專利名稱：一種抗磨修復(fù)劑及其制備方法和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及化工領(lǐng)域，特別涉及納米技術(shù)和機械免拆維修與潤滑油脂技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種抗磨修復(fù)劑及其制備方法和應(yīng)用。
背景技術(shù)：
在機械設(shè)備中，摩擦的存在消耗了部分能量，降低了設(shè)備的效率；磨損的發(fā)生會使零部件逐漸降低尺寸精度而失效，甚至造成設(shè)備報廢。為減少或抑制摩擦磨損，除進行合理的摩擦學(xué)設(shè)計外，還必須采取各種減磨抗摩措施，采用的方式有以下幾種一是減少或控制造成磨損的條件，如腐蝕、疲勞、粘著、侵蝕、磨粒磨損等；二是提高摩擦面的耐磨性能，如表面合金化，滲硫，滲硼等，或使材料具有自組織、自恢復(fù)的能力；三是在摩擦磨損過程中通過形成新的補償層來彌補磨損。而以上三種措施都可以通過對潤滑油品配方的設(shè)計和利用摩擦產(chǎn)生的物理化學(xué)作用來實現(xiàn)。
由于潤滑油、潤滑脂的理化性質(zhì)受摩擦面運動時或環(huán)境變化時產(chǎn)生的溫度、壓力等因素變化的影響，難以有效潤滑及控制磨損。為彌補潤滑油、潤滑脂的缺陷，目前常用的方法是向其中加入各種有機、無機化合物添加劑，而這些物質(zhì)大致可歸為以下幾類①有機金屬化合物，如二烷基二硫代磷酸鋅等；②含硫、磷、氯等活性元素的有機化合物，如硫化異丁烯等；③具有層狀等特殊結(jié)構(gòu)的固體潤滑劑，如二硫化鉬等；④微米、納米級軟金屬，如銅等。
上述①②類物質(zhì)大都是油溶性化合物，在邊界潤滑及混合潤滑條件下，通過熱分解等方式，在金屬磨斑的表面形成吸附膜、反應(yīng)膜或滲透膜，從而改善摩擦面的潤滑狀態(tài)。但是，當摩擦溫升較高時，吸附膜會分解，或這些化合物的某些分解產(chǎn)物會對金屬材料有腐蝕作用，同時在高溫時的分解消耗，使其性能降低。③類物質(zhì)可以在煎切力作用下很容易發(fā)生晶面滑移，從而降低磨損，但是在較低溫度下其潤滑性能不足。以上三類物質(zhì)都不能對已出現(xiàn)的磨損進行修復(fù)。④類物質(zhì)在摩擦過程中雖然可以滲入金屬表面，或填充在摩擦表面的凹陷中，可以提高摩擦面的承載面積，具有一定的修復(fù)磨損的能力，但是新形成的修復(fù)表面往往沒有原表面更耐磨，隨材料在潤滑系統(tǒng)中減少，其修復(fù)效果將很快消失。
另外，最新的方法是利用氧化物抗磨、減磨。因為大量的機械設(shè)備工作在大氣環(huán)境中，無論是在潤滑、干摩擦、特別是在高溫條件下，其摩擦表面必然會氧化，氧化物將參與摩擦磨損過程。在一定條件下氧化磨損將成為磨損的主導(dǎo)機制。而摩擦氧化與熱氧化有本質(zhì)的不同，這是由于摩擦狀況下固體機械相互作用引起固體表面的結(jié)構(gòu)變化和物理變化所致，摩擦使金屬產(chǎn)生各種缺陷，溫度升高、彈塑性變形、表面擴大、誘發(fā)電子等，從而使氧化速率加快，而且可以產(chǎn)生與熱氧化反應(yīng)不同的生成物。隨著氧化物減磨及耐磨現(xiàn)象研究的不斷深入，發(fā)現(xiàn)在通常潤滑條件下形成的自發(fā)性氧化膜的結(jié)構(gòu)并不夠穩(wěn)定，會發(fā)生氧化膜破裂；厚度不足，不能有效承載載荷；致密性不足，硬度不高，不能有效降低粘著磨損；形成速率低，小于磨損速率時不能提供有效的減磨。因此利用氧化物減磨一直沒有得到被廣泛應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有氧化物抗磨、減磨技術(shù)的不足，提供一種用于在摩擦表面獲得潤滑性碳氧化膜的抗磨修復(fù)劑及其制備方法和應(yīng)用。
利用氧化物減磨的必要條件之一是氧化膜的形成速率必須大于其機械磨損的去除速率，所以必須找到一種特別是在有潤滑介質(zhì)存在的情況下能夠加速氧化膜形成的物質(zhì)，是解決該問題的關(guān)鍵。
