專利名稱：一種金屬/陶瓷納米復(fù)合自修復(fù)添加劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及新型納米材料開發(fā)及應(yīng)用領(lǐng)域，特別涉及一種金屬/陶瓷納米復(fù)合自修復(fù)添加劑的配方、制備和在不同摩擦場合情況下的使用方法。
背景技術(shù)：
摩擦、磨損是機(jī)械設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)過程中普遍發(fā)生的自然現(xiàn)象，也是造成材料、設(shè)備破壞和失效的三大原因(磨損、腐蝕和疲勞斷裂)之一。據(jù)統(tǒng)計，全世界生產(chǎn)能源的1/3～1/2損失在摩擦磨損上，美國每年因摩擦磨損造成的資源浪費(fèi)已將近兩千億美元，中國每年因摩擦磨損造成的損失達(dá)上千億人民幣。減少磨損和能耗，提高設(shè)備利用率，一直是世界各國研究的重要內(nèi)容之一。為減少磨損，除進(jìn)行合理的摩擦學(xué)設(shè)計外，還可通過以下兩條途徑來實(shí)現(xiàn)一是盡量提高摩擦副的抗磨、減摩性能，如選用耐磨材料、表面合金化、滲硫、滲硼等；二是通過實(shí)現(xiàn)摩擦副之間的良好潤滑，改善耐損條件或磨損過程中形成新的補(bǔ)償層來彌補(bǔ)磨損。由于第一條途徑在實(shí)際操作過程中受到零件的成本、加工及使用條件等方面的諸多限制，因此，更多的使用場合還是通過發(fā)展高效的潤滑油或潤滑脂來實(shí)現(xiàn)摩擦副之間的減摩和抗磨。
在油潤滑和脂潤滑系統(tǒng)中，由于大多的基礎(chǔ)礦物油和基礎(chǔ)潤滑脂所產(chǎn)生的稀的潤滑油(脂)膜在正常工作條件下極易被破壞，并且在使用過程中易出現(xiàn)沉積物多、摩擦副粘接等問題，甚至造成無法正常運(yùn)轉(zhuǎn)的情況?，F(xiàn)有潤滑技術(shù)中，為彌補(bǔ)基礎(chǔ)潤滑油(脂)的欠缺，主要解決方法是通過向潤滑油(脂)中加入具有不同功能的各種有機(jī)、無機(jī)化合物對潤滑油(脂)進(jìn)行改性，以改善潤滑介質(zhì)的理化性能，提高潤滑油(脂)膜的承載能力和降低摩擦系數(shù)。這些化合物雖能起到一定改善摩擦作用，但也帶來一定的副作用，如部分化合物在摩擦過程中可能產(chǎn)生有害成分，特別是當(dāng)油溫較高時，可能對有色金屬的軸承材料起腐蝕作用，有些油溶性有機(jī)添加劑易分解消耗，需不斷補(bǔ)充。此外，這種添加劑的合成工藝復(fù)雜，有些有化學(xué)污染，使其發(fā)展受到一定限制。固體潤滑添加劑是近年來國內(nèi)外研究和發(fā)展的一種重要潤滑添加劑技術(shù)，它是由一些具有層狀或鱗化結(jié)構(gòu)(如膠體MoS2、石墨、聚四氟乙烯)及Pb、Cu等一些軟金屬的固體顆粒均勻地分散于基礎(chǔ)油中形成的，其潤滑效果好，但當(dāng)其粒度較大和加入量較多時存在分散穩(wěn)定性差、易沉淀等問題，甚至在使用過程中出現(xiàn)加劇摩擦副的磨損現(xiàn)象。
基于納米微粒具有更好的懸浮特性以及可中和潤滑油氧化和燃料燃燒后產(chǎn)生的酸性物質(zhì)的分析，20世紀(jì)50年代以后納米潤滑添加劑的研究引起了世界發(fā)達(dá)國家的普遍重視。近年來國內(nèi)外學(xué)者利用各種制備方法研制出了多種納米級油品添加劑，所研究的添加劑品種已擴(kuò)大到金屬納米粉體、納米無機(jī)鹽、納米氫氧化物及氧化物、高分子納米微球等多種類型。如美國的JB公司和百順加公司在市場上推出的“摩圣”系列和petronplus系列純烴類納米單分子汽油發(fā)動機(jī)護(hù)理劑產(chǎn)品。俄羅斯推出了牌號為N-50A的含納米金剛石內(nèi)燃機(jī)磨合潤滑劑和含納米銅粉末與納米銅合金粉末的高級潤滑油。我國的褚炎明發(fā)明了一種納米金屬微粉潤滑修補(bǔ)劑(專利號CN1190668A)和抗磨潤滑劑(專利號CN1206737A)。