一种润滑油复配添加剂、其制备方法及润滑油与流程

本发明属于润滑油添加剂技术领域，尤其涉及一种润滑油复配添加剂、其制备方法及润滑油。

背景技术

为了改善润滑剂的性能，在某些润滑剂中可加入合适的添加剂。通过不同的润滑油添加剂可以大大提升润滑油的减摩和抗磨性能，甚至达到一定的自修复效果。因此研制不同的润滑剂添加剂，改善机械零部件的摩擦磨损，延长其使用寿命和减少能源消耗已成为目前的一个研究热点。正确合理的掺杂添加剂，对润滑剂赋予新的特殊性能，满足更高的要求。使润滑油在精加工和传动应用中更加高效地发挥作用。

从19世纪开始，科学家开始对处于纳米尺度的材料进行了广泛研究，随着各类纳米材料的相继问世，纳米材料的研究也逐渐成为各国学者研究的一个热点。纳米材料比表面积较大、表面活性中心数目较多，具有良好的耐热性、减摩、抗磨和极压性，这可以保证其特性在润滑油中能够稳定发挥，因而被广泛用作润滑油添加剂。

在润滑油添加纳米添加剂领域中，大部分的添加粒子都是单一一种的，润滑油的性能虽然有了提高，但是纳米添加粒子的很多优势还没有完全集中发挥出来。近些年以来，纳米粒子复合添加剂的研宄收到了广泛的注意，复配体系纳米粒子指的是将两种或两种以上的纳米粒子稳定的均匀分散于润滑剂中，利用不同粒子各有的特性和作用机理，能够显著提高润滑剂的性能。复配体系纳米粒子通常比单剂纳米粒子表现出来的摩擦学性能更加优异，因此对复配纳米粒子的研宄具有重要意义。

纳米粒子添加剂具有良好的分散性是好的摩擦学性能的保障，纳米粒子本身有很高的极性，所以具很高的化学活性，表面能高、油溶性差等很多因素，因此纳米粒子在油中容易聚合团聚。而复配纳米粒子其表面能和化学键不一样，更加剧了团聚的可能性，因此分散性差是纳米粒子在摩擦学中的重要问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种润滑油复配添加剂、其制备方法及润滑油，本发明中的复配添加剂在润滑油中分散性好，具有一定的自修复功能，能够有效提高润滑油的性能。

