專利名稱：：自動(dòng)修復(fù)機(jī)械摩擦副磨損表面的納米修復(fù)劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種以潤滑油為載體在設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)不解體的狀態(tài)下自動(dòng)修復(fù)機(jī)械摩擦副磨損表面的納米修復(fù)劑，以及上述納米修復(fù)劑的制備方法。
背景技術(shù)：
：目前，納米材料廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，如機(jī)械領(lǐng)域，利用納米材料優(yōu)化金屬表面性能，提高金屬表面的抗磨性能，降低摩擦系數(shù)，提高機(jī)械使用性能，延長機(jī)械設(shè)備的使用壽命。國外專利以正負(fù)電子在摩擦副之間形成相互吸引的保護(hù)層以減少摩擦。其特點(diǎn)與機(jī)體的結(jié)合能力差，在機(jī)械設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)才能形成保護(hù)層；以碳?xì)浠衔锏闹饕煞值漠a(chǎn)品是在機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的熱能，利用"熱激活"的方式在摩擦副之間形成的保護(hù)層，減少摩損。以上專利產(chǎn)品存在以下問題(1)在存油介質(zhì)下，其摩擦系數(shù)都不小于0.003，且在干摩擦條件下大于0.003，甚至失去應(yīng)有之功效；(2)耐高溫性差，很難突破90(TC極限；(3)無法滿足海洋環(huán)境及強(qiáng)酸堿介質(zhì)中工作，尤其改性后在摩擦副表面形成明顯的界面層或油膜，使材料表面的粗造度難以超過14級(jí)；(4)對(duì)磨損創(chuàng)面的修復(fù)功能上，不能長時(shí)間的保持設(shè)計(jì)尺寸，僅對(duì)在幾納米以下深度的磨損面具有修復(fù)作用。中國專利200410099286X"潤滑油添加劑及其制備方法"的發(fā)明專利，公開了一種主要添加Si02的潤滑油。由于單純加入納米Si02能形成有效的納米膜，僅能修復(fù)局部磨損表面。中國專利200510131184.6"無機(jī)復(fù)合納米智能修復(fù)劑及其制備方法"公開了MgO、Si02AL203復(fù)合而成納米無機(jī)材料，由于其中的MgO在配方中的比重過大，影響修復(fù)后的摩擦副的表面硬度。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明為了克服上述技術(shù)的不足，提供了一種穩(wěn)定性能好、不發(fā)生團(tuán)聚、在設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)不解體的狀態(tài)下，可自動(dòng)修復(fù)機(jī)械摩擦副磨損表面的納米修復(fù)劑。本發(fā)明的另一目的在于提供上述納米修復(fù)劑的制備方法。本發(fā)明的自動(dòng)修復(fù)機(jī)械摩擦副磨損表面的納米修復(fù)劑，其特別之處在于含有Wt0.15e/。的納米粉體，基質(zhì)為潤滑油，所述的納米粉體為粒徑20~200nm的片狀高嶺石，所述的高嶺石含有wt45.247.2%Si02、wt37.639.2的AL203、以及wtl5.215.6。/。的Fe203和Ti02。上述本發(fā)明的納米修復(fù)劑，優(yōu)選的，含有wtl4。/。的納米粉體，納米粉體的粒徑為50100nm。上述本發(fā)明的納米修復(fù)劑的制備方法，采用以下步驟稱取納米粉體，用普通機(jī)械機(jī)粉碎成5-50微米的細(xì)粉；將細(xì)粉加入到潤滑油中，混合均勻，加入帶有超聲波的超聲波粉碎機(jī)中，進(jìn)行超聲粉碎，制成本發(fā)明的納米修復(fù)劑。上述本發(fā)明的制備方法，優(yōu)選的，所述的超聲波粉碎機(jī)中帶有水冷卻裝置，所述的超聲波的頻率為20KHz50KHz。本發(fā)明的自動(dòng)修復(fù)機(jī)械摩擦副磨損表面的納米修復(fù)劑，具備納米特有的界面與表面效應(yīng)和小尺寸效應(yīng)的特性。