王爾德用納米石墨粉作添加劑合成了高級潤滑油，王鶴壽利用機(jī)械粉碎和膠體化學(xué)相結(jié)合的方法制備了納米PTFE、MoS2、滑石粉并研究了它們的摩擦學(xué)性能(納米科技產(chǎn)業(yè)，2003，(7)67)。喬玉林等研制出了含納米銅的潤滑添加劑(石油煉制與化工，2002，(8)34)。最近，徐濱士院士還研制了納米銅和納米稀土化合物復(fù)合自修復(fù)添加劑(中國表面工程，2004，(2)37)，董凌研制了納米復(fù)合SiO2/SnO2自修復(fù)潤滑添加劑(摩擦學(xué)學(xué)報，2004，24(6)517)等。盡管，現(xiàn)已推出的多種納米潤滑添加劑均具有一定自修復(fù)功能，并有可能實(shí)現(xiàn)“零磨損”，但現(xiàn)有添加劑大都存在難以產(chǎn)生與金屬摩擦副表面具有冶金結(jié)合的很高硬度的自修復(fù)陶瓷層，一旦摩擦環(huán)境超出特定許可范圍，自修復(fù)膜將脫落失效并對潤滑油造成不好的影響，此外部分潤滑添加劑還存在成本高、制備工藝復(fù)雜等問題。大量資料分析表明，迄今為止，哈爾濱圣龍集團(tuán)(圣金牌)和俄羅斯尼基丁.伊戈爾.符拉基米洛維奇推出的含有超細(xì)羥基硅酸鎂的礦石粉自修復(fù)劑(專利號分別為02101022.6，CN98121144)在摩擦過程中生成的自修復(fù)層具有高硬度(顯微硬度高達(dá)HV680～1145)和與黑色金屬摩擦副冶金結(jié)合的功能，并且其自修復(fù)層的干摩擦系數(shù)極低(0.003～0.007)，但其產(chǎn)品存在只適用于鋼-鋼摩擦副、修復(fù)時間長(1～100小時)(或要求高機(jī)械摩擦力)、油潤滑條件下摩擦系數(shù)恢復(fù)性增高(0.03～0.06)以及對潤滑油磨斑直徑和極壓值提高較少(ZMZ值提高10.6)等問題(國家經(jīng)貿(mào)委金屬磨損自修復(fù)材料產(chǎn)品鑒定會文件，2002年9月)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是針對上述潤滑添加劑存在的種種缺欠，提供一種自修復(fù)層硬度高、能大幅度減小油(脂)潤滑條件下的摩擦系數(shù)和磨斑直徑、提高極壓值的金屬/陶瓷納米復(fù)合自修復(fù)添加劑，使其在使用過程中能快速在多種金屬摩擦副表面形成高硬度冶金結(jié)合自修復(fù)保護(hù)層，并通過調(diào)整潤滑添加劑配方和加入方法使之適用于不同摩擦副(鋼-鋼，鋼-銅，銅-銅，銅-鋁)和外界摩擦環(huán)境變化大的場合；本發(fā)明的另一個目的是提供上述一種金屬/陶瓷納米復(fù)合自修復(fù)添加劑的制備方法。
本發(fā)明的技術(shù)方案為一種金屬/陶瓷納米復(fù)合自修復(fù)添加劑，其特征在于由占復(fù)合自修復(fù)添加劑總重量20～80％納米天然礦石微粉金屬磨損自修復(fù)添加劑A和由占復(fù)合自修復(fù)添加劑總重量20～80％納米復(fù)合金屬粉體自修復(fù)添加劑B復(fù)配而成；其中納米天然礦石微粉金屬磨損自修復(fù)添加劑A的組分及各組分所占添加劑A總量的重量百分含量如下天然礦石納米微粉 10～30％，分散劑 2～5％，輔助添加劑 3.2～15％，分散介質(zhì) 50～84.8％；納米復(fù)合金屬粉體自修復(fù)添加劑B的組分及各組分所占添加劑B總量的重量百分含量如下金屬納米復(fù)合粉 8～20％，分散劑 0.3～6％，穩(wěn)定劑 0.3～6％，抗氧腐蝕劑 0.5～1％，
性能調(diào)節(jié)劑 0.3～5％，分散介質(zhì)67～80％。
