一种纳米材料组合物作为添加剂的润滑油 【技术领域】
本发明涉及一种纳米材料组合物作为添加剂的润滑油及其制备方法。特别是一种适用于机械、动力工程等行业中的润滑油和该种润滑油的制备。
背景技术
润滑油在国民经济中被广泛地应用，有人将润滑油喻为维持机器正常运转的血液。在机械、动力工程等行业中，使用优质的润滑油是保证机器正常、高效、节能、安全运行的重要措施。随着生产的发展、技术的进步对润滑油的抗磨、减摩与极压性能提出了越来越高的要求，为此在润滑油中必须加入大量的抗磨、极压添加剂。
传统的抗磨、极压添加剂主要为油溶性有机化合物和非油溶性固体润滑材料添加剂。其中油溶性有机化合物添加剂有：硫化烯烃、磷酸酯和氯化石蜡等，此外还有二烷基二硫化磷酸锌、环烷酸铅等有机金属化合物等。这类油溶性有机化合物虽然在其溶解度范围内可与润滑油混合从而改善其润滑性能，但是在高温、极压条件下，由于油溶性有机化合物在较高温度及压力下会分解，造成润滑油承载能力的降低；此外大量使用含硫、磷、氯等活性元素的抗磨、极压添加剂会对环境造成污染与对人体产生伤害。另一类固体润滑添加剂，如石墨、MoO2、WO2等虽然在高温、高压的摩擦表面还保持润滑效果，但是由于它们都是非油溶性固体物质，在固体颗粒较大时在润滑油中容易产生团聚、沉淀，结果反而使润滑性能变差。
单一纳米材料作为添加剂的润滑油使抗磨、减摩、极压性能有提高，例如，文献“纳米碳酸钙粒子作为润滑油添加剂的减摩、抗磨性能研究”(“材料热处理学报”Vol.25，No.5，2004，P.1267-1270)中介绍了一种利用单一纳米材料作为添加剂制备的润滑油，使其抗磨、减摩、极压性能有提高。随着科学技术的进步，人们对润滑油的使用有更高地要求，对纳米材料用作润滑油添加剂的方法希望有更多的途径。
本发明的目的在于提出一种纳米材料组合物作为添加剂的润滑油及其制备方法，制备得到的润滑油具有优良抗磨、减摩、极压性能，更加扩大了纳米材料用作润滑油添加剂的应用范围。
本发明由纳米材料组合物添加剂、表面活性剂、促进剂与润滑油原料组成。
本发明是这样实现的：将两种纳米材料(粒径小于100nm)的组合物均匀加入润滑油中，该组合物可以是纳米金属与无机化合物的组合物、不同的纳米金属材料的组合物、不同的纳米无机化合物的组合物；纳米组合物粒子在润滑油中的含量为0.1wt％～1.0wt％，纳米组合物中两种不同纳米材料粒子配比为1∶1。同时加入一定配比的吐温(Tween)系列以及司本(Span)系列在润滑油中含量为0.5wt％～7.0wt％的非离子型表面活性剂起分散作用、在润滑油中含量为0.1wt％～5.0wt％的聚醚(聚氧乙烯十二烷基醚)作为促进剂；再经超声波振荡15～30分钟、在60～85℃温度下加热搅拌的物理分散手段后获得具有优良抗磨、减摩、极压性能的润滑油。
【具体实施方式】
为了更好地理解本发明，下面通过实施例进一步说明。
实施例1：含纳米碳酸钙、纳米稀土粒子组合物添加剂的润滑油制备步骤如下：
(1)将表面活性剂Tween-20、Tween-60、Span-20按2g∶2g∶1g的比例搅拌均匀；
(2)将上述混合活性剂与聚醚以5g∶1g的比例混合后搅拌均匀；
(3)在上述溶剂中加入0.5g纳米碳酸钙、0.5g纳米稀土粒子的混合物，放于70～80℃电热恒温水浴锅中搅拌约10～20分钟左右；
(4)将上述含纳米粒子混合物的溶液加入到160g基础油(500SN)中后置于KQ218型超声波振荡器中振荡15～20分钟使纳米混合粒子充分分散；
(5)将油品放在H97-A恒温磁力搅拌器中搅拌2个小时左右，温度控制在80℃左右，速度为1300r/min。
