一种用于钛合金摩擦副的水基润滑组合物的制作方法

本发明涉及润滑
技术领域：
，特别涉及一种用于钛合金摩擦副的水基润滑组合物。
背景技术：
：与大多金属材料相比，钛合金材料具有比强度高、抗拉强度高、弹性模量低、耐热性高、耐蚀性好、无铁磁性等优点。基于以上优点，目前钛合金材料应用于航空航天、海洋工程、石油化工、生物医疗、舰船、器械、汽车和生活用品等领域。在上述领域中，钛合金部件的摩擦磨损现象随处可见，但是因钛合金的硬度较低，它的抗磨减摩性能较差，这是限制其应用的不利因素。当钛合金材料用作摩擦副部件(如轴、轴承)时，其摩擦磨损特性能将直接影响机械设备的可靠性和耐久性，较差的抗磨损性能将会缩短设备使用寿命、增加工业生产成本。因此如何提高钛合金摩擦副的抗磨损磨损性能，从而延长使用寿命、降低生产成本，对节约生产资料、提高生产效益具有重要经济价值。在机械领域应用高效的减摩润滑技术，可以降低机械设备的摩擦磨损，提高机械设备的可靠性和耐久性，又可以降低石油资源的消耗，降低环境污染。工业生产中，流体润滑剂和固体润滑剂应用广泛，但是随着载运工具(如动车高铁、航天器)以及高精度设备(如光学和电学仪器)等的飞速发展，工业应用对润滑技术要求越来越高，传统的流体润滑和固体润滑技术无法满足设备对超低摩擦和零磨损的需求。近年来，微纳米尺度加工制造技术的提高，微型机电系统(mems)等高新技术装置应用将日益广泛，如微马达、微泵、mems加速度计、微型机器人和微型医疗器械等，传统润滑油不能应用于微型机电系统中。水基润滑具有高压黏度低、高压摩擦阻力小、散热性能好、不易燃、废弃物不污染环境等优点，提出后吸引了科研工作者的关注。水基润滑不仅在微型机电系统和高精度设备中有巨大的工业应用潜力，其绿色环保的特点符合可持续发展的要求，发展水基润滑具有重大的社会和经济价值。目前，已经对钛合金的水基润滑特性进行了较深入的研究。经过跑合，钛合金能获得较低的摩擦系数和较低的磨损量，但是水基润滑中的水分子会挥发，这将减弱水基润滑的减摩润滑性能，从而引起钛合金摩擦磨损升高，因此采用更好的方法对现有的水基润滑技术进行改进，可以降低钛合金摩擦副的摩擦磨损、延长钛合金摩擦副的使用寿命，对工业设备上的钛合金摩擦副具有重要意义。技术实现要素：为解决上述技术问题，本发明公开了一种用于钛合金摩擦副的水基润滑组合物，该水基润滑组合物能够改善水基润滑性能，降低钛合金摩擦副的摩擦磨损、延长钛合金摩擦副的使用寿命。本发明采用的技术手段如下：一种用于钛合金摩擦副的水基润滑组合物，所述水基润滑剂组合物包括羟乙基纤维素、硅烷化合物、酸类化合物、醇类化合物、钛酸酯类偶联剂和水。所述水基润滑剂组合物包括以下重量份物质：羟乙基纤维素：0.01-8份；硅烷化合物：0.01-12份；酸类化合物：0.01-5份；醇类化合物：0.01-10份；钛酸酯类偶联剂：0.01-2份；水：63-92份。所述水基润滑剂组合物包括以下重量份物质：羟乙基纤维素：0.01-4份；硅烷化合物：0.01-6份；酸类化合物：0.01-4份；醇类化合物：0.01-4份；钛酸酯类偶联剂：0.01-1份；水：81-96份。所述羟乙基纤维素的动力黏度为80-125mpa·s，条件为25℃，2.00wt.％，与水分子结合产生水合分子，发挥水合排斥作用，形成所述水基润滑组合物的网状结构。所述硅烷化合物为六甲基环三硅氧烷、3-氨基丙基三乙氧基硅烷和氨丙基三甲氧基硅烷中的一种或几种混合物，上述硅烷化合物与水互溶，发生水解反应，并形成羟基或者与其他羟基结合，增强水合分子的结合力和作用范围。所述酸类化合物为硼酸、磷酸、盐酸和硫酸中的一种或几种混合物，上述酸类化合物能够电离产生氢离子，控制低分子量硅烷化合物的水解反应，同时对钛合金摩擦副表面有化学处理作用。所述醇类化合物为1-丙醇、1,2-丙二醇、丙三醇、1,4-丁二醇和1,5-戊二醇中的一种或几种混合物，上述醇类化合物具有优异的吸水性和保水性，可降低所述水基润滑剂组合物中水分子的挥发。所述钛酸酯类偶联剂为钛酸异丙酯、螯合100型钛酸酯和螯合200型钛酸酯中的一种或几种混合物，上述钛酸酯类偶联剂能够促进水合分子与钛合金摩擦副表面结合，在钛合金表面形成可靠的水合分子层，避免钛合金摩擦副表面发生固体接触。所述水为去离子水。所述水不受特别限制，优选为去离子水，作为所述水基润滑剂组合物的基体，与其他化合物形成水合分子，促进其他分子发挥润滑性能。