其中上述的天然礦石納米微粉為天然蛇紋石或者是天然蛇紋石和占蛇紋石重量百分比5～30％的氧化鎂經(jīng)加工后獲得的納米微粉混合物，粉體平均粒度為30～100nm；天然蛇紋石優(yōu)選江蘇東海天然蛇紋石(含蛇紋石、綠泥石、滑石)。分散劑至少是六偏磷酸鈉、硅烷偶聯(lián)劑、油酸、硬脂酸或德國Disperbyk系列分散劑中的一種。其它輔助添加劑為減磨劑、催化劑、摩擦副清凈分散劑和抗氧腐蝕劑；各組分占納米天然礦石微粉金屬磨損自修復(fù)添加劑A重量百分比分別為減磨劑0.5～4％；催化劑0.2～5％；摩擦副清凈分散劑2～5％；抗氧腐蝕劑0.5～1％。減磨劑是納米Fe3O4或納米石墨粉，其平均粒度為30～60納米。催化劑至少是納米Fe2O3(、納米Ce2O3或納米La2O3中的一種，其平均粒度為30～60納米。摩擦副清凈分散劑是納米CaCO3或納米Ca(OH)2，其平均粒度為30～100納米?？寡醺g劑是T501，T202或T504。
其中金屬納米復(fù)合粉的組分及含量分別為銅粉≤100nm 40～90wt.％、鎳粉≤60nm 10～60wt.％和鉬粉≤60nm 0～30wt.％(以金屬納米復(fù)合粉總量為基準(zhǔn))。穩(wěn)定劑為蓖麻油的衍生物或聚乙烯臘的一種或兩種復(fù)配。性能調(diào)節(jié)劑至少是含鉬極壓抗磨劑MoDDP、106清凈劑、154分散劑、406油性劑、603粘度指數(shù)調(diào)節(jié)劑或803A降凝劑中的一種。分散介質(zhì)是基礎(chǔ)潤滑油或基礎(chǔ)潤滑脂；其中基礎(chǔ)潤滑油為500SN、15W或20W，基礎(chǔ)潤滑脂為鋰基減磨潤滑脂。
本發(fā)明還提供了上述一種金屬/陶瓷納米復(fù)合自修復(fù)添加劑的生產(chǎn)方法，其步驟為A.將占納米天然礦石微粉金屬磨損自修復(fù)添加劑A總重量10～30％天然礦石納米微粉與占添加劑A總重量2～5％分散劑和占添加劑A總重量50～84.8％分散介質(zhì)配制后，通過球磨機(jī)將礦石粉球磨至30～100納米后，然后加入占添加劑A總重量3.2～15％的輔助添加劑進(jìn)一步球磨、分散、混合60～180min后獲得納米天然礦石微粉金屬磨損自修復(fù)添加劑A；B.將占納米復(fù)合金屬粉體自修復(fù)添加劑B總重量0.3～6％分散劑加入占添加劑B總重量67～80％的分散介質(zhì)中，再加入占添加劑B總重量8～20％納米金屬復(fù)合粉體和占添加劑B總重量0.3～6％穩(wěn)定劑，用高速分散機(jī)分散后，所得的金屬納米復(fù)合粉體分散液加入占添加劑B總重量0.5～1％抗氧腐蝕劑和占添加劑B總重量0.3～5％的性能調(diào)節(jié)劑，在球磨機(jī)中研磨，制得納米復(fù)合金屬粉體自修復(fù)添加劑B；C.將上述制備好的占復(fù)合添加劑總重量20～80％添加劑A和占復(fù)合添加劑總重量20～80％添加劑B復(fù)配，在球磨機(jī)或高速混合機(jī)中研磨或攪拌60～120分鐘，制得金屬/陶瓷納米復(fù)合自修復(fù)添加劑C。
其中步驟B中采用多槍直流電弧等離子體蒸發(fā)法制備滿足要求的高均勻混合單質(zhì)金屬納米復(fù)合粉。各種金屬納米粉或金屬納米復(fù)合粉應(yīng)在真空條件下保存，稱量時應(yīng)在真空手套箱內(nèi)進(jìn)行，稱量后的微粉應(yīng)立刻浸入溶劑中保存。
其中步驟B中高速分散機(jī)的轉(zhuǎn)速為600～3000轉(zhuǎn)/分鐘，分散時間為15～60分鐘，在球磨機(jī)中研磨時間為20分鐘～2小時。
上述的天然礦石納米微粉為天然蛇紋石或者是天然蛇紋石和占蛇紋石重量百分比5～30％的氧化鎂經(jīng)加工后獲得的納米微粉混合物，粉體平均粒度為30～100nm；天然蛇紋石優(yōu)選江蘇東海天然蛇紋石(含蛇紋石、綠泥石、滑石)。分散劑至少是六偏磷酸鈉、硅烷偶聯(lián)劑、油酸、硬脂酸或德國Disperbyk系列分散劑中的一種。其它輔助添加劑為減磨劑、催化劑、摩擦副清凈分散劑和抗氧腐蝕劑；各組分占納米天然礦石微粉金屬磨損自修復(fù)添加劑A重量百分比分別為減磨劑0.5～4％，催化劑0.2～5％，摩擦副清凈分散劑2～5％，抗氧腐蝕劑0.5～1％。減磨劑是納米Fe3O4或納米石墨粉，其平均粒度為30～60納米。催化劑至少是納米Fe2O3、納米Ce2O3或納米La2O3中的一種，其平均粒度為30～60納米。摩擦副清凈分散劑是納米CaCO3或納米Ca(OH)2，其平均粒度為30～100納米?？寡醺g劑是T501，T202或T504。