通過大量的試驗，我們發(fā)現(xiàn)層狀硅酸鹽材料對碳氧化膜的形成具有催化作用，它能夠在摩擦過程中釋放出自由的氧，并且能夠加速潤滑油分解的碳及其他輕元素(氮、硼)向金屬摩擦表面擴滲，進而形成潤滑性碳氧化膜。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下發(fā)明一種抗機械磨損修復(fù)劑，其特征在于包括氧化鐵含量＜2％的層狀硅酸鹽礦物粉、六方氮化硼、分散劑、基礎(chǔ)油，其中層狀硅酸鹽礦物粉粒度要求為D97＜1微米；六方氮化硼的粒度要求為D97＜1微米。
作為進一步的改進，所述的抗磨修復(fù)劑，其特征在于所述的層狀硅酸鹽礦物粉中氧化鐵含量＜1％。
所述的抗磨修復(fù)劑，其特征還在于所述的分散劑為十二烷基磺酸鈣、十二烷基磺酸鈉、油酸鉀、十二羥基硬脂酸鋰、中性石油磺酸鈣、失水山梨醇單月桂酸脂、脂肪胺聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、聚乙二醇中的一種或多種混合物。
所述的的抗磨修復(fù)劑，其特征在于所述層狀硅酸鹽礦的粒度要求為D97＜100納米，六方氮化硼的粒度要求為D97＜200納米。
所述的的抗磨修復(fù)劑，其特征在于六方氮化硼與層狀硅酸鹽的重量比為0.1∶1～10∶1，六方氮化硼與層狀硅酸鹽的重量之和與分散劑的重量比為0.1∶1～5∶1。
所述的抗磨修復(fù)劑，其特征在所述的六方氮化硼與層狀硅酸鹽重量比為0.8∶1～2∶1。
所述的抗磨修復(fù)劑，其特征在于所述六方氮化硼與層狀硅酸鹽重量比為1∶1，六方氮化硼與層狀硅酸鹽的重量之和與分散劑的重量比為1.5∶1。
所述的抗磨修復(fù)劑，其特征還在于所述層狀硅酸鹽可以是綠泥石、蛇紋石、綠錐石、腎硅猛礦的一種或幾種的混合物。
所述的一種抗磨修復(fù)劑，其特征在于所述的層狀硅酸鹽是蛇紋石。
本發(fā)明還提供了本發(fā)明的一種抗磨修復(fù)劑的制備方法，如下所述的任一種抗磨修復(fù)劑的制備方法，其特征在于包括以下步驟(1)將選定的層狀硅酸鹽礦經(jīng)過粉碎、磁選、球磨、浮選、超聲、磁選、烘干、球磨加工成粒度為小于10微米的超細粉體，得粉體I；(2)使用高能球磨機對粉體I進行加工，加工時間為1～20小時；球料比為5∶1～20∶1，加工成粒度為納米級的粉體II；(3)將六方氮化硼用高能球磨機在保護氣氛中加工，加工時間為1～18小時，優(yōu)選12小時；球料比為5∶1～20∶1，得粉體III；(4)使用行星球磨機將粉體II與粉體III按配方設(shè)計比例混合得粉體IV，加入分散劑加工10～60分鐘，得溶液I；粉體IV與分散劑的質(zhì)量比為0.1∶1～5∶1。
(5)使用高能球磨機將溶液I與適當比例的基礎(chǔ)油混合后加工，以混合物能在磨球表面自然流動為準，加工時間為1～20小時，得溶液II；球料比為5∶1～25∶1。
(6)將溶液II放入超聲分散機中進行超聲振蕩，時間為30～60分鐘。
所述的一種抗磨修復(fù)劑的制備方法，其特征在于所述的步驟(2)中，加工時間優(yōu)選6小時；球料比優(yōu)選10∶1，步驟(3)中，加工時間優(yōu)選12小時；球料比，優(yōu)選10∶1；步驟(4)中，加入分散劑的加工優(yōu)選50分鐘；粉體IV與分散劑的質(zhì)量比為0.1∶1～5∶1，優(yōu)選1.5∶1；步驟(5)中，加工優(yōu)選8小時，球料比優(yōu)選15∶1；步驟(6)中，最好超聲振蕩時間是50分鐘。
所述的一種抗磨修復(fù)劑的制備方法，其特征在于所述的保護氣為氮氣。
所述的一種抗磨修復(fù)劑的制備方法，其特征在于所述的保護氣為氬氣。
本發(fā)明的抗磨修復(fù)劑應(yīng)用如下
所述的任一種抗磨修復(fù)劑添加到潤滑油，制成特殊的潤滑油。
所述的特殊的潤滑油，其特征在于層狀硅酸鹽礦物粉在潤滑油中的濃度為0.01g/L～2g/L所述的特殊的潤滑油，其特征在于層狀硅酸鹽礦物粉在潤滑油中的濃度為0.1g/L。
所述的任一種抗磨修復(fù)劑添加到潤滑脂中，制成特殊的潤滑脂。
所述的特殊的潤滑脂，其特征在于層狀硅酸鹽礦物粉在潤滑油中的濃度為0.01g/kg～10g/kg。