高嶺石的粒度越細(xì)，分散程度越大，比表面積也大；片狀結(jié)構(gòu)的高嶺石易結(jié)合和滑動(dòng)，比其他結(jié)構(gòu)形狀的具有更大的可塑性;因此納米高嶺石在機(jī)械運(yùn)動(dòng)中摩擦力作用下容易形成納米膜；高嶺石主要特征之一是耐高溫，其表征是材料抵抗高溫作用而不軟化的性質(zhì)，與AL203/Si02有關(guān)。摩擦副在運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的微區(qū)高溫使納米高嶺石燒結(jié)在摩擦副表面，形成含有微孔的納米陶瓷膜，增加摩擦副表面的含油量。納米高嶺石以潤滑油為載體作用于機(jī)械裝備摩擦副表面。隨潤滑油分散于各個(gè)摩擦副接觸層，在一定溫度、壓力、摩擦力作用下，摩擦副表面產(chǎn)生劇烈摩擦和塑形變形，納米顆粒就會(huì)在摩擦表面沉積成膜，并與摩擦表面作用、當(dāng)摩擦表面溫度高到一定值時(shí)，納米顆粒強(qiáng)度下降，增強(qiáng)潤滑與表面摩擦的微觀顆粒產(chǎn)生共晶、滲透、"焊接"、填補(bǔ)表面微觀溝谷，修復(fù)摩擦副表面。在摩擦副表面形成具有超強(qiáng)硬度、極高光潔度和超耐磨的自修復(fù)膜，并達(dá)到最佳的間隙配合公差。此時(shí)摩擦力的作用減少、摩擦系數(shù)降低，納米修復(fù)過程完成。而潤滑油中的納米顆粒，在不斷的尋找新的摩擦缺陷，并且在超光滑的摩擦表面，實(shí)現(xiàn)滾動(dòng)摩擦，更加減少摩擦力的作用，降低摩擦系數(shù)，從而形成一層具有減摩抗磨作用的液態(tài)或固態(tài)自修復(fù)膜。作用機(jī)理(1)沉積膜作用機(jī)理摩擦過程中油相中的納米粒子受兩種因素作用會(huì)向摩擦副表面遷移，一是因摩擦產(chǎn)生的微區(qū)高溫會(huì)引起強(qiáng)度高于體相的分子漲落，增強(qiáng)的分子漲落有利于不定向遷移，不定向遷移增加了納米粒子向摩擦副表面遷移的機(jī)會(huì)；二是因摩擦副產(chǎn)生外逸電子等使摩擦副表面的界面電磁場強(qiáng)化，強(qiáng)化的界面電場會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)化的磁場，表面微弱電磁場的存在，對(duì)表面吸附有強(qiáng)極性小分子的納米粒子，無疑會(huì)增加其在摩擦副表面富集的機(jī)會(huì)；三是處于摩擦副近表面的納米粒子使表面含納米粒子的潤滑油膜黏度增大，從而大大減少了它與體相介質(zhì)發(fā)生物質(zhì)交換的可能性。在這種情況下潤滑油膜中的納米粒子在反復(fù)摩擦下，錨固于其表面的超分散穩(wěn)定劑和少量極性小分子會(huì)產(chǎn)生脫附，從而使納米粒子表面的空間位阻層的致密程度和厚度減小，這無疑增加了粒子發(fā)生集聚，并進(jìn)而沉積在摩擦副表面的機(jī)會(huì)。(2)修復(fù)作用機(jī)理如果表面微坑大小和納米粒子一樣也在納米級(jí)，那么沉積或吸附在微坑的納米粒子，或在摩擦過程中被帶入納米級(jí)微坑的納米粒子就有可能在承載條件下被嵌入在微坑中，從而實(shí)現(xiàn)納米級(jí)微坑的修復(fù)。對(duì)表面粗糙的摩擦副而言，納米粒子的修復(fù)對(duì)摩擦學(xué)性能改善作用較小，因?yàn)槟Σ粮痹诔休d時(shí)接觸面只占整個(gè)摩擦副表面很小的一部分，因而對(duì)摩擦學(xué)性能有貢獻(xiàn)的僅僅只有接觸面的修復(fù)，其修復(fù)機(jī)理示意圖如圖1-1所示。以上分析表明①摩擦副表面越光滑平整，承載時(shí)接觸面越大，納米粒子的修復(fù)對(duì)改善摩擦學(xué)性能貢獻(xiàn)越大；②在保證納米粒子分散性和分散穩(wěn)定性的前提下，具有一定粒徑分布的納米粒子，有利于填充大小不同的納米級(jí)微坑，實(shí)現(xiàn)更大程度的條件修復(fù)。(3)光滑或超光滑表面滾動(dòng)摩擦作用機(jī)理在沉積膜作用機(jī)理、潤滑油膜增強(qiáng)機(jī)理、修復(fù)作用機(jī)理、表面優(yōu)化作用機(jī)理完成后，特別是R,Z納米粒子粒徑時(shí)，潤滑油中高度彌散的球形納米粒子在一定載荷范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)摩擦副表面的滾動(dòng)摩擦，其作用模型如1-2圖所示。在制備納米粒子時(shí)，控制納米粒徑才能實(shí)現(xiàn)光滑或超光滑表面滾動(dòng)摩擦。