一种改性纳米添加剂及其在润滑油中的应用的制作方法

本发明涉及一种改性纳米添加剂及其在润滑油中的应用。

背景技术：

当今工业化进程中，各种机械的运转必然伴随着机械零部件摩擦磨损的产生，导致机械寿命下降以及能源的损耗。因而如何提高零部件寿命、降低能源损耗便成为一大热门话题。润滑作为一种解决摩擦磨损的有效途径，已经有了很长的研究历史，然而随着机械工业设备的快速发展，传统油体已经难以满足当今润滑需求。纳米添加剂应用于润滑体系中，是一个全新的发展领域，许多研究人员已经对纳米添加剂进行研究。纳米六方氮化硼属于二维结构纳米颗粒，具有优异的润滑性能，因而许多研究人员将其作为纳米添加剂，对其添加性能进行研究。然而六方氮化硼易吸潮，容易团聚，使得其不易在油品中分散，在一定程度上影响了润滑油的润滑性能。

技术实现要素：

为了克服纳米六方氮化硼易吸潮，容易团聚的缺陷，本发明的目的在于提供一种改性纳米添加剂及其在调制润滑油粘度中的应用，所制备的纳米添加剂具有亲油疏水的特点，以及稳定分散的性能,在室温下能够显著调制润滑油粘度。

本发明的技术方案如下：

一种改性纳米添加剂的制备方法，包括如下步骤：

1)硅烷偶联剂水解基液的制备

滴加硅烷偶联剂a-151于去离子水中进行水解，反应15～20min,得到水解基液；

2)六方氮化硼-乙烯基三乙氧基硅烷的制备

将六方氮化硼加入硅烷偶联剂水解基液中，恒温磁力搅拌15～30min,再超声处理15～30min，然后在真空烘干机中进行真空烘干，球磨30min，洗涤过滤，60℃烘干，得到六方氮化硼-乙烯基三乙氧基硅烷纳米添加剂。

优选地，步骤1)所述硅烷偶联剂a-151与去离子水的质量体积比为0.01g/ml。

优选地，步骤2)所述六方氮化硼与硅烷偶联剂a-151的质量比为10:1。

优选地，所述真空烘干温度为100℃。

优选地，所述球磨采用行星球磨机。

所述纳米添加剂在润滑油中的应用。优选地，所述润滑油为蓖麻油。

优选地，所述纳米添加剂的添加量为1％～8％。

优选地，所述纳米添加剂的添加量为2％～5％。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明改性的纳米六方氮化硼具有亲油疏水的特点，能够稳定的分散在润滑油中，其添加到蓖麻油中能够显著调制润滑油的粘度，根据工况条件调制相应粘度，可以发挥优异的摩擦磨损性能。同时，选用油品为植物油，安全无污染。

附图说明

图1为改性前六方氮化硼亲水疏油性效果图。

图2为改性后六方氮化硼亲油疏水性效果图。

图3为改性六方氮化硼调制蓖麻油粘温曲线图。

图4为高速低载下摩擦系数曲线图。

图5为高速低载下磨损凹痕图。

图6为高载低速下摩擦系数曲线图。

图7为高载低速下摩损凹痕图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对发明作进一步描述。

实施例1

一种改性纳米添加剂的制备方法，具体步骤如下：

1)硅烷偶联剂水解基液的制备

取20ml去离子水，滴加0.2g硅烷偶联剂(a-151)于去离子水中进行水解，反应15min,得到水解基液。

2)六方氮化硼-乙烯基三乙氧基硅烷的制备

取2g六方氮化硼于硅烷偶联剂水解基液中，在恒温磁力搅拌器中搅拌20min,在超声波清洗器中超声处理20min，倒入培养皿，在真空烘干机中100℃环境下进行烘干，利用行星球磨机球磨30min，洗涤过滤，60℃烘干，得到六方氮化硼-乙烯基三乙氧基硅烷纳米添加剂。

实施例2

实施例1改性纳米添加剂在润滑油中的应用，将改性六方氮化硼放入盛有石蜡和去离子水上下分层的烧杯中。将未改性六方氮化硼放入盛有石蜡和去离子水上下分层的烧杯中，作为对照。

如图1和2所示，烧杯中所盛溶液上层为石蜡，下层为去离子水，由图1可以看出未改性六方氮化硼分布在去离子水中，表现出亲水性，由图2可以看出，改性六方氮化硼分布在石蜡中，表现出亲油疏水性。

