双层液相纳米抗磨护理油膜结构的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种双层液相纳米抗磨护理油膜结构，包括被护理的金属表面层，金属表面层上设置有液相纳米烃分子层，液相纳米烃分子层上设置有液相微米级烃分子层，金属表面层具有微米级凹凸结构，液相纳米烃分子层形成与微米级凹凸结构相互嵌合的互补结构。本实用新型提出的双层液相纳米抗磨护理油膜结构，强化了抗磨减摩性能，在使用中尤其是在高温或长时间使用中不结渣、不积碳、不沉淀、无任何副作用，安全性和可靠性高，大大减低了安全事故的发生，提高了生产效率，实现了进一步的节油降耗增效，节约了生产成本和使用成本。
【专利说明】
双层液相纳米抗磨护理油膜结构
技术领域
[0001]本实用新型涉及抗磨润滑油、润滑剂技术领域，特别是一种双层液相纳米抗磨护理油膜结构。
【背景技术】
[0002]润滑油/润滑剂是指应用于两个相对运动的设备或装置及加工件或器件之间，通常为机械设备或装置，可以减少相对运动的两者之间因接触而产生的磨擦与磨损，以降低摩擦副的摩擦阻力、减缓其磨损的实现润滑功能的介质，一般呈液体或半固体状态。润滑油/润滑剂通常用于例如汽车、机械设备等领域以减少摩擦，保护机械设备或装置及加工件，主要实现润滑、辅助冷却、防锈、清洁、密封和缓冲等功能，尤其是对摩擦副能够实现冷却、清洗和防止污染等功能。为了改善润滑油/润滑剂的抗磨减摩性能，在某些润滑油/润滑剂中可加入合适的能够实现强化抗磨减摩功能的添加剂。
[0003]由于纳米添加剂具有很多传统添加剂不可比拟的优良性能，例如固态或金属纳米添加剂，当其固态或金属颗粒细化到纳米尺度后，由于纳米粒子的特殊效应(主要包括纳米粒子的表面与界面效应、小尺寸效应以及体积效应)，使其获得了新的物理、化学特性。纳米粒子与例如摩擦副的摩擦表面接触后形成纳米吸附膜，或在极压状态下可以生成纳米反应膜，其强度远远高于传统添加剂的物理吸附膜、化学吸附膜或化学反应膜，因此能够实现较传统添加剂更优良的抗磨减摩性能，所以得到了广泛的应用。目前应用较广泛的纳米添加剂，例如纳米减摩剂、纳米抗磨剂、纳米极压剂、纳米磨合剂等，其纳米材料主要包括以下几类:纳米无机盐类:硼酸钙、硼酸镁、硼酸钛、磷酸锌等。纳米有机化合物类:有机铜化合物、有机硼化合物等。纳米无机物类:石墨粉等。纳米有机高分子聚合物类:聚四氟乙烯(P.T.F.E)等。纳米金属粉末类:铅、铜、镍、铋等。
[0004]但是上述目前应用较广泛的纳米添加剂也存在其自身的弱点，例如固态或金属纳米添加剂，在使用时，特别是在高温或长时间使用时，其固态或金属纳米粒子之间，由于其活性强、表面能高，极易发生吸附作用，形成“团簇”，纳米粒子一旦“团簇”或团聚成大的粒子，就不再具备纳米粒子的特有效应，特别是金属纳米粒子，还可能形成更大的晶粒，并与原作为载体的基础油(即润滑油/润滑剂中的基础油)分离，形成结渣积碳，导致其抗磨减摩性能大大降低，更甚者导致抗磨减摩功能失效。相关研究和四球实验证明，例如在汽车发动机润滑油中的固态或金属纳米添加剂，很容易相互之间团聚形成磨粒，或与运行中产生的磨肩发生团聚形成磨粒，此时不但不能实现很好的抗磨减摩功能，反而会加剧磨损;并且由于汽车发动机燃烧室的温度通常较高，大量的金属纳米粒子形成的结渣积碳很容易聚积或粘附在发动机的缸体内，难以清除，并堵塞油路、油道和喷油嘴等部件，极易导致安全事故的发生。此外，许多采用固态或金属纳米添加剂的喷雾润滑的大型机械设备，由于其工作环境恶劣、温度高，同样容易产生结渣，造成喷雾油管堵塞，导致安全事故的发生。