本发明提供一种润滑油复配添加剂，由硅烷偶联剂、石墨烯和铜纳米线制备得到；

所述石墨烯与铜纳米线的质量比为1：(0.5～2)；

所述石墨烯的质量与硅烷偶联剂的体积之比为1mg：(0.1～3.5)ml；

所述铜纳米线的直径为20～50nm；所述铜纳米线的长度为10～900nm。

优选的，所述石墨烯的厚度为1～5nm。

优选的，所述石墨烯与铜纳米线的质量比为1：1。

优选的，所述石墨烯的质量与硅烷偶联剂的体积之比为1mg：(0.2～3.2)。

优选的，所述硅烷偶联剂为kh-560硅烷偶联剂。

本发明提供一种润滑油复配添加剂的制备方法，包括以下步骤：

a)将硅烷偶联剂溶于水，得到硅烷偶联剂溶液；

b)将石墨烯和铜纳米线加入硅烷偶联剂溶液中，超声分散后搅拌，得到中间溶液；

所述石墨烯与铜纳米线的质量比为1：(0.5～2)；

所述石墨烯的质量与硅烷偶联剂的体积之比为1mg：(0.1～3.5)ml；

所述铜纳米线的直径为20～50nm；所述铜纳米线的长度为10～900nm。

c)将所述中间溶液进行干燥，得到润滑油复配添加剂。

优选的，所述超声分散的时间为10～50min；

所述超声分散的频率为20khz。

优选的，所述步骤b)中搅拌的温度为50～100℃；

所述步骤b)中搅拌的时间为0.1～1小时。

优选的，所述干燥的温度为90～120℃；

所述干燥的时间为1～5小时。

本发明提供一种润滑油，包括上文所述的润滑油复配添加剂；

所述润滑油复配添加剂的添加量为1～10mg/ml润滑油。

本发明提供了一种润滑油复配添加剂，由硅烷偶联剂、石墨烯和铜纳米线制备得到；所述石墨烯与铜纳米线的质量比为1：(0.5～2)；所述石墨烯的质量与硅烷偶联剂的体积之比为1mg：(0.1～3.5)ml；所述铜纳米线的直径为20～50nm；所述铜纳米线的长度为10～900nm。铜纳米线和石墨烯复配体系能够在一定程度上改善基础脂的抗磨减摩性能，在高负荷下效果尤其显著。在摩擦力作用下，复配体系和钢球表面作用形成了抗磨减摩性能良好的膜层；同时，铜纳米线和石墨烯的层状结构在摩擦副相对滑动过程中易定向排列，变摩擦副之间的运动为添加剂内部的层间滑移，减小了摩擦阻力，改善润滑油的减摩和抗磨性能，甚至达到一定的自修复效果性能，使润滑性能有了较大的提高。经过硅烷化处理，简单快捷的提高了铜纳米线和石墨烯复配纳米粒子的分散性，提高了其在油中的溶解性，提高了其摩擦整体性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1中不同添加量复配添加剂在润滑油中的分散情况；

图2为本发明实施例1中添加2.5mg复配添加剂的润滑油的摩擦力-摩擦系数曲线；

图3为涂抹了本发明实施例1中润滑油产品的摩擦试样经过摩擦测试后的金相图。

具体实施方式

本发明的目的在于提供一种润滑油复配添加剂，由硅烷偶联剂、石墨烯和铜纳米线制备得到；

所述石墨烯与铜纳米线的质量比为1：(0.5～2)；

所述石墨烯的质量与硅烷偶联剂的体积之比为1mg：(0.1～3.5)ml；

所述铜纳米线的直径为20～50nm；所述铜纳米线的长度为10～900nm。

在本发明中，所述硅烷偶联剂优选为kh-560硅烷偶联剂，所述石墨烯的厚度优选为1～5nm，更优选为2～4nm，最优选为2～3nm；所述铜纳米线的直径优选为20～50nm，更优选为25～45nm，最优选为30～40nm；所述铜纳米线的长度优选为10～900nm，更优选为50～800nm，最优选为100～700nm，具体的，在本发明的实施例中，可以是200nm。上述长度范围的铜纳米线，在使用之前，能够保持铜纳米线的原有长度，在添加到润滑油中后，摩擦的过程中，铜纳米线会断裂成小段，易于填充到磨痕中，实现自修复功能。

在本发明中，所述石墨烯与铜纳米线的质量比为1：(0.5～2)，优选为1：(1～1.5)，更优选为1:1；所述石墨烯的质量与硅烷偶联剂的体积之比为1mg：(0.1～3.5)ml，优选为1mg：(0.2～3.2)ml，具体的，在本发明的实施例中，可以是1mg：0.8ml、1mg：1.6ml或1mg：0.4ml。