所述的特殊潤滑脂，其特征在于層狀硅酸鹽礦物粉在潤滑油中的濃度為0.5g/kg。
由于本發(fā)明的抗磨修復(fù)劑進入摩擦副后，在一定的摩擦環(huán)境及摩擦能的作用下，將發(fā)生復(fù)雜的機械、化學(xué)摩擦反應(yīng)，在摩擦表面形成一層致密的潤滑性碳氧化膜。進而使摩擦副表面的化學(xué)成分，物相及微組織結(jié)構(gòu)發(fā)生改變。
該碳氧化膜成分以鐵的氧化物(Fe304、Fe2O3、FeO)為主，氧含量由表面向內(nèi)逐漸降低，厚度可達到10微米；還包括自由C及Fe3C，碳含量由表面向內(nèi)逐漸降低，也可包含氮化物、硼化物；該碳氧化膜與基體緊密結(jié)合，具有很高的結(jié)合強度，不會受溫度變化影響而脫落；該碳氧化膜具有比基體更高的硬度，其顯微硬度可達到Hv 600～1400；該碳氧化膜具有比油膜潤滑更低的摩擦系數(shù)μ0.001～0.005；碳氧化膜的形成對磨損起到補償修復(fù)作用。
顯然潤滑性碳氧化膜與摩擦氧化膜有顯著的不同。
因此，含有本發(fā)明抗磨修復(fù)劑在減磨抗摩及磨損自修復(fù)等方面具有更大的優(yōu)勢，并且能夠在設(shè)備運行中自動形成，自動保護摩擦表面，自動降低摩擦系數(shù)，自動補償修復(fù)磨損等。
本發(fā)明的一種抗磨修復(fù)劑能夠長期穩(wěn)定保存，也可以與潤滑油、潤滑脂混合使用，對所施加的潤滑油無任何不良影響；可以在涉及各種摩擦磨損的機械設(shè)備領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。本發(fā)明的抗磨修復(fù)劑能夠促進摩擦表面潤滑性氧化膜的生成，進而獲得更優(yōu)異的抗摩表面，并且對磨損表面的自動補償修復(fù)功能也很明顯；經(jīng)過改性包裹的納米材料在體系中穩(wěn)定分散，不團聚、不沉淀，這也是本發(fā)明能夠取得成功的關(guān)鍵。本發(fā)明所述產(chǎn)品的制備選用普通礦物、工業(yè)制劑為原料，制備工藝簡單，成本低廉，所有粉體加工過程都在密閉空間內(nèi)完成，對環(huán)境無污染。


圖1為未使用本發(fā)明的抗磨修復(fù)劑進行磨損實驗的HT200下試件的SEM像圖2為使用本發(fā)明的抗磨修復(fù)劑進行磨損實驗的HT200下試件的SEM像圖3使用添加了本發(fā)明的抗磨修復(fù)劑的特殊潤滑油工作后的小型貨運柴油車的汽缸套表面的碳氧化膜的SEM像具體實施方式
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步的說明。
實施例1選用綠泥石與蛇紋石混合礦物經(jīng)粉碎、磁選、球磨、浮選、超聲、磁選、烘干、球磨加工得到的100克粉體用高能球磨加工6小時；將10克六方氮化硼用高能球磨機在氮氣中加工8小時，與分散劑十二烷基磺酸鈣、十二烷基磺酸鈉各40克在行星球磨機混合50分鐘；加基礎(chǔ)油126克在高能球磨中加工8小時，然后在超聲中分散50分鐘得到本發(fā)明的抗磨修復(fù)劑。
實施例2選用蛇紋石礦物經(jīng)粉碎、磁選、球磨、浮選、超聲、磁選、烘干、球磨加工得到的50克粉體用高能球磨加工5小時；將50克六方氮化硼用高能球磨機在氮氣中加工8小時；與分散劑十二烷基磺酸鈣20克、十二烷基磺酸鈉各20克、脂肪胺聚氧乙烯醚10克、烷基酚聚氧乙烯醚10克在行星球磨機混合50分鐘；加基礎(chǔ)油125克在高能球磨中加工10小時，然后在超聲中分散50分鐘也可制得本發(fā)明的抗磨修復(fù)劑。
實施例3將實施例1制備的本發(fā)明的抗磨修復(fù)劑稱取1.5克，量取聚乙二醇辛基苯基醚10毫升，15W40/SJ發(fā)動機油300毫升，混合后用超聲波振蕩24小時。結(jié)果表明，所得到的修復(fù)劑具有良好的分散穩(wěn)定性。
實施例4.將實施例2制備的本發(fā)明的抗磨修復(fù)劑稱取2克，按1％添加到SJ 15W40機油中，機械攪拌20分鐘，存放。結(jié)果表明存放1年沒有任何沉淀物析出，表明其具有良好的分散穩(wěn)定性。