上述金屬納米復(fù)合粉的組分及含量分別為銅粉≤100nm 40～90wt.％、鎳粉≤60nm 10～60wt.％和鉬粉≤60nm 0～30wt.％(以金屬納米復(fù)合粉總量為基準(zhǔn))。穩(wěn)定劑為蓖麻油的衍生物或聚乙烯臘的一種或兩種復(fù)配。性能調(diào)節(jié)劑至少是含鉬極壓抗磨劑MoDDP、106清凈劑、154分散劑、406油性劑、603粘度指數(shù)調(diào)節(jié)劑或803A降凝劑中的一種。分散介質(zhì)是基礎(chǔ)潤滑油或基礎(chǔ)潤滑脂；其中基礎(chǔ)潤滑油為500SN、15W或20W，基礎(chǔ)潤滑脂為鋰基減磨潤滑脂。
本發(fā)明在不同摩擦環(huán)境下金屬摩擦自修復(fù)添加劑的使用方法也不同，可以將金屬/陶瓷納米復(fù)合自修復(fù)添加劑直接加入，也可以將步驟A和B制得的納米天然礦石微粉金屬磨損自修復(fù)添加劑A和納米復(fù)合金屬粉體自修復(fù)添加劑B分別加。
步驟A中納米天然礦石微粉金屬磨損自修復(fù)添加劑A的用量根據(jù)不同場合按實(shí)際設(shè)備中每升潤滑油(脂)含納米礦石微粉0.02～0.4克計量加入適量添加劑。
四球試驗機(jī)試驗結(jié)果和實(shí)際運(yùn)行試驗結(jié)果表明，該添加劑與國內(nèi)外相近礦石粉金屬磨損自修復(fù)劑相比，除可在黑色金屬摩擦副表面穩(wěn)定獲得高硬度冶金結(jié)合自修復(fù)硅酸鐵鎂保護(hù)層之外，具有修復(fù)時間短(縮短3～5倍)，可在一定程度上提高基礎(chǔ)油得PB值(10～52％)，并降低油潤滑條件下的摩擦系數(shù)和磨斑直徑，節(jié)約添加劑用量20％左右。
步驟B中納米復(fù)合金屬粉體自修復(fù)添加劑B用量根據(jù)不同場合按實(shí)際設(shè)備中每升潤滑油(脂)含納米金屬微粉0.5～4克計量加入適量添加劑。
四球試驗機(jī)試驗結(jié)果和實(shí)際運(yùn)行試驗結(jié)果表明，該添加劑與國內(nèi)報道相近添加劑相比，具有高度分散穩(wěn)定性，最佳粉體加入量可降低1～3倍，PB值提高30～50％)，磨斑直徑(WSB)降低10～30％，油潤滑條件下摩擦系數(shù)降低1～3倍(0.015～0.0175)，自修復(fù)時間大幅度縮短(摩擦副清潔條件下8～30分鐘)。
也可以將制得金屬/陶瓷納米復(fù)合自修復(fù)添加劑C直接加入。
四球試驗機(jī)試驗結(jié)果和實(shí)際運(yùn)行試驗結(jié)果表明，該添加劑與其它相近潤滑添加劑相比，摩擦學(xué)性能大幅度改善，自修復(fù)時間大幅度縮短(摩擦副清潔條件下20～60分鐘)，可在不同金屬摩擦副表面形成高硬度冶金結(jié)合金屬/陶瓷自修復(fù)梯度保護(hù)層。
對于“鋼-鋼摩擦副”可按照本發(fā)明的推薦用量先加入添加劑A，待高硬度陶瓷修復(fù)層形成后再加入低限含量添加劑B，可達(dá)到本發(fā)明所要求的多重目的和綜合使用效果。也可直接采用按推薦用量范圍加入添加劑C，進(jìn)行摩擦副自修復(fù)，但應(yīng)根據(jù)摩擦副機(jī)械力大小適當(dāng)調(diào)節(jié)加入量。
對于“鋼-銅摩擦副”可按照本發(fā)明的推薦用量范圍直接加入添加劑C，酌情根據(jù)摩擦副機(jī)械力大小調(diào)節(jié)加入量大小。
對于“銅-銅、銅-鋁摩擦副”可按照本發(fā)明的推薦用量范圍先加入添加劑B，待金屬納米修復(fù)層形成后再加入一定含量添加劑A。在摩擦副機(jī)械力大小適中的情況下，通過調(diào)整添加劑C的配方，也可直接按推薦用量加入添加劑C。