本发明中的铜纳米线和石墨烯在在摩擦副相对滑动过程中易定向排列，变摩擦副之间的运动为添加剂内部的层间滑移，减小了摩擦阻力，改善润滑油的减摩和抗磨性能。

本发明还提供了一种润滑油复配添加剂的制备方法，包括以下步骤：

a)将硅烷偶联剂溶于水，得到硅烷偶联剂溶液；

b)将石墨烯和铜纳米线加入硅烷偶联剂溶液中，超声分散后搅拌，得到中间溶液；

所述石墨烯与铜纳米线的质量比为1：(0.5～2)；

所述石墨烯的质量与硅烷偶联剂的体积之比为1mg：(0.1～3.5)ml；

所述铜纳米线的直径为20～50nm；所述铜纳米线的长度为10～900nm。

c)将所述中间溶液进行干燥，得到润滑油复配添加剂。

本发明将硅烷偶联剂溶于水中，配置成硅烷偶联剂溶液，然后将所述硅烷偶联剂溶液的ph值调节至5.5，搅拌5～10min至完全水解。

在本发明中，所述硅烷偶联剂溶液的体积分数优选为0.5～2.0％，即，0.5～2.0ml硅烷偶联剂溶解于100ml的水中，更优选为1～1.5％。具体的，在本发明的实施例中，可以是0.5％、1.0％或2.0％。

得到硅烷偶联剂溶液后，本发明将石墨烯和铜纳米线加入硅烷偶联剂溶液中，进行超声分散，然后再进行搅拌，使铜纳米线与石墨烯被硅烷偶联剂包覆，得到中间溶液。

在本发明中，所述石墨烯、铜纳米线和硅烷偶联剂的种类、来源和用量与上文中石墨烯、铜纳米线和硅烷偶联剂的种类、来源和用量一致，在此不再赘述。

硅烷氧基对无机物具有反应性，有机官能基对有机物具有反应性或相容性。因此，当硅烷偶联剂介于无机和有机界面之间，可形成有机基体-硅烷偶联剂-无机基体的结合层，本发明利用硅烷偶联剂将石墨烯和铜纳米线包裹，提高了复配粒子的分散性。

所述超声分散的频率优选为20khz；所述超声分散的时间优选为10～50min，更优选为20～40min，最优选为30min。

所述搅拌的温度优选为50～100℃，更优选为60～90℃，最优选为70～80℃；所述搅拌的时间优选为0.1～1小时，更优选为0.2～0.8小时，最优选为0.5～0.6小时。

最后将中间溶液进行干燥，得到片状固体即为润滑油复配添加剂，将片状的添加剂进行研磨，得到润滑油复配添加剂粉体，可直接添加到润滑油中使用。

所述干燥的温度优选为90～120℃，更优选为100～110℃；所述干燥的时间优选为1～5小时，更优选为2～4小时。所述干燥优选为在烘箱中烘干。

本发明还提供了一种润滑油，包括上文所述的润滑油复配添加剂。

优选为，所述润滑油复配添加剂的添加量为1～10mg/ml润滑油，更优选为1.25～5mg/ml润滑油，具体的，在本发明的实施例中，可以是5mg/ml润滑油、2.5mg/ml润滑油或1.25mg/ml润滑油。

本发明中的润滑油复配添加剂适用于市面所售的大部分液体润滑油。

本发明将所述润滑油复配添加剂添加到润滑油中，再在超声波纳米粉碎机中搅拌粉碎2小时，即得到添加剂分散均匀的润滑油。

本发明提供了一种润滑油复配添加剂，由硅烷偶联剂、石墨烯和铜纳米线制备得到；所述石墨烯与铜纳米线的质量比为1：(0.5～2)；所述石墨烯的质量与硅烷偶联剂的体积之比为1mg：(0.1～3.5)ml；所述铜纳米线的直径为20～50nm；所述铜纳米线的长度为10～900nm。铜纳米线和石墨烯复配体系能够在一定程度上改善基础脂的抗磨减摩性能，在高负荷下效果尤其显著。在摩擦力作用下，复配体系和钢球表面作用形成了抗磨减摩性能良好的膜层；同时，铜纳米线和石墨烯的层状结构在摩擦副相对滑动过程中易定向排列，变摩擦副之间的运动为添加剂内部的层间滑移，减小了摩擦阻力，改善润滑油的减摩和抗磨性能，甚至达到一定的自修复效果性能，使润滑性能有了较大的提高。经过硅烷化处理，简单快捷的提高了铜纳米线和石墨烯复配纳米粒子的分散性，提高了其在油中的溶解性，提高了其摩擦整体性能。

