一种耐磨润滑油及其制备方法与流程

文档序号:13682407

本发明涉及润滑油技术领域,特别是涉及一种耐磨润滑油及其制备方法。



背景技术:

润滑油是用在各种类型汽车、机械设备上以减少摩擦,保护机械及加工件的液体或半固体润滑剂,主要如下方面的作用:1、润滑:润滑油流到摩擦部位后,会粘附在摩擦表面上形成一层油膜,减少摩擦机件之间的阻力;2冷却:润滑油从气缸、活塞、曲轴等表面吸收热量后带到油底壳中散发;3、防锈:润滑油在机件表面形成的油膜,可以避免机件与水及酸性气体直接接触,防止产生腐蚀、锈蚀;4、清洁:利用润滑油在机体内循环流动清理污物;5、密封:润滑油在间隙中形成油膜,保证密封性;6、缓冲:缓和机件受到的冲击载荷并防止金属直接接触。 近年来,随着我国经济的告诉发展,国内每年润滑油和油品添加剂的消耗量以1.0-1.9%的速度增长,润滑油已成为交通运输及工业机械设备必不可免的保护液。同时,机械工业的高速发展对润滑油提出更加苛刻的要求,传统配方的润滑油已无法满足。

润滑油由基础油和添加剂组成。基础油是精炼的矿物油或合成油。而添加剂基本上是能完全分散于基础油中的有机化合物。纳米润滑油的主要功能在于自动沉积于金属表面,类似在金属细纹内部的材料自发生长起来,填平细纹和金属表面微损伤、微腐蚀,即治愈了金属表面的微损伤、微腐蚀。并在金属表面形成一层至三层的纳米级固体微球,使需要润滑的两个金属表面之间形成类似与滚珠轴承内圈和外圈之间的效果,即形成了滚动摩擦。但是随着润滑油的使用,使得金属微球表面会受到各种腐蚀和磨损,从而降低了滚动摩擦的效果,影响润滑油的耐磨性能。

石墨烯具有超薄的片层结构(易进入摩擦接触面)、优异的力学性能和自润滑性,这些特性使其在润滑添加剂方面的应用研究受到关注,大量研究发现适量的石墨烯作为润滑添加剂不仅可以减少摩擦系数,而且能通过摩擦吸附膜的形式显著提高润滑剂的承载抗磨性能。但石墨烯在润滑油中容易产生团聚现象,从而影响了其在润滑油和溶剂中的分散稳定性。目前,解决石墨烯在润滑油和水等溶剂中的分散稳定性的方法主要有两种,一种是添加分散剂,利用分散剂的分散作用,使石墨烯均匀稳定地分散在溶剂中,但分散剂有时会影响石墨烯摩擦学性能的发挥;另一种是将石墨烯进行功能化修饰,增加石墨烯在溶剂中的分散稳定性,其关键是功能化分子的选择。但无论是添加分散剂还是进行表面修饰,都额外引入了新的成分,对润滑油整体的性能产生复杂的影响。



技术实现要素:

针对目前现有技术中石墨烯在体系中分散不均匀、润滑油耐磨性能差的技术问题。

为解决上述问题,本发明采用以下技术方案:

一种耐磨润滑油,所述耐磨润滑油由以下重量份的原料制成:基础油50-80份、纳米金属微球5-15份、石墨烯10-20份、N,N-二甲基甲酰胺5-12份、蒙脱石10-20份、二氧化硫3-9份、苯骈三氮唑2-7份、羊毛脂镁皂3-9份、亚磷酸二正丁酯5-10份、固体润滑剂3-6份、分散剂2-6份。

优选的,所述耐磨润滑油由以下重量份的原料制成:基础油60-70份、纳米金属微球7-13份、石墨烯12-17份、N,N-二甲基甲酰胺7-11份、蒙脱石13-18份、二氧化硫4-8份、苯骈三氮唑3-5份、羊毛脂镁皂4-8份、亚磷酸二正丁酯6-9份、固体润滑剂4-5份、分散剂3-5份。