可以多次重复(4)和(5)步骤，具体的振荡、搅拌时间要根据纳米混合粒子的添加量与分散情况而定。按上述工艺制备出含0.6wt％纳米碳酸钙、纳米稀土粒子(配比为1∶1)的组合物作为添加剂的润滑油。
实施例2：含纳米碳酸钙粒子、纳米铜粒子组合物添加剂的润滑油配制步骤如下：
(1)将表面活性剂Tween-20、Tween-60、Span-20按2g∶2g∶1g的比例搅拌均匀；
(2)将上述混合活性剂与聚醚以5g∶1g的比例混合后搅拌均匀；
(3)在上述溶剂中加入0.5g纳米碳酸钙、0.5g纳米铜粒子的混合物，放于70～80℃电热恒温水浴锅中搅拌约10～20分钟左右；
(4)将上述含纳米粒子混合物的溶液加入到160g基础油(500SN)中后置于KQ218型超声波振荡器中振荡15～20分钟以使纳米混合粒子充分分散；
(5)将油品放在H97-A恒温磁力搅拌器中搅拌2个小时左右，温度控制在80℃左右，速度为1300r/min。
可以多次重复(4)和(5)步骤，具体的振荡、搅拌时间要根据纳米混合粒子的添加量与分散情况而定。按上述工艺制备出含0.7wt％纳米碳酸钙、纳米铜粒子(配比为1∶1)的组合物作为添加剂的润滑油。
实施例3：含纳米铜、纳米铁粒子组合物添加剂的润滑油制备步骤如下：
(1)将表面活性剂Tween-20、Tween-60、Span-20按2g∶2g∶1g的比例搅拌均匀。
(2)将上述混合活性剂与聚醚以5g∶1g的比例混合后搅拌均匀。
(3)在上述溶剂中加入0.5g纳米铜、0.5g纳米铁粒子的混合物，放于70～80℃电热恒温水浴锅中搅拌约10～20分钟左右。
(4)将上述含纳米粒子混合物的溶液加入到160g基础油(500SN)中后置于KQ218型超声波振荡器中振荡15～20分钟使纳米混合粒子充分分散。
(5)将油品放在H97-A恒温磁力搅拌器中搅拌2个小时左右，温度控制在80℃左右，速度为1300r/min。
可以多次重复(4)和(5)步骤，具体的振荡、搅拌时间要根据纳米混合粒子的添加量与分散情况而定。按上述工艺制备出含0.6wt％纳米铜、纳米铁粒子(配比为1∶1)的组合物作为添加剂的润滑油。
对实施例1、实施例2和实施例3中所制备出的含纳米粒子混合物作为添加剂的润滑油的最大无卡咬负荷(PB)、抗磨减摩性能用四球摩擦磨损试验机进行评价。为了对比，用于作为对照的油品除了基础油(500SN)、40CD成品润滑油之外，另外还配制出三种分别含0.6％纳米碳酸钙、0.6％纳米稀土、0.6％纳米铜粒子作为添加剂的润滑油，分别取名为对照油1、对照油2和对照油3。对上述各种对照油样的最大无卡咬负荷(PB)、抗磨减摩性能也用四球摩擦磨损试验机进行测量。抗磨减摩性能试验的测试条件为：负荷392N，试验时间60min，转速1450rpm。将所有试验测量的钢球最大无卡咬负荷(PB)、磨斑直径(WSD)与摩擦系数(μ)的结果列于表1中。
由表1实验结果可以看出，用纳米材料组合物作为添加剂的润滑油具有优良的极压性能和抗磨减摩性能，具有广泛的应用前景。
表1：油品最大无卡咬负荷(PB)、抗磨减摩性能评价结果 油品 PB/N WSD/mm μ 实施例1 784 0.36 0.0896 实施例2 755 0.40 0.0852 实施例3 755 0.42 0.0896 对照油1 726 0.49 0.0973 对照油2 726 0.50 0.0982 对照油3 726 0.52 0.0987 500SN 392 0.72 0.1203 40CD 667 0.56 0.1186