實施例5.將實施例2制備的抗磨修復(fù)劑稱取0.5克，與100毫升基礎(chǔ)油混合均勻，在立式萬能摩擦磨損試驗機上進行摩擦磨損試驗，選用45號鋼為上試樣，HT200為下試樣，與沒有添加修復(fù)劑的基礎(chǔ)油在同樣試驗條件下進行磨損試驗。圖1為普通基礎(chǔ)油磨損120小時后的SEM像，圖2為添加本發(fā)明的抗磨修復(fù)劑，磨損120小時后的SEM像，可以看出其對金屬摩擦表面的修復(fù)能力。我們對兩試件磨損表面進行了XPS分析，并用氬離子濺射60分鐘，儀器檢測到的各元素原子百分含量如下

可以看出，使用本發(fā)明的抗磨修復(fù)劑增加碳、氧、氮、硼元素向基體內(nèi)擴滲的深度，即使濺射60分鐘碳、氧濃度仍然高于基體濃度，也就是說潤滑性碳氧化膜的厚度大于濺射厚度，顯然是修復(fù)劑加速了碳氧化膜的生成。
試驗完畢時測量下試樣磨損表面測試顯微硬度及質(zhì)量變化

可見顯微硬度提高了3.5倍，磨損率降低了80％。
實施例6.將實施例2制備抗磨修復(fù)劑，按5％添加到潤滑油中，在小型貨運柴油車上進行試驗，加入后走行5000千米，解體發(fā)動機，拆解汽缸套，并切割汽缸套進行碳氧化膜觀察，如圖3所示，在汽缸套表面形成厚度大約9微米的碳氧化膜保護層，使用原子力顯微鏡測量其表面粗糙度為Ra0.0107微米，屬于精密加工精度；汽缸原有劃傷已被修復(fù)。
實施例7.按實施例1制備的抗磨修復(fù)劑，按5％添加到潤滑油中，在本田雅閣型車上進行試驗，該車試驗前已經(jīng)走行20萬千米，未大修，動力不足、噪音大、油耗高；加入本發(fā)明的抗磨修復(fù)劑走行1000千米后檢測，前后汽缸壓力如下

該車走行1000千米后動力明顯提升、加速性提高、噪音降低、油耗降低12％。
綜合以上測試結(jié)果可見本發(fā)明所述的抗磨修復(fù)劑能夠在摩擦表面獲得潤滑性碳氧化膜，并對機械設(shè)備的減磨抗磨及自修復(fù)都具有十分明顯的應(yīng)用效果。
權(quán)利要求
1.一種抗磨修復(fù)劑，其特征在于包括氧化鐵含量＜2％的層狀硅酸鹽礦物粉、六方氮化硼、分散劑、基礎(chǔ)油，其中層狀硅酸鹽礦物粉中氧化鐵含量＜1％，粒度要求為D97＜1微米；六方氮化硼的粒度要求為D97＜1微米。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗磨修復(fù)劑，其特征在于所述的層狀硅酸鹽礦物粉中氧化鐵含量＜1％。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的抗磨修復(fù)劑，其特征在于所述的分散劑為十二烷基磺酸鈣、十二烷基磺酸鈉、油酸鉀、十二羥基硬脂酸鋰、中性石油磺酸鈣、失水山梨醇單月桂酸脂、脂肪胺聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、聚乙二醇中的一種或多種混合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的抗磨修復(fù)劑，其特征在于所述層狀硅酸鹽礦的粒度要求為D97＜100納米，六方氮化硼的粒度要求為D97＜200納米。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的抗磨修復(fù)劑，其特征在于六方氮化硼與層狀硅酸鹽的重量比為0.1∶1～10∶1，六方氮化硼與層狀硅酸鹽的重量之和與分散劑的重量比為0.1∶1～5∶1。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的抗磨修復(fù)劑，其特征在所述的六方氮化硼與層狀硅酸鹽重量比為0.8∶1～2∶1。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的抗磨修復(fù)劑，其特征在于所述六方氮化硼與層狀硅酸鹽重量比為1∶1，六方氮化硼與層狀硅酸鹽的重量之和與分散劑的重量比為1.5∶1。