优选的,所述基础油为粘度指数为在120-130的基础油。

优选的,所述纳米金属微球为氧化铁微球、铜粉微球、铬粉微球、锰粉微球、硼粉微球中的至少一种。

优选的,所述固体润滑剂为无机氟酸盐类固体润滑剂,无机氟酸盐类固体润滑剂为氟硼酸盐、氟锆酸盐、氟钛酸盐、氟硅酸盐中的一种。

优选的,所述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮、硬脂酸单甘油酯、乙烯-丙烯酸共聚物、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚乙烯蜡中的至少一种。

一种耐磨润滑油的制备方法,包括以下步骤:

S1、按照重量份称取各个原料;

S2、将重量份的石墨烯与占石墨烯重量5-10倍的去离子水混合,超声分散15-20min,制得石墨烯分散液;

S3、将纳米金属微球与二氧化硫、苯骈三氮唑、亚磷酸二正丁酯混合,形成混合物,在惰性气体气氛下,将混合物升温至300-450℃的温度下进行反应,降温至室温,得到反应物,再将步骤S1制得的石墨烯分散液加入反应物中,制得石墨烯包覆的金属微球;

S4、将步骤S3制得的石墨烯包覆的金属微球分散于N,N-二甲基甲酰胺溶剂中,并向其中加入固体润滑剂、蒙脱石,搅拌均匀后转入聚四氟乙烯反应釜中,在130-150℃条件下放置2-4天后,过滤并用去离子水洗 涤2-4次,室温干燥后,得到粉末物;

S5、将步骤S4制得的粉末物与基础油、羊毛脂镁皂、分散剂混合,搅拌均匀,即可。

优选的,步骤S3所述惰性气体气氛为氮气气氛或氩气气氛。

优选的,步骤S4所述聚四氟乙烯反应釜的温度为140℃。

本发明一种耐磨润滑油及其制备方法,与现有技术相比,其突出的特点和优异的效果在于:

本发明耐磨润滑油抗氧化能力强,使用寿命长,防锈,防腐性能好,可以广泛生产并不断代替现有材料,本发明润滑油利用石墨烯包覆在金属微球上,使得该金属微球具有良好的耐磨、耐腐蚀性能,从而制备的润滑油具有良好的耐磨性能;

本发明耐磨润滑油首先制得石墨烯分散液,纳米金属微球与二氧化硫、苯骈三氮唑、亚磷酸二正丁酯混合高温处理后能够与石墨烯分散液更好的包覆,使得石墨烯与纳米金属微球紧密结合而不分离,制得石墨烯包覆均匀的金属微球,石墨烯与纳米金属微球结合力增强,石墨烯片间作用力增大,相互之间的距离缩短,逐步使石墨烯包覆的金属微球结构致密化,增强力学性能和弹性,能有效吸收冲击,稳定性强,在施加外力的情况下石墨烯微在摩擦面进行滚动摩擦,极压下石墨烯包覆的金属微球可填充于磨损部位降低进一步磨损,提高了润滑油的耐磨性能;

本发明耐磨润滑油原料中,N,N-二甲基甲酰胺溶剂能够对石墨烯包覆的金属微球表面进行修饰处理,有效防止了颗粒间的重新团聚,蒙脱石的加入可作为载体,进一步提高其与基础油的融合性,粉末物与基础油的混合过程中,羊毛脂镁皂和分散剂的加入能降低分散体系中固体或液体粒子聚集的高分子物质,粉末物在基础油中保持稳定分散,保证了润滑油的耐磨性能。

具体实施方式

以下通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明,但不应将此理解为本发明的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述方法思想的情况下,根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更,均应包含在本发明的范围内。

实施例1

本实施例耐磨润滑油,由以下重量份的原料制成:基础油50份、纳米金属微球5份、石墨烯10份、N,N-二甲基甲酰胺5份、蒙脱石10份、二氧化硫3份、苯骈三氮唑2份、羊毛脂镁皂3份、亚磷酸二正丁酯5份、固体润滑剂3份、分散剂2份;