综上所述，目前应用较广泛的润滑油/润滑剂的固态或金属纳米添加剂通常存在油溶性、分散性以及稳定性等问题，在使用中会带来一系列的动力损失、摩擦温度升高和散热困难等问题，使得润滑油/润滑剂变质速度加快，过早丧失润滑和承载能力，极易造成机械事故和油品损失，造成低功效、尚能耗和尚排放。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型针对现有技术中固态或金属纳米添加剂存在极易发生吸附作用，形成“团簇”，导致不再具备纳米粒子的特有效应，特别是金属纳米粒子，还可能形成结渣积碳，导致其抗磨减摩性能大大降低，抗磨减摩功能失效以及更甚者反而会加剧磨损的缺陷或不足，提供一种双层液相纳米抗磨护理油膜结构，包括液相纳米烃分子层，且其与金属表面层的微米级凹凸结构形成相互嵌合的互补结构，液相纳米烃分子层上设置有液相微米级烃分子层，该油膜结构在使用中不结渣、不积碳、不沉淀且无任何副作用，具有优异的剪切安定性、热稳定性和油溶性，从而大大提高了其它添加剂无法比拟的抗磨润滑和减小磨损的性會K。
[0006]本实用新型的技术方案如下:
[0007]双层液相纳米抗磨护理油膜结构，其特征在于，包括被护理的金属表面层，所述金属表面层上设置有液相纳米烃分子层，所述液相纳米烃分子层上设置有液相微米级烃分子层，所述金属表面层具有微米级凹凸结构，所述液相纳米烃分子层形成与所述微米级凹凸结构相互嵌合的互补结构。
[0008]所述微米级凹凸结构表面的金属带正电荷。
[0009 ]所述液相纳米烃分子层中的纳米烃分子带负电荷。
[0010]所述液相纳米烃分子层中的纳米烃分子为液相微米级烃分子的断键烃分子。
[0011 ] 所述液相纳米断键经分子的直径范围为5纳米?80纳米。
[0012]所述液相纳米断键烃分子的直径为10纳米。
[0013]所述液相微米级烃分子层中的液相微米烃分子的直径范围为2微米?4微米。
[0014]本实用新型的技术效果如下:本实用新型提出的双层液相纳米抗磨护理油膜结构，包括被护理的金属表面层，金属表面层上设置有液相纳米烃分子层，液相纳米烃分子层上设置有液相微米级烃分子层，金属表面层具有微米级凹凸结构，液相纳米烃分子层形成与微米级凹凸结构相互嵌合的互补结构;液相纳米烃分子层中的烃分子直径可以实现纳米级，且优选能够达到仅5纳米?10纳米，并且呈液相态，本实用新型提出的双层液相纳米抗磨护理油膜结构在使用中不结渣、不积碳、不沉淀且无任何副作用，具有优异的剪切安定性、热稳定性和油溶性，从而大大提高了其它添加剂无法比拟的抗磨润滑和减小磨损的性會K。
[0015]本实用新型具有以下特点:1.兼具纳米级添加剂由于纳米粒子的特殊效应实现较传统添加剂更优良的抗磨减摩性能。2.断键烃分子的直径可以达到纳米级且呈液相态，优选能够达到仅5纳米?10纳米。3.能够在高温(例如2 350°C)或长时间使用中不结渣积碳、不沉淀，使用安全性和可靠性高。4.具有优异的剪切安定性、热稳定性和油溶性，因此使用方式灵活，应用范围广。
【附图说明】
[0016]图1是本实用新型双层液相纳米抗磨护理油膜结构示意图。
[0017]附图标记列示如下:1-液相纳米烃分子层；2-液相微米级烃分子层；3-金属表面层。
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图(图1)对本实用新型进行说明。