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的抗磨修復(fù)劑，其特征在于所述層狀硅酸鹽可以是綠泥石、蛇紋石、綠錐石、腎硅猛礦的一種或幾種的混合物。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種抗磨修復(fù)劑，其特征在于所述的層狀硅酸鹽是蛇紋石。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9所述的任一種抗磨修復(fù)劑的制備方法，其特征在于包括以下步驟(1)將選定的層狀硅酸鹽礦經(jīng)過粉碎、磁選、球磨、浮選、超聲、磁選、烘干、球磨加工成粒度為小于10微米的超細粉體，得粉體I；(2)使用高能球磨機對粉體I進行加工，加工時間為1～20小時；球料比為5∶1～20∶1，加工成粒度為納米級的粉體II；(3)將六方氮化硼用高能球磨機在保護氣氛中加工，加工時間為1～18小時，優(yōu)選12小時；球料比為5∶1～20∶1，得粉體III；(4)使用行星球磨機將粉體II與粉體III按配方設(shè)計比例混合得粉體IV，加入分散劑加工10～60分鐘，得溶液I；粉體IV與分散劑的質(zhì)量比為0.1∶1～5∶1。(5)使用高能球磨機將溶液I與適當比例的基礎(chǔ)油混合后加工，以混合物能在磨球表面自然流動為準，加工時間為1～20小時，得溶液II；球料比為5∶1～25∶1。(6)將溶液II放入超聲分散機中進行超聲振蕩，時間為30～60分鐘。
11.根據(jù)權(quán)利權(quán)求10所述的一種抗磨修復(fù)劑的制備方法，其特征在于所述的步驟(2)中，加工時間優(yōu)選6小時；球料比優(yōu)選10∶1，步驟(3)中，加工時間優(yōu)選12小時；球料比，優(yōu)選10∶1；步驟(4)中，加入分散劑的加工優(yōu)選50分鐘；粉體IV與分散劑的質(zhì)量比為0.1∶1～5∶1，優(yōu)選1.5∶1；步驟(5)中，加工優(yōu)選8小時，球料比優(yōu)選15∶1；步驟(6)中，最好超聲振蕩時間是50分鐘。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的一種抗磨修復(fù)劑的制備方法，其特征在于所述的保護氣為氮氣。
13.根據(jù)權(quán)利權(quán)求12所述的一種抗磨修復(fù)劑的制備方法，其特征在于所述的保護氣為氬氣。
14.根據(jù)權(quán)利要求1-9所述的任一種抗磨修復(fù)劑添加到潤滑油，制成特殊的潤滑油。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的特殊的潤滑油，其特征在于層狀硅酸鹽礦物粉在潤滑油中的濃度為0.01g/L～2g/L。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的特殊的潤滑油，其特征在于層狀硅酸鹽礦物粉在潤滑油中的濃度為0.1g/L。
17.權(quán)利要求1-9所述的任一種抗磨修復(fù)劑添加到潤滑脂中，制成特殊的潤滑脂。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的特殊的潤滑脂，其特征在于層狀硅酸鹽礦物粉在潤滑油中的濃度為0.01g/kg～10g/kg。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的特殊潤滑脂，其特征在于層狀硅酸鹽礦物粉在潤滑油中的濃度為0.5g/kg。
全文摘要
本發(fā)明涉及化工領(lǐng)域，公開了一種抗磨修復(fù)劑及其制備方法和應(yīng)用，其特征在于本發(fā)明的抗磨修復(fù)劑包括氧化鐵含量＜2％的層狀硅酸鹽礦物粉、六方氮化硼、分散劑、基礎(chǔ)油，其中層狀硅酸鹽礦物粉中氧化鐵含量＜1％，粒度要求為D
文檔編號C10N30/06GK101070505SQ20061007873
公開日2007年11月14日 申請日期2006年5月10日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月10日
發(fā)明者韓永存 申請人:韓永存