其中,基础油为粘度指数为在120的基础油;纳米金属微球为氧化铁微球、铜粉微球、铬粉微球、锰粉微球、硼粉微球按照重量比1:1:0.7:1.2:0.8混合而成;固体润滑剂为无机氟酸盐类固体润滑剂氟硼酸盐、;分散剂为聚乙烯吡咯烷酮、硬脂酸单甘油酯、乙烯-丙烯酸共聚物、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚乙烯蜡按照重量比1:1:1.2:1.3:0.6混合而成;

本实施例耐磨润滑油的制备方法,包括以下步骤:

S1、按照重量份称取各个原料;

S2、将重量份的石墨烯与占石墨烯重量5倍的去离子水混合,超声分散15min,制得石墨烯分散液;

S3、将纳米金属微球与二氧化硫、苯骈三氮唑、亚磷酸二正丁酯混合,形成混合物,在惰性气氛下,将混合物升温至300℃的温度下进行反应,降温至室温,得到反应物,再将步骤S1制得的石墨烯分散液加入反应物中,制得石墨烯包覆的金属微球;

S4、将步骤S3制得的石墨烯包覆的金属微球分散于N,N-二甲基甲酰胺溶剂中,并向其中加入固体润滑剂、蒙脱石,搅拌均匀后转入聚四氟乙烯反应釜中,在130℃条件下放置2天后,过滤并用去离子水洗 涤2次,室温干燥后,得到粉末物;

S5、将步骤S4制得的粉末物与基础油、羊毛脂镁皂、分散剂混合,搅拌均匀,即可。

实施例2

本实施例耐磨润滑油,由以下重量份的原料制成:基础油80份、纳米金属微球15份、石墨烯20份、N,N-二甲基甲酰胺12份、蒙脱石20份、二氧化硫9份、苯骈三氮唑7份、羊毛脂镁皂9份、亚磷酸二正丁酯10份、固体润滑剂6份、分散剂6份;

其中,基础油为粘度指数为在130的基础油;纳米金属微球为氧化铁微球;固体润滑剂为无机氟酸盐类固体润滑剂氟锆酸盐;分散剂为聚乙烯吡咯烷酮;

本实施例耐磨润滑油的制备方法,包括以下步骤:

S1、按照重量份称取各个原料;

S2、将重量份的石墨烯与占石墨烯重量10倍的去离子水混合,超声分散20min,制得石墨烯分散液;

S3、将纳米金属微球与二氧化硫、苯骈三氮唑、亚磷酸二正丁酯混合,形成混合物,在惰性气氛下,将混合物升温至450℃的温度下进行反应,降温至室温,得到反应物,再将步骤S1制得的石墨烯分散液加入反应物中,制得石墨烯包覆的金属微球;

S4、将步骤S3制得的石墨烯包覆的金属微球分散于N,N-二甲基甲酰胺溶剂中,并向其中加入固体润滑剂、蒙脱石,搅拌均匀后转入聚四氟乙烯反应釜中,在150℃条件下放置4天后,过滤并用去离子水洗 涤4次,室温干燥后,得到粉末物;

S5、将步骤S4制得的粉末物与基础油、羊毛脂镁皂、分散剂混合,搅拌均匀,即可。

实施例3

本实施例耐磨润滑油,由以下重量份的原料制成:基础油65份、纳米金属微球10份、石墨烯15份、N,N-二甲基甲酰胺9份、蒙脱石15份、二氧化硫6份、苯骈三氮唑4.5份、羊毛脂镁皂6份、亚磷酸二正丁酯7.5份、固体润滑剂4.5份、分散剂4份;

其中,基础油为粘度指数为在125的基础油;纳米金属微球为氧化铁微球、铜粉微球、锰粉微球、硼粉微球照重量比1:1:1:1混合而成;固体润滑剂为无机氟酸盐类固体润滑剂氟钛酸盐;分散剂为乙烯-丙烯酸共聚物;

本实施例耐磨润滑油的制备方法,包括以下步骤:

S1、按照重量份称取各个原料;

S2、将重量份的石墨烯与占石墨烯重量8倍的去离子水混合,超声分散18min,制得石墨烯分散液;