[0019]图1是本实用新型双层液相纳米抗磨护理油膜结构示意图。如图1所示，双层液相纳米抗磨护理油膜结构，包括被护理的金属表面层3，金属表面层3上设置有液相纳米烃分子层I，液相纳米烃分子层I上设置有液相微米级烃分子层2，金属表面层3具有微米级凹凸结构，液相纳米烃分子层I形成与微米级凹凸结构相互嵌合的互补结构。微米级凹凸结构表面的金属带正电荷;液相纳米烃分子层I中的纳米烃分子带负电荷;液相纳米烃分子层I中的纳米烃分子为液相微米级烃分子的断键烃分子，液相纳米断键烃分子的直径范围可以为5纳米(nm)?80纳米(nm)，优选液相纳米断键经分子的直径为10纳米;液相微米级经分子层2中的液相微米烃分子的直径范围可以为2微米(μπι)?4微米(μπι)。
[0020]如图1所示，本实用新型提出的双层液相纳米抗磨护理油膜结构中，液相纳米烃分子层I中的断键烃分子包括通式为CnHm —的液相纳米断键烃分子，通式CnHm+中η为碳原子个数且η的范围为I?20，通式中m为氢原子个数;液相纳米断键烃分子可以为直链或环链，例如，直链结构的烷基CnH2n+1—、烯基CnH2n-!—以及炔基CnH2n-3—，环链结构的环烷基CnHn—和芳香烃基CnH2n-? —，本实用新型中的液相纳米断键烃分子包括但不限于上述结构，并且由此可知，上述氢原子个数可以为m = 2n+l或m= 2n_l或m= 2n_3或m = 2n_7。液相微米级烃分子层2中的液相微米烃分子包括通式为CaHb的液相微米烃分子，通式CaHb中a为碳原子个数且a的范围为20?40，通式中b为氢原子个数。
[0021]液相纳米断键烃分子为液相微米级烃分子的断键烃分子，可由液相微米级烃分子细化打碎断键制备而成，该液相微米级烃分子为通式为CaHb的碳氢化合物(即纯烃类有机高分子聚合物)，优选CaSC2O?C4q的液相微米级烃分子细化打碎断键制备而成，上述“细化打碎断键”具体是指采用特殊的制备方式，即将液相微米级烃分子其C 一 C键或C 一 H键打断，因此将其称为“断键”烃分子，但是使其保持呈液相态，并且断键后的各液相纳米烃分子均带有负电荷，其性质实质上发生了改变，因此也可以将该“断键”烃分子称为“改性”烃分子;将其由微米级细化至纳米级，通常细化后的液相纳米断键经分子的直径范围为5nm?80nm，优选其直径可以达到5nm?10nm。包括上述液相纳米断键经分子的双层液相纳米抗磨护理油膜结构，在使用中，由于纳米断键烃分子的特殊效应(主要包括纳米粒子的表面与界面效应、小尺寸效应以及体积效应)，其与例如图1中所示的金属表面层3的摩擦表面接触后形成纳米吸附膜，或在极压状态下可以生成纳米反应膜，呈现极压润滑状态，其强度远远高于传统添加剂的物理吸附膜、化学吸附膜或化学反应膜，本实用新型中的液相纳米断键烃分子可以将在金属表面的渗入附着性增加10倍，因此能够在金属表面形成一层极薄极薄的“完美”的液相纳米烃分子层1(也可以成为液相纳米断键烃分子“油膜”)，实现了较传统添加剂更优良的抗磨减摩性能，具有极强的极压抗磨润滑功能。同时，由于其保持呈液相纳米态，尤其是高温或长时间使用中，仍然具有优异的剪切安定性、热稳定性和油溶性，实验表明其加热至高于350°C，沸腾超过10分钟后，液相纳米抗磨护理剂仍然晶莹透亮，不沉淀不分离，没有出现任何固态物质或重金属颗粒。综上所述，本实用新型提出的双层液相纳米抗磨护理油膜结构，兼具了由于纳米粒子的特殊效应实现较传统添加剂更优良的抗磨减摩性能，满足了冲击性重负荷、高承载能力条件下抗磨减摩性能的要求，同时可以进一步强化极压抗磨润滑功能，使用中不结渣、不积碳、不沉淀、无任何副作用，抗蚀除锈，耐酸防水，不含任何固态物质或重金属添加剂，不含聚四氟乙烯P.T.F.E，不含氯化物或磷硫等酸性物质，可以大大减少污染，超强抗磨，去颤减噪，明显提高机械设备动力，成倍延长引擎或机械使用寿命，安全性和可靠性高，大大减低了安全事故的发生，提高了生产效率，实现了进一步的节油降耗增效，平均节能可以高达30%以上，延长润滑油/润滑剂更换周期可以高达50%以上，节约了生产成本和使用成本，大幅度地提高了产能效果和经济效益。
