品按照sh/t0202-92进行极压性能测试。数据见表3。
采用德国optimolsrv-v摩擦磨损试验机，对所制得润滑脂产品进行减摩抗磨性能表征。载荷300n，频率30hz，步长1mm，温度为80℃，时间30min。测得数据见表3。
对比实施例3
基础复合钙基润滑脂的制备方法同实施例2；
在94.0g复合钙基基础脂中直接加入5.0g石墨（c，阿拉丁试剂（上海）有限公司）和0.85g2,6-二叔丁基对甲酚（c15h24o，阿拉丁试剂（上海）有限公司）和0.15g甘油单油酸酯（c21h40o4，阿拉丁试剂（上海）有限公司）作为润滑脂添加剂，利用三辊研磨机滚动研磨3遍，使得添加剂在基础脂中混合均匀，得到含5.0wt%石墨润滑脂样品。
采用厦门天机ms-10j四球摩擦磨损试验机，对所制得润滑脂产品按照sh/t0202-92进行极压性能测试。数据见表3。
采用德国optimolsrv-v摩擦磨损试验机，对所制得润滑脂产品进行减摩抗磨性能表征。载荷300n，频率30hz，步长1mm，温度为80℃，时间30min。测得数据见表3。
对比实施例4
基础复合钙基润滑脂的制备方法同实施例2；
在94.0g复合钙基基础脂中直接加入5.0g二硫化钼（mos2，阿拉丁试剂（上海）有限公司）和0.85g2,6-二叔丁基对甲酚（c15h24o，阿拉丁试剂（上海）有限公司）和0.15g甘油单油酸酯（c21h40o4，阿拉丁试剂（上海）有限公司）作为润滑脂添加剂，利用三辊研磨机滚动研磨3遍，使得添加剂在基础脂中混合均匀，得到含5.0wt%mos2润滑脂样品。
采用厦门天机ms-10j四球摩擦磨损试验机，对所制得润滑脂产品按照sh/t0202-92进行极压性能测试。数据见表3。
采用德国optimolsrv-v摩擦磨损试验机，对所制得润滑脂产品进行减摩抗磨性能表征。载荷300n，频率30hz，步长1mm，温度为80℃，时间30min。测得数据见表3。
表1是采用厦门天机ms-10j四球摩擦磨损试验机，对优选实施例的润滑脂产品进行承载能力的表征。最大无卡咬负荷(pb)、烧结负荷(pd)值越大，表明极压承载性能越好。从表中可以看出，添加α-zrp材料后，基础无水钙基润滑脂和基础复合钙基润滑脂的承载能力pb和pd值均有提高。表1中提供了基础脂以及有添加剂后的润滑脂的数据。
表2是采用德国optimolsrv-v摩擦磨损试验机，对优选实施例的润滑脂产品进行减摩抗磨性能表征。下试件钢盘的体积磨损量和上试件钢球磨斑直径（wsd）值越小，表明抗磨损性能越好；平均摩擦系数（µ）值越小，表明减摩性能越好。表2中提供了基础脂以及有添加剂后的润滑脂的数据。可以看到，α-zrp材料的加入，明显降低了钢盘的体积磨损量，基础脂的抗磨性能得到显著改善，且钢球的磨斑直径wsd值和摩擦系数也呈现下降的趋势，表明α-zrp材料具有优良的抗磨性能。
表1四球摩擦磨损试验机极压性能
表2srv-v摩擦磨损试验机减摩抗磨性能
表3在相同实验条件下含α-zrp、石墨和二硫化钼润滑脂的润滑性能
表3分别提供了将石墨、二硫化钼、α-zrp材料作为添加剂时，在相同实验条件下进行评价的对比数据。从表3中可以看出，无论在承载力、极压性能方面还是在减摩抗磨性能方面，α-zrp材料作为钙基脂固体润滑添加剂都有着明显的优势，尤其是承载力和抗磨性能。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。