S3、将纳米金属微球与二氧化硫、苯骈三氮唑、亚磷酸二正丁酯混合,形成混合物,在惰性气氛下,将混合物升温至375℃的温度下进行反应,降温至室温,得到反应物,再将步骤S1制得的石墨烯分散液加入反应物中,制得石墨烯包覆的金属微球;

S4、将步骤S3制得的石墨烯包覆的金属微球分散于N,N-二甲基甲酰胺溶剂中,并向其中加入固体润滑剂、蒙脱石,搅拌均匀后转入聚四氟乙烯反应釜中,在1340℃条件下放置3天后,过滤并用去离子水洗 涤3次,室温干燥后,得到粉末物;

S5、将步骤S4制得的粉末物与基础油、羊毛脂镁皂、分散剂混合,搅拌均匀,即可。

实施例4

本实施例耐磨润滑油,由以下重量份的原料制成:基础油60份、纳米金属微球7份、石墨烯12份、N,N-二甲基甲酰胺7份、蒙脱石13份、二氧化硫4份、苯骈三氮唑3份、羊毛脂镁皂4份、亚磷酸二正丁酯6份、固体润滑剂4份、分散剂3份;

其中,基础油为粘度指数为在120的基础油;纳米金属微球为铜粉微球;固体润滑剂为无机氟酸盐类固体润滑剂氟硅酸盐;分散剂为硬脂酸单甘油酯;

本实施例耐磨润滑油的制备方法,包括以下步骤:

S1、按照重量份称取各个原料;

S2、将重量份的石墨烯与占石墨烯重量7倍的去离子水混合,超声分散16min,制得石墨烯分散液;

S3、将纳米金属微球与二氧化硫、苯骈三氮唑、亚磷酸二正丁酯混合,形成混合物,在惰性气氛下,将混合物升温至350℃的温度下进行反应,降温至室温,得到反应物,再将步骤S1制得的石墨烯分散液加入反应物中,制得石墨烯包覆的金属微球;

S4、将步骤S3制得的石墨烯包覆的金属微球分散于N,N-二甲基甲酰胺溶剂中,并向其中加入固体润滑剂、蒙脱石,搅拌均匀后转入聚四氟乙烯反应釜中,在135℃条件下放置2.5天后,过滤并用去离子水洗 涤3次,室温干燥后,得到粉末物;

S5、将步骤S4制得的粉末物与基础油、羊毛脂镁皂、分散剂混合,搅拌均匀,即可。

实施例5

本实施例耐磨润滑油,由以下重量份的原料制成:基础油70份、纳米金属微球13份、石墨烯17份、N,N-二甲基甲酰胺11份、蒙脱石18份、二氧化硫8份、苯骈三氮唑5份、羊毛脂镁皂8份、亚磷酸二正丁酯9份、固体润滑剂5份、分散剂5份;

其中,基础油为粘度指数为在130的基础油;纳米金属微球为铜粉微球、锰粉微球、硼粉微球按照重量比1:0.5:0.7混合而成;固体润滑剂为无机氟酸盐类固体润滑剂氟硼酸盐;分散剂为硬脂酸单甘油酯、乙烯-丙烯酸共聚物、乙烯-醋酸乙烯共聚物按照重量比0.5:1:0.9混合而成;

本实施例耐磨润滑油的制备方法,包括以下步骤:

S1、按照重量份称取各个原料;

S2、将重量份的石墨烯与占石墨烯重量9倍的去离子水混合,超声分散19min,制得石墨烯分散液;

S3、将纳米金属微球与二氧化硫、苯骈三氮唑、亚磷酸二正丁酯混合,形成混合物,在惰性气氛下,将混合物升温至400℃的温度下进行反应,降温至室温,得到反应物,再将步骤S1制得的石墨烯分散液加入反应物中,制得石墨烯包覆的金属微球;

S4、将步骤S3制得的石墨烯包覆的金属微球分散于N,N-二甲基甲酰胺溶剂中,并向其中加入固体润滑剂、蒙脱石,搅拌均匀后转入聚四氟乙烯反应釜中,在145℃条件下放置4天后,过滤并用去离子水洗 涤4次,室温干燥后,得到粉末物;

