專利名稱：一種納米碳材潤滑添加劑的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于潤滑材料制備技術，特別涉及具有很好的生物相容性，可作為機械零部件、生物器件和醫(yī)用器件的潤滑添加劑的一種納米碳材潤滑添加劑。
背景技術：
摩擦磨損在生產(chǎn)生活中廣泛存在，它導致消耗大量能源和大量機械零部件失效，給國民經(jīng)濟帶來了巨大損失。據(jù)估計，僅磨粒磨損每年給工業(yè)國家?guī)淼膿p失就占國民生產(chǎn)總值的1～4％。據(jù)德國沃格甫爾(Vogelphol)教授測算，全世界生產(chǎn)的能源約有1/3到1/2損失在摩擦磨損上，英國焦斯特(H.P.Jost)教授指出，全世界的能源有30～50％消耗在摩擦磨損上，也就是說全世界每年約有相當于30億噸石油的能源白白消耗在摩擦磨損當中。由于摩擦磨損造成的經(jīng)濟損失極為巨大，因此對減摩抗磨方法及機理的研究具有非常重要的意義和極大的實用價值。由于使用潤滑劑(油、脂)來減小摩擦降低磨損效率高、效果好，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活中已廣泛使用。已知納米MoS2和FeS做為潤滑(添加)劑能有效改善潤滑狀態(tài)、降低摩擦系數(shù)。但開發(fā)出性能更加優(yōu)異的納米潤滑添加劑一直是材料研究領域的熱點之一。由于碳質納米材料不會導致顯著污染，它是通過石墨電極放電過程中高溫電弧的作用產(chǎn)生碳質納米碳球(又稱碳納米蔥)，將其收集后進行表面處理，以利于其在潤滑油中能均勻分散，利用其球形形狀特征，使其產(chǎn)生類似球形滾珠的作用，使?jié)櫥瑮l件改善，使摩擦系數(shù)降低和磨損減小，目前尚未見到利用碳質納米球潤滑添加劑來改善潤滑性能的相關實驗的公開報道。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提出了一種納米碳材潤滑添加劑。其特征在于該材料來源是通過石墨電極放電過程中高溫電弧的作用產(chǎn)生碳質納米碳球(又稱碳納米蔥)，將其收集后進行表面處理，以利于其在潤滑油中能均勻分散，其制備工藝過程如下(1)將電弧放電裝置的電源輸出端和石墨電極相連接。
(2)設置電源輸出參數(shù)輸出電流密度為1～2A/mm2，電壓16～20V。
(3)啟動電源，啟動石墨電極進給裝置，采用自動調節(jié)裝置，自動調節(jié)進給速度，以保持電弧穩(wěn)定。
(4)收集碳質納米球產(chǎn)品并進行純化采用過濾法收集碳質納米球，離心法或干燥法脫水。
(5)表面研磨處理將納米球研磨0.5-1小時。
(6)將收集的碳質納米球按潤滑油的0.02-0.2wt％的比例加入潤滑油中，并進行超聲分散，達到目測無顆粒狀懸浮物、色度均勻的分散狀態(tài)。
本發(fā)明的有益效果是通過實驗發(fā)現(xiàn)加入碳質納米潤滑添加劑后，顯著改善潤滑液的抗磨減摩性能，摩擦系數(shù)降低了60％以上，表面磨損狀況顯著改善。并且具有很好的生物相容性，可作為生物器件和醫(yī)用器件的潤滑添加劑材料。因此，開發(fā)出性能優(yōu)異的碳質納米潤滑添加劑材料，具有很重要的實用價值和潛在的在生物器件和醫(yī)用器件領域中的應用前景。


圖1為電弧放電裝置和石墨電極連接示意圖。
具體實施例方式
本發(fā)明提出了一種納米碳材潤滑添加劑。該材料來源是通過石墨電極放電過程中高溫電弧的作用產(chǎn)生碳質納米碳球(又稱碳納米蔥)，將其收集后進行表面處理，以利于其在潤滑油中能均勻分散，其制備工藝過程如下1)使用的設備電弧放電裝置、碳質納米蔥的表面處理裝置和碳質納米球在潤滑油中的分散裝置。