为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的一种润滑油复配添加剂、其制备方法及润滑油进行详细描述，但不能将其理解为对本发明保护范围的限定。

实施例1

先将0.5mlkh-560硅烷偶联剂溶于100ml水中，将其配成0.5％的溶液。然后将ph调至5.5，搅拌5min完全水解。

然后将0.625mg铜纳米线(铜纳米线的长度是200nm，直径是30nm)和0.625mg石墨烯加入到配置好的100ml水解后的硅烷偶联剂溶液中，然后进行超声分散30min，在80℃下用搅拌器搅拌0.5h，使铜纳米线与石墨烯被硅烷偶联剂包覆；

在100℃的烘箱中干燥2h；干燥完成后为片状固体，研细，所得的粉体即为改性好的铜纳米线石墨烯复合粉体。

将实施例1中的铜纳米线石墨烯复合粉体作为复配添加剂添加至100ml基础润滑油(美孚5w-40型机油)中，在超声波纳米粉碎机中搅拌粉碎2h，得到润滑油产品。

图1中，从左至右依次为添加了1.25mg、2.5mg和5mg实施例1中的复合粉体的润滑油，可以看出不同比例的铜纳米线石墨烯复配体系润滑油的纳米添加复合物分散均匀，未有团聚。

图2为添加了2.5mg实施例1中的复合粉体的润滑油在垂直载荷为10n下测得的摩擦力-摩擦系数曲线，由图2可以得出，摩擦力平均为0.8916n，摩擦系数平均为0.089，润滑效果显著，改善了润滑效果。

图3为将添加了2.5mg实施例1中的复合粉体的润滑油涂抹在5crnimo试样表面，进行摩擦测试后的金相图。a图为没有涂抹任何润滑油的空白试样，b图为涂抹了添加了2.5mg实施例1中的复合粉体的润滑油的试样，通过图中可以看出，没有涂抹铜纳米线石墨烯复配体系润滑油的试样表面有大量的犁沟和一些剥落的凹坑，这是磨料磨损的典型。涂抹了铜纳米线石墨烯复配体系润滑油的试样磨损轨迹的表面光滑，犁沟宽度窄，深度浅，剥落坑和沟明显减少。

实施例2

先将2.0mlkh-560硅烷偶联剂溶于100ml水中，将其配成2.0％的溶液。然后将ph调至5.5，搅拌5min完全水解。

然后将1.25mg铜纳米线(铜纳米线的长度是200nm，直径是30nm)和1.25mg石墨烯加入到配置好的100ml水解后的硅烷偶联剂溶液中，然后进行超声分散30min，在80℃下用搅拌器搅拌0.5h，使铜纳米线与石墨烯被硅烷偶联剂包覆；

在100℃的烘箱中干燥2h；干燥完成后为片状固体，研细，所得的粉体即为改性好的铜纳米线石墨烯复合粉体。

将实施例2中的铜纳米线石墨烯复合粉体作为复配添加剂添加至100ml基础润滑油(美孚5w-40型机油)中，在超声波纳米粉碎机中搅拌粉碎2h，得到润滑油产品。

实施例3

先将1.0mlkh-560硅烷偶联剂溶于100ml水中，将其配成1.0％的溶液。然后将ph调至5.5，搅拌5min完全水解。

然后将2.5mg铜纳米线(铜纳米线的长度是200nm，直径是30nm)和2.5mg石墨烯加入到配置好的100ml水解后的硅烷偶联剂溶液中，然后进行超声分散30min，在80℃下用搅拌器搅拌0.5h，使铜纳米线与石墨烯被硅烷偶联剂包覆；

在100℃的烘箱中干燥2h；干燥完成后为片状固体，研细，所得的粉体即为改性好的铜纳米线石墨烯复合粉体。

将实施例3中的铜纳米线石墨烯复合粉体作为复配添加剂添加至100ml基础润滑油(美孚5w-40型机油)中，在超声波纳米粉碎机中搅拌粉碎2h，得到润滑油产品。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。