S5、将步骤S4制得的粉末物与基础油、羊毛脂镁皂、分散剂混合,搅拌均匀,即可。

对比例1

本对比例润滑油,由以下重量份的原料制成:基础油65份、纳米金属微球10份、N,N-二甲基甲酰胺9份、固体润滑剂4.5份、分散剂4份;

其中,基础油为粘度指数为在125的基础油;纳米金属微球为氧化铁微球、铜粉微球、锰粉微球、硼粉微球照重量比1:1:1:1混合而成;固体润滑剂为无机氟酸盐类固体润滑剂氟钛酸盐;分散剂为乙烯-丙烯酸共聚物;

本对比润滑油的制备方法,包括以下步骤:

S1、按照重量份称取各个原料;

S2、将纳米金属微球与N,N-二甲基甲酰胺溶剂混合,形成混合物,在惰性气氛下,将混合物升温至375℃的温度下进行反应,降温至室温,得到反应物;

S3、将步骤S2制得的反应物中加入固体润滑剂,搅拌均匀后转入聚四氟乙烯反应釜中,在1340℃条件下放置3天后,过滤并用去离子水洗涤3次,室温干燥后,得到粉末物;

S4、将步骤S3制得的粉末物与基础油、分散剂混合,搅拌均匀,即可。

对比例2

本对比例润滑油,由以下重量份的原料制成:基础油65份、纳米金属微球10份、N,N-二甲基甲酰胺9份、二氧化硫6份、亚磷酸二正丁酯7.5份、固体润滑剂4.5份、分散剂4份;

其中,基础油为粘度指数为在125的基础油;纳米金属微球为氧化铁微球、铜粉微球、锰粉微球、硼粉微球照重量比1:1:1:1混合而成;固体润滑剂为无机氟酸盐类固体润滑剂氟钛酸盐;分散剂为乙烯-丙烯酸共聚物;

本对比例润滑油的制备方法,包括以下步骤:

S1、按照重量份称取各个原料;

S2、将纳米金属微球与二氧化硫、亚磷酸二正丁酯混合,形成混合物,在惰性气氛下,将混合物升温至375℃的温度下进行反应,降温至室温,得到反应物;

S3、将步骤S2制得的反应物分散于N,N-二甲基甲酰胺溶剂中,并向其中加入固体润滑剂,搅拌均匀后转入聚四氟乙烯反应釜中,在1340℃条件下放置3天后,过滤并用去离子水洗涤3次,室温干燥后,得到粉末物;

S4、将步骤S3制得的粉末物与基础油、分散剂混合,搅拌均匀,即可。

将实施例1-5制备的耐磨润滑油,和对比例1-2制备的润滑油按照下述方式实施了4-球磨耗试验、高频往复试验(HFRR,High Frequency Reciprocating)。

其中,4-球磨耗试验使用了4个钢珠,在20kg负载(Load)/1200rpm/54℃的条件下,摩擦60分钟,比较摩擦痕的大小,并根据ASTM D4172进行评价。

关于HFRR,在球盘模式(Ball on disc mode)的负载(Load)为800g、温度为100℃、频率为50Hz的1小时的条件下,评价摩擦性能。

在各试验中,磨耗痕迹(评价磨耗痕迹直径,μm)数值随着有效性的增加而减小,摩擦系数也是随着有效性的增加而减小。

表1

通过观察表1中实施例及对比例的测试结果数据表明,即使是在考虑试验误差的情况下,包含本发明实施例制备的耐磨润滑油和对比例相比,磨耗痕迹及摩擦系数也显著降低。因此,表明本发明耐磨润滑油具有优异的磨耗性能及降低摩擦性能。本发明是将石墨烯通过超声分散至水中,制得石墨烯分散液,然后在加入金属微球制得石墨烯包覆的金属微球,利用石墨烯包覆在金属微球上,使得该金属微球具有良好的耐磨、耐腐蚀性能,从而制备的润滑油具有良好的耐磨性能。

需要说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

再多了解一些
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