[0022]本实用新型涉及的双层液相纳米抗磨护理油膜结构的工作原理具体说明如下:
[0023]如图1所示，本实用新型涉及的双层液相纳米抗磨护理油膜结构在使用中，由于纳米断键烃分子的特殊效应(主要包括纳米粒子的表面与界面效应、小尺寸效应以及体积效应)，其与图1中所示的金属表面层3的摩擦表面接触后形成纳米吸附膜，或在极压状态下可以生成纳米反应膜，即图1中所示的液相纳米烃分子层I。如图1中所示，金属表面层3的金属表面通常充满了0.5μπι?2μπι的缝隙或微孔，在显微镜下观察是非常粗糙的，金属表面层3的运动金属表面释放出“自由”电子并存在正电荷，带负电荷的液相纳米断键烃分子的单分子(分子直径可以达到10nm，S卩0.Ο?μπι)，经过一定的时间、压力以及温度，能够像磁石一样紧紧吸附并完全渗入带正电荷的金属表面层3的金属表面的0.5μπι?2μπι的缝隙或微孔，在金属表面形成纳米吸附膜，或在极压状态下可以生成纳米反应膜，即液相纳米烃分子层1(也可以成为液相纳米断键烃分子“油膜”)，而作为载体的液相微米级烃分子(一般分子直径为2μπι?4μπι)在将液相纳米断键烃分子运输至金属表面层3的表面的0.5μπι?2μπι的缝隙或微孔中后，在形成的液相纳米烃分子层I之外，形成液相微米级烃分子层2。这种在金属表面层3上依次形成的两层“油膜”结构，强化了抗磨减摩性能，具有极强的极压抗磨润滑功能，并且该“油膜”结构可以在金属表面保持高达6000小时，并且相关分析和四球实验证明，其单位承载压力可达44000千克/厘米2(kg/cm2)，金属摩擦副间的摩擦系数可实现不高于0.001，摩擦磨损明显减少。将其使用在机械设备领域中时，轴承受压力可以增大3?4倍，磨损面可以减小16?20倍，达到了一个标志性的润滑护理指标;将其使用在汽车发动机领域中时，可以实现先润滑后启动，尤其是易于实现冷启动，减少了汽车发动机零部件的更换频率和维修费用。
[0024]本实用新型涉及的双层液相纳米抗磨护理油膜结构及其使用效果结合实施例具体说明如下:
[0025]实施例1:某公司使用数控铣槽机加工33万千瓦发电机转子竖槽，每条槽深60毫米(mm)，宽32毫米(mm)，长5150毫米(mm)。每铣一条槽需要半小时，刀片磨损即需要更换，加工一条槽就需要换一次刀片，每更换一次刀片约2小时，加工上述发电机转子需要用600把刀片，加工时间需要30天。在铣槽加工时，在刀片和被加工面上采用本实用新型提出的双层液相纳米抗磨护理油膜结构，使用后，加工三条槽才需要换一次刀片，刀片实际使用寿命延长了三倍。现在加工上述发电机转子仅需要200把刀片，节约了三分之二的刀具。加工时间也由30天缩短为10天。
[0026]实施例2:某制造厂一台设备的行星轴6个月就需要更换一次，采用本实用新型提出的双层液相纳米抗磨护理油膜结构后，可以实现连续使用5年。该厂在20台小压床离合器上采用本实用新型提出的液相纳米抗磨护理剂使用方法使用该液相纳米抗磨护理剂后，离合器工作键总体损耗率下降了92%以上，明显减少了易损零部件的更换频率，生产效益显者提尚。