有益效果本發(fā)明采用納米天然礦石微粉金屬磨損自修復(fù)添加劑和納米復(fù)合金屬粉體自修復(fù)添加劑復(fù)配而成，且天然礦石微粉、復(fù)合金屬粉體和一些添加劑為納米粉體，因此具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)可在多種機(jī)械零件摩擦副磨損表面上快速生成高硬度冶金結(jié)合自修復(fù)性保護(hù)層(保護(hù)層顯微硬度可達(dá)HV650～1100)，自修復(fù)時間比同類材料縮短3～5倍，定期使用修復(fù)材料處理摩擦副可以補(bǔ)償零件磨損并使摩擦副間隙最佳化；(2)顯著改善潤滑介質(zhì)的摩擦學(xué)性能，在一定載荷及潤滑添加劑加入量情況下，PB值最高可達(dá)1080N，WSB可比500SN基礎(chǔ)油降低45.6％，短時間油潤滑條件下摩擦系數(shù)可穩(wěn)定至0.015～0.0175；(3)大幅度降低機(jī)械零件磨擦磨損，大大減少設(shè)備的維修，部件的更換次數(shù)，延長設(shè)備使用壽命和大修期限2～3倍，并延長油封、橡膠、塑料墊變形、老化、發(fā)脆時間；(4)節(jié)能增效顯著，可增加燃油利用率10～32％，提高發(fā)動機(jī)動力20％左右；(5)有利環(huán)保降低機(jī)件在運(yùn)轉(zhuǎn)時的溫度，減輕機(jī)械噪音，減少車輛的廢氣污染和黑煙(減少廢氣排放30～50％)，有效防止因機(jī)器設(shè)備、車輛陳舊或超載引起的顫抖，燃燒機(jī)油等現(xiàn)象；(6)具有極優(yōu)的熱穩(wěn)定性，既可在炎熱的夏季使機(jī)械設(shè)備保持所需要的最低溫度和平穩(wěn)運(yùn)行，又可在寒冷的冬季使發(fā)動機(jī)迅速起動，運(yùn)轉(zhuǎn)容易，并且起動電流小。
(7)該添加劑與其它相近潤滑添加劑相比，摩擦學(xué)性能大幅度改善，自修復(fù)時間大幅度縮短(摩擦副清潔條件下20～60分鐘)，可在不同金屬摩擦副表面形成高硬度冶金結(jié)合金屬/陶瓷自修復(fù)梯度保護(hù)層。


圖1摩擦副抗磨減摩效果對比圖左圖使用常規(guī)添加劑，右圖使用本發(fā)明潤滑添加劑。
圖2為金屬粉體濃度對潤滑油極壓值的影響圖，橫軸為Cu-Ni復(fù)合粉體濃度/wt％，縱軸為PB值/N。
圖3為磨斑直徑(WSD)與Cu-Ni復(fù)合粉體加入量的關(guān)系圖，橫軸為Cu-Ni復(fù)合粉體加入量/wt％，縱軸為磨斑直徑/mm。
圖4為載荷和粉體加入量對摩擦系數(shù)的影響圖，橫軸為時間/min，縱軸為摩擦系數(shù)/u。
圖5為三種添加劑長時間摩擦系數(shù)的變化圖，橫軸為時間/min，縱軸為摩擦系數(shù)/u1#不添加納米金屬粉的添加劑，2#每升潤滑油加入2克金屬納米微粉添加劑，3#每升潤滑油加入1克金屬納米微粉添加劑圖6為使用本發(fā)明添加劑8分鐘后，磨斑表面形成的自修復(fù)Cu-Ni-Fe金屬膜圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)例1稱取金屬納米銅粉8.1g，鎳粉0.9g，采用多槍直流電弧等離子體蒸發(fā)法制備平均粒度為54nm的金屬納米銅鎳復(fù)合粉，稱取油酸2.5g加入15W基礎(chǔ)油84g中，再加入金屬納米銅鎳復(fù)合粉，用轉(zhuǎn)速為600～3000轉(zhuǎn)/分鐘高速分散機(jī)分散15～60分鐘，在所得的金屬納米分散液中加入蓖麻油3g，MoDDP 0.5g，T1540.5g，T2020.5g，在球磨機(jī)中研磨20分鐘～2小時，得添加劑B，按每升潤滑油含金屬納米微粉2克計量加入起亞商務(wù)車潤滑油中用于試驗，該車試驗前已行駛60000公里，原長期添加常規(guī)潤滑添加劑，發(fā)動機(jī)噪聲大、振動大、潤滑油已發(fā)黑。注入添加劑后20分鐘左右發(fā)動機(jī)噪聲、振動明顯減小，動力增加，但行駛500公里后發(fā)動機(jī)噪聲又增大，經(jīng)過清洗發(fā)動機(jī)缸體原油泥并更換潤滑油后重新注入添加劑B后，發(fā)動機(jī)噪聲、振動明顯減小，動力增大，尾氣中的藍(lán)煙也明顯減少，節(jié)油效果平均達(dá)14.8％。