2)實施方式(1)將電弧放電裝置的電源的正輸出端和石墨陽極3相連接，電源的負輸出端和石墨陰極4相連接，并放入去離子水2中；石墨陽極3還和石墨電極進給裝置1連接(如圖1所示)；(2)設置電源輸出參數(shù)輸出電流密度為1～2A/mm2，電壓16～20V。；(3)啟動電源，啟動石墨電極進給裝置，采用自動調節(jié)裝置，自動調節(jié)進給速度，以保持電弧穩(wěn)定；(4)收集碳質納米球產(chǎn)品并進行純化采用過濾法收集碳質納米球，離心法或干燥法脫水；(5)表面研磨處理將納米球研磨0.5-1小時；(6)將收集的碳質納米球按潤滑油的0.02-0.2wt％的比例加入潤滑油中，并進行超聲分散，達到目測無明顯顆粒懸浮物、色澤均勻的狀態(tài)。
利用石墨電弧放電方法制備出了碳質納米潤滑添加劑(納米蔥)材料，經(jīng)透射電子顯微鏡檢驗，碳質納米球的直徑約為5-30納米。
將上述碳質納米球材料進行環(huán)塊潤滑實驗，經(jīng)表面處理后，按潤滑油的0.02-0.2wt％的比例加入40#普通潤滑油中，并采用超聲分散。結果表明，潤滑添加劑在潤滑油中分散均勻，看不到顆粒懸浮物、色澤均勻。
采用對比實驗方法，在環(huán)塊摩擦磨損試驗機上對比分析了有添加劑和無添加劑潤滑油的潤滑效果，實驗載荷約250牛頓，時間2小時。兩種對磨材料分別為45#鋼，淬火態(tài)；GCr15鋼，調質。表面粗糙度≤0.45μm。實驗結果表明加入潤滑添加劑條件下，摩擦系數(shù)降低約60％。
權利要求
1.一種納米碳材潤滑添加劑，其特征在于該材料來源是通過石墨電極放電過程中高溫電弧的作用產(chǎn)生碳質納米碳球，將其收集后進行表面處理，以利于其在潤滑油中能均勻分散；其制備工藝過程如下(1)將電弧放電裝置的電源的正輸出端和石墨陽極(3)相連接，電源的負輸出端和石墨陰極(4)相連接，并放入去離子水(2)中；石墨陽極(3)還和石墨電極進給裝置(1)連接；(2)設置電源輸出參數(shù)輸出電流密度為1～2A/mm2，電壓16～20V；(3)啟動電源，啟動石墨電極進給裝置，采用自動調節(jié)裝置，自動調節(jié)進給速度，以保持電弧穩(wěn)定；(4)收集碳質納米球產(chǎn)品并進行純化采用過濾法收集碳質納米球，離心法或干燥法脫水；(5)表面研磨處理將納米球研磨0.5-1小時；(6)將收集的碳質納米球按潤滑油的0.02-0.2wt％的比例加入潤滑油中，并進行超聲分散，達到無明顯顆粒懸浮物、色澤均勻的狀態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明公開了屬于潤滑材料制備技術的一種納米碳材潤滑添加劑。該材料是利用石墨電弧放電方法中石墨電極在放電過程中高溫電弧的作用產(chǎn)生碳質納米碳球(又稱碳納米蔥)，將其收集后進行表面處理和超聲分散，得到直徑約為5－30納米的碳質納米球。通過實驗發(fā)現(xiàn)加入碳質納米潤滑添加劑后，顯著改善潤滑液的抗磨減摩性能，摩擦系數(shù)降低了60％以上，表面磨損狀況顯著改善。并且具有很好的生物相容性，可作為機械零部件、生物器件和醫(yī)用器件的潤滑添加劑材料。因此，開發(fā)出性能優(yōu)異的碳質納米潤滑添加劑材料，具有很重要的實用價值和潛在的在生物器件和醫(yī)用器件領域中的應用前景。
文檔編號C10M125/00GK1632081SQ20041009719
公開日2005年6月29日 申請日期2004年12月14日 優(yōu)先權日2004年12月14日
發(fā)明者姚可夫 申請人:清華大學