本发明的有效效果在于：(1)本发明能够通过不同分子间的化学协同作用形成水合分子网状结构，能够在摩擦副表面之间形成可靠的水基润滑膜，当水基润滑膜受到挤压会产生水合排斥力，承受载荷并减少摩擦表面的固体接触，从而降低钛合金摩擦副的磨损量、减小固体摩擦产生的摩擦力；(2)本发明添加到钛合金摩擦副接触点后，能够通过化学作用与摩擦副的表面分子结合，从而形成水合分子粘附层，水合分子粘附层具有剪切强度低的特点，当发生剪切运动时对摩擦表面的阻力作用小，产生极小的摩擦力；(3)本发明的组分均为环境友好型化合物，使用后的废弃物容易处理，排放到环境中不会造成污染，是一种绿色环保的新型润滑剂。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做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是实施例1制备的水基润滑组合物的摩擦系数随时间变化的曲线图；图2是实施例2制备的水基润滑组合物的摩擦系数随时间变化的曲线图；图3是实施例3制备的水基润滑组合物的摩擦系数随时间变化的曲线图；图4是实施例4制备的水基润滑组合物的摩擦系数随时间变化的曲线图；图5是实施例5制备的水基润滑组合物的摩擦系数随时间变化的曲线图；图6是实施例6制备的水基润滑组合物的摩擦系数随时间变化的曲线图。具体实施方式为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。1.配制水水基润滑组合物按照以下步骤制备400克的水基润滑组合物，制备环境为室温环境，空气湿度为40～50％；按照表1中列出的各组分及组分的重量份配制组合物，首先称取所需重量的羟乙基纤维素，将其倒入容量为500毫升的烧杯，然后加入所需重量的去离子水，加入去离子水后立即搅拌，保证羟乙基纤维素粉末迅速溶解于去离子水，防止羟乙基纤维素粉末结块，使用搅拌机持续匀速搅拌30分钟，直至混合溶液澄清透明，然后将所需重量的硅烷化合物、酸类化合物、醇类化合物和钛酸酯类偶联剂依次加入到透明溶液中，然后将混合溶液置于恒温水浴箱(80℃)中保温30分钟并不断搅拌，获得水基润滑组合物，实施例1-6各组分及组分的重量份见表1，其中所述“余量”指组合物总体重量份为100份的剩余量。表1实施例1-6各组分及组分的重量份注：hcts为六甲基环三硅氧烷；aptes为3-氨基丙基三乙氧基硅烷；tsp为钛酸异丙酯；det为螯合200型钛酸酯。2.性能检测将按照表1中实验例1-6制备的水基润滑组合物添加到摩擦副的接触表面，采用旋转摩擦的形式进行摩擦磨损实验，并记录摩擦系数变化曲线、测试试样的磨损量和表面粗糙度。在室温下，进行摩擦磨损特性测试时，试验压力为4.0牛，测试时长为20分钟，测试线速度为62.8mm/s。试验结束得到实验例1-6的摩擦系数曲线，如图1-6所示，计算得到实验例1-6的平均摩擦系数，结果示于表2中；试验之前对钛合金试样称重，试验后计算得到试样的磨损量，同时测试钛合金摩擦部位的表面粗糙度，结果一并示于表2中。表2摩擦磨损试验数据实验例测试载荷测试线速度平均摩擦系数磨损量表面粗糙度14.0牛62.8mm/s0.0544.6g14.2μm24.0牛62.8mm/s0.0354.2g12.5μm34.0牛62.8mm/s0.0324.1g9.0μm44.0牛62.8mm/s0.0263.8g8.1μm54.0牛62.8mm/s0.0384.2g9.3μm64.0牛62.8mm/s0.0454.4g10.6μm从表2和图1-6的结果可以看到，本发明公开的实验例1-6作为水基润滑组合物用作润滑液时能获得较低的平均摩擦系数和磨损量，其中实验例4摩擦系数低至0.026，其磨损量为3.8g，摩擦磨损后钛合金表面粗糙度很低，组合物能够降低钛合金摩擦副表面的摩擦磨损，从而延长钛合金部件的使用寿命，节约材料、降低成本、减少污染，具有重要的经济价值和社会意义。最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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，或者对其中部分或者全部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范围。当前第1页12