實(shí)例2首先，將蛇紋石10.5g破碎并球磨至30微米左右后，將蛇紋石粉與氧化鎂4.5g和六偏磷酸納3g、15W基礎(chǔ)油70.8g稱量配制后，通過行星球磨機(jī)將礦石粉球磨至80納米后，加入納米Ca(OH)25g，納米石墨粉3g，納米Fe2O32g，納米Ce2O30.2g，T501 1g進(jìn)一步球磨120min后獲得該添加劑A。按每升潤滑油含納米礦石微粉0.08克計量加入摩托車潤滑油中用于試驗，該車試驗前已行駛25000公里，發(fā)動機(jī)噪聲大、振動大，動力不足，注入添加劑后20分鐘左右發(fā)動機(jī)噪聲、振動明顯減小，30分鐘左右發(fā)動機(jī)明顯增大，節(jié)油效果平均達(dá)12.6％。行駛500公里后按每升潤滑油含納米金屬粉0.9克再次注入添加劑B(實(shí)施例1所制得)后發(fā)動機(jī)噪聲、振動進(jìn)一步減小，動力進(jìn)一步增大。
實(shí)例3將實(shí)例1中的添加劑B10g和實(shí)例(2)中的添加劑A粉體40g復(fù)配后，球磨混合80分鐘制備而得添加劑C，加入礦山用載重貨車潤滑油中用于試驗，該車試驗前也已行駛150000公里左右，發(fā)動機(jī)噪聲大、振動大、動力不足。注入添加劑后40分鐘左右發(fā)動機(jī)噪聲、振動明顯減小，動力增加，尾氣中的藍(lán)煙明顯減少，節(jié)油效果平均達(dá)15.6％。
實(shí)例4將實(shí)例1中的添加劑B40g和實(shí)例(2)中的添加劑A粉體10g復(fù)配后，球磨混合80分鐘制備而得添加劑C，加入摩托車潤滑油中用于試驗，該車試驗前也已行駛50000公里左右，發(fā)動機(jī)噪聲大、振動大、動力不足。注入添加劑后30分鐘左右發(fā)動機(jī)噪聲、振動明顯減小，動力增加，尾氣中的藍(lán)煙明顯減少，節(jié)油效果平均達(dá)15.2％，行駛500公里左右后，經(jīng)拆卸發(fā)現(xiàn)缸體表面已修復(fù)有高硬度黑色光滑金屬/陶瓷保護(hù)層。
實(shí)例5首先，將蛇紋石10g破碎并球磨至30微米左右后，和硅烷偶聯(lián)劑0.5g、六偏磷酸納2g，15W基礎(chǔ)油70.8g稱量配制后，通過行星球磨機(jī)將礦石粉球磨至50納米后，加入納米CaCO33g，F(xiàn)e3O41g，納米La2O30.2g，T202 0.5g進(jìn)一步球磨150min后獲得該添加劑A。然后，稱取金屬納米銅粉10.8g，鎳粉6.3g，鉬粉0.9g，采用多槍直流電弧等離子體蒸發(fā)法制備平均粒度60nm的金屬納米銅鎳鉬復(fù)合粉；稱取硬脂酸5g加入基礎(chǔ)潤滑油68.5g中，再加入金屬納米銅鎳鉬復(fù)合粉，用轉(zhuǎn)速為2500轉(zhuǎn)/分鐘高速分散機(jī)分散50分鐘，在所得的金屬納米分散液中加入聚乙烯臘3g，MoDDP 0.5g，T106 2g、T154 2g，T504 1g，在球磨機(jī)中研磨1小時，得添加劑B。將制得的添加劑A按每升潤滑油含納米礦石微粉0.086克計量加入菲亞特小轎車潤滑油中用于試驗，該車試驗前已行駛61000公里，注入添加劑后發(fā)動機(jī)噪聲、振動明顯減小，動力增加，尾氣排放明顯減少，前450公里節(jié)油效果就達(dá)11.6％。行駛500公里后按每升潤滑油含納米金屬粉二次注入添加劑B1.5g后發(fā)動機(jī)噪聲、振動進(jìn)一步減小，動力進(jìn)一步增大。