实施例3

实施例1改性纳米添加剂在润滑油中的应用，在9.9g蓖麻油中加入0.1g六方氮化硼-乙烯基三乙氧基硅烷纳米添加剂，在恒温磁力搅拌器中搅拌20min,并在60℃温度下超声波处理1h,静置24h，得到1wt％纳米流体。

实施例4

实施例1改性纳米添加剂在润滑油中的应用，在9.8g蓖麻油中加入0.2g六方氮化硼-乙烯基三乙氧基硅烷纳米添加剂，在恒温磁力搅拌器中搅拌20min,并在60℃温度下超声波处理1h,静置24h，得到2wt％纳米流体。

实施例5

实施例1改性纳米添加剂在润滑油中的应用，在9.5g蓖麻油中加入0.5g六方氮化硼-乙烯基三乙氧基硅烷纳米添加剂，在恒温磁力搅拌器中搅拌20min,并在60℃温度下超声波处理1h,静置24h，得到5wt％纳米流体。

实施例6

实施例1改性纳米添加剂在润滑油中的应用，在9.2g蓖麻油中加入0.8g六方氮化硼-乙烯基三乙氧基硅烷纳米添加剂，在恒温磁力搅拌器中搅拌20min,并在60℃温度下超声波处理1h,静置24h，得到8wt％纳米流体。

对比实施例

所用的润滑油仅为蓖麻油，不添加纳米添加剂。

从图3可以看出粘度随着温度的上升而急剧下降。改性纳米添加剂的增加，粘度也逐渐上升，如1wt％和2wt％纳米流体相比于蓖麻油都有小幅度的上升，而5wt％纳米流体相比于蓖麻油却有显著的上升。8wt％的纳米流体相比于5wt％虽有小幅度上升，但上升幅度相较于5wt％与2wt％的明显缩小，这说明改性纳米氮化硼对蓖麻油粘度的调制会趋于饱和。

实施例7

工况条件：在载荷9.8n，速度0.523m/s的摩擦工况条件下。

结合实施例4、实施例5和实施例6和实施例7，从图4可以看出，使用不同比例改性纳米添加剂的润滑油时，各种比例润滑油都显示出极低的摩擦系数，摩擦系数在0.02～0.03之间，表明润滑油的润滑效果优异。润滑状态处于混合润滑状态，因而受摩擦系数与膜厚受粘度影响较大。其中蓖麻油和2wt％纳米流体由于粘度相近，摩擦系数也较接近，而5wt％与8wt％纳米流体粘度较为接近，所以两者摩擦系数也较为接近。5wt％纳米流体平均摩擦系数约为0.029，高于蓖麻油平均摩擦系数0.022，但从图5的磨损凹痕图可以看出，5wt％纳米流体的磨损凹痕深约为2μm，而蓖麻油的磨损凹痕深约为4μm，这主要因为，粘度较大的流体其形成的膜厚也较大，使得磨损量减少。因而从磨损痕迹的角度判断的话，5wt％纳米流体是一个较优的添加比例。

实施例8

工况条件：在载荷119.6n，速度0.131m/s的摩擦工况条件下。

结合实施例3、实施例4、实施例5和实施例7，从图6可以看出，使用不同比例改性纳米添加剂的润滑油时，各种比例润滑油都显示出较优的摩擦系数，摩擦系数在0.04～0.07之间，其中蓖麻油摩擦系数约为0.07,1wt％纳米流体摩擦系数约为0.05,2wt％和5wt％纳米流体摩擦系数约为0.06。而从磨损情况来看，如图7所示，蓖麻油的凹痕深度约为70μm，2wt％和5wt％纳米流体凹痕深度为50μm，而1wt％纳米流体凹痕深度约为35μm。这是因为在边界润滑条件下，纳米六方氮化硼会在摩擦副表面形成边界剪切膜，从而起到减摩抗磨的作用，因而含有改性六方氮化硼的纳米流体表现出较低的摩擦系数以及较小的磨痕深度。同时，从图6和图7也可看出，较大比例的添加剂反而会增加摩擦磨损，这是因为过多的纳米颗粒会对基底表面进行抛光，同时也会阻碍摩擦的进行，因而相对于1wt％纳米流体，2wt％和5wt％的纳米流体在摩擦系数和磨痕深度都有所增加。因而，在实施例8工况条件下，1wt％的纳米流体浓度润滑效果最佳。