對(duì)大粒徑粒子而言，在未實(shí)現(xiàn)滾動(dòng)摩擦之前，會(huì)因大粒徑粒子承受的壓應(yīng)力過大，被壓入摩擦副表面；而粒徑太小的那一部分粒子因無法同時(shí)接觸摩擦對(duì)偶，也不可能參與滾動(dòng)潤滑。本發(fā)明的納米修復(fù)劑，穩(wěn)定性能好、不發(fā)生團(tuán)聚，對(duì)機(jī)械摩擦副磨損表面具有較強(qiáng)的修復(fù)功能，提高摩擦副的表面硬度，降低摩擦系數(shù)。采用本發(fā)明的制備方法，粉碎效果好，不發(fā)生團(tuán)聚，穩(wěn)定性好。圖1本發(fā)明的納米修復(fù)劑修復(fù)摩擦副微孔的二維模型圖2本發(fā)明的納米修復(fù)劑超光滑表面的滾動(dòng)摩擦作用模型具體實(shí)施方式下面結(jié)合具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作具體的說明。實(shí)施例1:稱取5kg的片狀高嶺石，所述的高嶺石含有wt46.5%Si02、wt38%的AL203、以及wtl5.5n/。的Fe203和Ti02，用普通機(jī)械機(jī)粉碎成20微米的細(xì)粉；將上述細(xì)粉加入到500kg潤滑油中，混合均勻，加入帶有超聲波的超聲波粉碎機(jī)中，進(jìn)行超聲粉碎，制成本發(fā)明的納米智能修復(fù)劑。上述的超聲波粉碎機(jī)采用專利號(hào)為200310105421中實(shí)施例1中的超聲波粉碎機(jī)。共計(jì)19個(gè)超聲波發(fā)射器，振動(dòng)頻率35KHz，總功率為1500W。經(jīng)濟(jì)南大學(xué)材料學(xué)院材料分析實(shí)驗(yàn)室測量，數(shù)據(jù)如表l。表1粒度測量結(jié)果表<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>實(shí)施例2:稱取10kg的片狀高嶺石，所述的高嶺石含有wt46.5%Si02、wt38。/。的AL203、以及wtl5.5。/。的Fe203和Ti02，用普通機(jī)械機(jī)粉碎成IO微米的細(xì)粉；將上述細(xì)粉加入到500kg潤滑油中，混合均勻，加入帶有超聲波的超聲波粉碎機(jī)中，進(jìn)行超聲粉碎，制成本發(fā)明的納米智能修復(fù)劑。上述的超聲波粉碎機(jī)采用專利號(hào)為200310105421中實(shí)施例1中的超聲波粉碎機(jī)。共計(jì)19個(gè)超聲波發(fā)射器，振動(dòng)頻率45KHz，總功率為1500W。經(jīng)濟(jì)南大學(xué)材料學(xué)院材料分析實(shí)驗(yàn)室測量，數(shù)據(jù)如表2。表2粒度測量結(jié)果表<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>實(shí)施例3:稱取20kg的片狀高嶺石，所述的高嶺石含有wt46.5。/。Si02、wt38%的AL203、以及wtl5.5。/。的Fe203和Ti02，用普通機(jī)械機(jī)粉碎成30微米的細(xì)粉；將上述細(xì)粉加入到500kg潤滑油中，混合均勻，加入帶有超聲波的超聲波粉碎機(jī)中，進(jìn)行超聲粉碎，制成本發(fā)明的納米智能修復(fù)劑。上述的超聲波粉碎機(jī)采用專利號(hào)為200310105421中實(shí)施例1中的超聲波粉碎機(jī)。共計(jì)19個(gè)超聲波發(fā)射器，振動(dòng)頻率50KHz，總功率為1500W。經(jīng)濟(jì)南大學(xué)材料學(xué)院材料分析實(shí)驗(yàn)室測量，數(shù)據(jù)如表3。表3粒度測量結(jié)果表<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>送驗(yàn)項(xiàng)目摩托車缸體經(jīng)本發(fā)明實(shí)施例的納米修復(fù)劑處理后，進(jìn)行納米保護(hù)層Hv硬度測試摩托車缸體的硬度測試經(jīng)山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院材料學(xué)實(shí)驗(yàn)室測試。測試儀器島津顯微硬度測試儀測試工況Hv50g時(shí)間10秒鐘測試結(jié)果HvHRC實(shí)施例l:85966.8實(shí)施例2:98574.2實(shí)施例3:104376未經(jīng)納米修復(fù)劑處理的解體試樣測試結(jié)果HvHRC34532.5測試?yán)?:送驗(yàn)品本發(fā)明實(shí)施例2的納米修復(fù)劑。