實(shí)例6將實(shí)例5所制得的的添加劑A30克，添加劑B70克復(fù)配后，球磨混合100分鐘制備而得添加劑C，按每升潤滑油含納米礦石微粉0.096克，含金屬納米微粉1克計量加入磨床磨頭潤滑油和變速箱潤滑油中用于試驗，該床試驗前已使用近20年，兩摩擦副間隙已達(dá)到20微米左右，噪聲大、振動大、注入添加劑后17小時后，兩處摩擦副均修復(fù)上金屬/陶瓷保護(hù)層，且摩擦副間隙均恢復(fù)至8微米左右，噪聲、振動明顯減小，零件加工精度提高。
實(shí)例7稱取金屬納米銅粉6g，鎳粉4g，采用多槍直流電弧等離子體蒸發(fā)法制備平均粒度為60nm的金屬納米銅鎳復(fù)合粉，稱取油酸2g加入500SN83.4g中，再加入金屬納米銅鎳復(fù)合粉，用轉(zhuǎn)速為2000轉(zhuǎn)/分鐘高速分散機(jī)分散50分鐘，在所得的金屬納米分散液中加入蓖麻油3g，MoDDP 0.5g，納米Ce2O30.1g、T1540.5g，T202 0.5g，在球磨機(jī)中研磨1小時，得添加劑B，按每升潤滑油含納米金屬粉二次注入添加劑B1g后，發(fā)動機(jī)噪聲、振動進(jìn)一步減小，動力進(jìn)一步增大。
本發(fā)明具體實(shí)施效果還有很多，在此不再一一贅述。
權(quán)利要求
1.一種金屬/陶瓷納米復(fù)合自修復(fù)添加劑，其特征在于由占復(fù)合自修復(fù)添加劑總重量20～80％納米天然礦石微粉金屬磨損自修復(fù)添加劑A和由占復(fù)合自修復(fù)添加劑總重量20～80％納米復(fù)合金屬粉體自修復(fù)添加劑B復(fù)配而成；其中納米天然礦石微粉金屬磨損自修復(fù)添加劑A的組分及各組分所占添加劑A總量的重量百分含量如下天然礦石納米微粉10～30％，分散劑 2～5％，輔助添加劑 3.2～15％，分散介質(zhì)50～84.8％；納米復(fù)合金屬粉體自修復(fù)添加劑B的組分及各組分所占添加劑B總量的重量百分含量如下金屬納米復(fù)合粉 8～20％，分散劑 0.3～6％，穩(wěn)定劑 0.3～6％，抗氧腐蝕劑 0.5～1％，性能調(diào)節(jié)劑 0.3～5％，分散介質(zhì)67～80％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合自修復(fù)添加劑，其特征在于天然礦石納米微粉為天然蛇紋石或者是天然蛇紋石和占蛇紋石重量百分比5～30％的氧化鎂經(jīng)加工后獲得的納米微粉混合物，粉體平均粒度為30～100nm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合自修復(fù)添加劑，其特征在于分散劑至少是六偏磷酸鈉、硅烷偶聯(lián)劑、油酸、硬脂酸或德國Disperbyk系列分散劑中的一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合自修復(fù)添加劑，其特征在于其它輔助添加劑為減磨劑、催化劑、摩擦副清凈分散劑和抗氧腐蝕劑；各組分占納米天然礦石微粉金屬磨損自修復(fù)添加劑重量百分比分別為減磨劑0.5～4％；催化劑0.2～5％，摩擦副清凈分散劑2～5％，抗氧腐蝕劑0.5～1％。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的復(fù)合自修復(fù)添加劑，其特征在于減磨劑是納米Fe3O4或納米石墨粉，其平均粒度為30～60納米；催化劑至少是納米Fe2O3、納米Ce2O3或納米La2O3中的一種，其平均粒度為30～60納米；摩擦副清凈分散劑是納米CaCO3或納米Ca(OH)2，其平均粒度為30～100納米。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的復(fù)合自修復(fù)添加劑，其特征在于抗氧腐蝕劑是T501、T202或T504。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合自修復(fù)添加劑，其特征在于金屬納米復(fù)合粉組分及各組分占金屬納米復(fù)合粉總量的重量百分含量分別為銅粉≤100nm 40～90％、鎳粉≤60nm 10～60％和鉬粉≤60nm 0～30％。