[0027]实施例3:某设备公司三个钻井队采用本实用新型提出的双层液相纳米抗磨护理油膜结构，使用2个月的测试表明:三个钻井队的节油率分别下降了 10.88%、10.51%和12.23%,平均达到了 11.21 %。三个钻井队的设备振动加速度分别下降了 28.88 %、20.82 %和25.06 %，平均下降了 24.92 %。三个钻井队的润滑油污染速度均延长了 50 %以上。根据测试污染值近似计算大修时间的方法可以得出，三个钻井队的设备的大修周期均至少延长了50%以上。同时降低了噪音和油温，提高了设备的安全性。
[0028]实施例4:某汽车公司对新开发的一种发动机进行600小时全速全负荷台架运转(相当于在满载全负荷行车情况下，以最高车速行驶12万公里)的实验，采用本实用新型提出的双层液相纳米抗磨护理油膜结构后的测试表明:发动机最大功率由75.2千瓦(kw)增加到81.2千瓦(kw)，功率增大了6000瓦(w);最大扭矩由207.04牛.米(Nm)增加到216牛.米(Nm)，同比最大扭矩增幅为1.75倍;发动机运行100小时后燃油消耗克重.每小时.千瓦功率(g/kw.h)降低9.41克，即相当于百公里油耗减少了近4%;对样机全面拆检和精测表明，发动机缸孔平均磨损量为0.0175毫米(mm)，仅为10万公里大修规定磨损量的十分之一。
[0029]实施例5:国家石油产品质量监督检验中心对承载能力和抗磨性能进行检测，在采用本实用新型提出的双层液相纳米抗磨护理油膜结构后的测试表明:320号重负荷齿轮油最大无卡咬负荷(Pb，kgf)由90提高到105，提高了 17 % ;烧结负荷(Pb，kgf)由250提高到315，提高了 26% ;磨斑直径由0.58毫米(mm)减少到0.35毫米(mm)，减小了40 % ;承载能力和抗磨损能力均得到了显著提高。
[0030]实施例6:后勤技术装备研究所在采用本实用新型提出的双层液相纳米抗磨护理油膜结构后，进行100小时VickersKMC叶片栗磨损失重台架检测，测试结果表明叶片栗的叶片和定子总失重仅为0.015克(g)，比未添加液相纳米抗磨护理剂前成倍下降。
[0031]实施例7:某地铁在环线客车空压机采用本实用新型提出的双层液相纳米抗磨护理油膜结构后，摩擦磨损明显减小，经过一年多的试验测试结果表明:空压机油节约33%;空压机的振动加速度(毫米/秒2(mm/s2))，在高频段平均下降40%，在低频段平均下降27% ;空压机的振动速度(毫米/秒(mm/s))平均下降42%;空压机的振幅(毫米(mm))平均下降49% ;因故障造成的破机事故由前一年的9起降至3起。
[0032]上述实施例充分证明，本实用新型提出双层液相纳米抗磨护理油膜结构，对改善例如发动机等设备各摩擦副的润滑状态，强化抗磨减摩性能，降低各摩擦部件的磨损，节油降耗，提高生产效率，以及提高安全性和可靠性，大大减低安全事故发生，都具有非常明显的使用效果。
[0033]在此指明，以上叙述有助于本领域技术人员理解本发明创造，但并非限制本发明创造的保护范围。任何没有脱离本发明创造实质内容的对以上叙述的等同替换、修饰改进和/或删繁从简而进行的实施，均落入本发明创造的保护范围。
【主权项】
1.双层液相纳米抗磨护理油膜结构，其特征在于，包括被护理的金属表面层，所述金属表面层上设置有液相纳米烃分子层，所述液相纳米烃分子层上设置有液相微米级烃分子层，所述金属表面层具有微米级凹凸结构，所述液相纳米烃分子层形成与所述微米级凹凸结构相互嵌合的互补结构。
【文档编号】C10M159/12GK205420308SQ201620107400
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年2月2日
【发明人】刘和华, 刘淑梅
【申请人】刘淑梅