送驗(yàn)項(xiàng)目磨損試驗(yàn)。試驗(yàn)機(jī)型號(hào)MM200型磨損試驗(yàn)機(jī)，最大載荷200kg。試驗(yàn)工況采用滑動(dòng)磨損，標(biāo)準(zhǔn)磨輪轉(zhuǎn)速為400轉(zhuǎn)/分，滴油為10滴/分。試驗(yàn)過程及結(jié)果如下結(jié)果如下正常供油狀態(tài)下，根據(jù)載荷的變化，普通潤滑油的磨擦系數(shù)為0.010.04，本發(fā)明的磨擦系數(shù)為0.0020.003。停止供油1/4小時(shí)后，根據(jù)載荷的變化，普通潤滑油的磨擦系數(shù)為O.O卜O.l，本發(fā)明的磨擦系數(shù)為0.0020.01。測試?yán)?:以本發(fā)明實(shí)施例1的納米修復(fù)劑為例，進(jìn)行汽車動(dòng)力實(shí)驗(yàn)。l汽車動(dòng)力性實(shí)驗(yàn)對(duì)解放CA1020樣車，在60km/h時(shí)，驅(qū)動(dòng)輪輸出功率，普通潤滑油時(shí)為15.8kw，使用本發(fā)明的納米修復(fù)劑后為19.9kw。2.等速燃料消耗實(shí)驗(yàn)對(duì)解放CA1020樣車，在50km/h時(shí)，普通潤滑油時(shí)為12.52L/100km，使用本發(fā)明的納米修復(fù)劑后為8.87L/100km。3.汽車煙度排放實(shí)驗(yàn)對(duì)解放CA1020樣車，普通潤滑劑時(shí)煙度吸收系數(shù)為2.81m—、使用本發(fā)明納米修復(fù)劑后為2.01m—、結(jié)論根據(jù)檢測結(jié)果，對(duì)于解放CA1020樣車，本發(fā)明的納米修復(fù)劑可以提高汽車動(dòng)力性，降低燃料消耗量，降低汽車煙度排放量。權(quán)利要求1、一種自動(dòng)修復(fù)機(jī)械摩擦副磨損表面的納米修復(fù)劑，其特征在于含有wt0.1～5％的納米粉體，基質(zhì)為潤滑油，所述的納米粉體為粒徑20～200nm的片狀高嶺石，所述的高嶺石含有wt45.2～47.2％SiO2、wt37.6～39.2的AL2O3、以及wt15.2～15.6％的Fe2O3和TiO2。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米修復(fù)劑，其特征在于含有wtl4%的納米粉體，所述的納米粉體的粒徑為50100nm。3、一種權(quán)利要求1所述的納米修復(fù)劑的制備方法，其特征在于采用以下步驟稱取納米粉體，用普通機(jī)械機(jī)粉碎成5-50微米的細(xì)粉；將細(xì)粉加入到潤滑油中，混合均勻，加入帶有超聲波的超聲波粉碎機(jī)中，進(jìn)行超聲粉碎，制成本發(fā)明的納米修復(fù)劑。4、根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于所述的超聲波粉碎機(jī)中帶有水冷卻裝置，所述的超聲波的頻率為20KHz50KHz。全文摘要本發(fā)明涉及一種以潤滑油為載體在設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)不解體的狀態(tài)下自動(dòng)修復(fù)機(jī)械摩擦副磨損表面的納米修復(fù)劑，以及上述納米修復(fù)劑的制備方法。本發(fā)明的自動(dòng)修復(fù)機(jī)械摩擦副磨損表面的納米修復(fù)劑，含有wt0.1～5％的納米粉體，基質(zhì)為潤滑油，所述的納米粉體為粒徑20～200nm的片狀高嶺石，所述的高嶺石含有wt45.2～47.2％SiO₂、wt37.6～39.2的AL₂O₃、以及wt15.2～15.6％的Fe₂O₃和TiO₂。本發(fā)明的納米修復(fù)劑，穩(wěn)定性能好、不發(fā)生團(tuán)聚，對(duì)機(jī)械摩擦副磨損表面具有較強(qiáng)的修復(fù)功能，提高摩擦副的表面硬度，降低摩擦系數(shù)。文檔編號(hào)C10M125/00GK101235332SQ200810014579公開日2008年8月6日申請(qǐng)日期2008年2月20日優(yōu)先權(quán)日2008年2月20日發(fā)明者一邢申請(qǐng)人:一邢