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合自修復(fù)添加劑，其特征在于穩(wěn)定劑為蓖麻油的衍生物或聚乙烯臘的一種或兩種復(fù)配。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合自修復(fù)添加劑，其特征在于性能調(diào)節(jié)劑至少是含鉬極壓抗磨劑MoDDP、106清凈劑、154分散劑、406油性劑、603粘度指數(shù)調(diào)節(jié)劑或803A降凝劑中的一種。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合自修復(fù)添加劑，其特征在于分散介質(zhì)是基礎(chǔ)潤滑油或基礎(chǔ)潤滑脂；其中基礎(chǔ)潤滑油為500SN、15W或20W，基礎(chǔ)潤滑脂為鋰基減磨潤滑脂。
11.一種如權(quán)利要求1所述的復(fù)合自修復(fù)添加劑的制備方法，其步驟為A.將占納米天然礦石微粉金屬磨損自修復(fù)添加劑A總重量10～30％天然礦石納米微粉與占添加劑A總重量2～5％分散劑和占添加劑A總重量50～84.8％分散介質(zhì)配制后，通過球磨機(jī)將礦石粉球磨至30～100納米后，然后加入占添加劑A總重量3.2～15％的輔助添加劑進(jìn)一步球磨、分散、混合60～180min后獲得納米天然礦石微粉金屬磨損自修復(fù)添加劑A；B.將占納米復(fù)合金屬粉體自修復(fù)添加劑B總重量0.3～6％分散劑加入占添加劑B總重量67～80％的分散介質(zhì)中，再加入占添加劑B總重量8～20％納米金屬復(fù)合粉體和占添加劑B總重量0.3～6％穩(wěn)定劑，用高速分散機(jī)分散后，所得的金屬納米復(fù)合粉體分散液加入占添加劑B總重量0.5～1％抗氧腐蝕劑和占添加劑B總重量0.3～5％的性能調(diào)節(jié)劑，在球磨機(jī)中研磨，制得納米復(fù)合金屬粉體自修復(fù)添加劑B；C.將上述制備好的占復(fù)合添加劑總重量20～80％添加劑A和占復(fù)合添加劑總重量20～80％添加劑B復(fù)配，在球磨機(jī)或高速混合機(jī)中研磨或攪拌60～120分鐘，制得金屬/陶瓷納米復(fù)合自修復(fù)添加劑。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的制備方法，其特征在于步驟B中高速分散機(jī)的轉(zhuǎn)速為600～3000轉(zhuǎn)/分鐘，分散時間為15～60分鐘，在球磨機(jī)中研磨時間為20分鐘～2小時。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種金屬/陶瓷納米復(fù)合自修復(fù)添加劑，它是由金屬納米微粉和納米級天然礦石粉為主要原料，輔加清凈分散劑、催化劑、抗氧劑、溶劑等材料經(jīng)過一定工藝條件和生產(chǎn)步驟制成的用于潤滑油、潤滑脂或超聲介質(zhì)中加入的高性能納米復(fù)合自修復(fù)添加劑。其優(yōu)點(diǎn)是可在多種金屬摩擦副表面快速形成高硬度冶金結(jié)合自修復(fù)保護(hù)層，并根據(jù)摩擦力大小和摩擦副間隙自動調(diào)整自修復(fù)保護(hù)層的厚度，使摩擦副間隙最佳化，顯著改善摩擦副表面的物理化學(xué)性能，節(jié)能環(huán)保，大幅度延長機(jī)器零件的使用壽命和機(jī)器大修期限。本發(fā)明廣泛應(yīng)用于涉及摩擦對偶件的潤滑性能改善中。
文檔編號C04B22/00GK1765803SQ20051009423
公開日2006年5月3日 申請日期2005年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月6日
發(fā)明者匡庶, 張振忠, 郭航, 王宙, 吳燕 申請人:南京中盟科技新材料有限公司