專利名稱：：陶瓷合金耦合劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及潤滑劑
技術(shù)領(lǐng)域：
，特別是涉及一種以潤滑劑為載體，通過高能機械合金化陶瓷合金耦合方式在金屬摩擦表面形成陶瓷合金材料層的陶瓷合金耦合劑及其制備方法。
背景技術(shù)：
：金屬磨損、金屬腐蝕、金屬疲勞是造成機械設(shè)備損壞的三大原因，國際權(quán)威機構(gòu)統(tǒng)計認為"金屬材料三大損耗約占工業(yè)總產(chǎn)值的30%"，因機械傳動摩擦磨損產(chǎn)生的折舊、維修、維護保養(yǎng)等造成的經(jīng)濟損失，價值相當(dāng)于中國整個GDP的10%。潤滑油、脂產(chǎn)品幾乎應(yīng)用到國民經(jīng)濟各個領(lǐng)域，是工業(yè)運行的血液。從交通運輸、金屬加工、動力機械設(shè)備，到建筑、各類電器等無不涉及到。半個世紀以來，隨著機械設(shè)備的不斷更新，其應(yīng)用范圍不斷擴大，單靠石油煉制加工出來的潤滑油、脂產(chǎn)品，從性能上遠遠不能滿足客觀上的要求。為此，在各類潤滑油、脂產(chǎn)品中加入添加劑，以改善各式不同應(yīng)用狀況下的特殊要求，提高使用性能。經(jīng)過多年應(yīng)用與實踐，潤滑油、脂添加劑已成為提高油品使用性能和改善油品質(zhì)量的經(jīng)濟而有效的重要手段。隨著人們環(huán)保意識的增強和環(huán)保法規(guī)的越來越嚴苛，潤滑油、脂添加劑面臨越來越大的挑戰(zhàn)。為了順應(yīng)汽車低排放的要求和美國石油協(xié)會(API)ILSACGF-4規(guī)格的實施，汽車發(fā)動機油要求磷含量不得超過0.08%，硫含量不得超過0.5y。(5W/XX油)和0.7%(10W/XX油)。2009年問世的GF-5汽車發(fā)動機油更把磷的含量控制在0.05%以下。ILSAC規(guī)格要求在降低硫和磷含量的前提下進一步提高油品的抗磨性，例如，GF-4規(guī)格要求在臺架程序IVA實驗中的平均凸輪磨損由GF-3的120pm降低到90pm。同時美國材料測試協(xié)會ASTMD-2石油產(chǎn)品和潤滑劑委員會的重載發(fā)動機油標準小組也把柴油機油的硫、磷分別控制在0.4%、0.12%以下。因此，這對以硫、磷為主的傳統(tǒng)潤滑油、脂抗磨添加劑構(gòu)成了重大挑戰(zhàn)。對工業(yè)潤滑油和潤滑脂而言，雖然沒有硫、磷含量的限制，但對極壓性能要求較高的金屬切削加工業(yè)，發(fā)展高性能的取代添加劑仍是十分必要的。近20年來，對于環(huán)保型抗磨、極壓添加劑的研究取得了不少理論成果，如研究高分子量的二垸基二硫代磷酸鋅(ZDDP)、納米添加劑、ZDDP性能促迸劑等。但許多研究成果由于種種原因而未盡完善，因此還未轉(zhuǎn)換成商業(yè)化產(chǎn)品。另有一些添加劑技術(shù)的應(yīng)用仍然存在爭議，有待后續(xù)發(fā)展，如，中國發(fā)明專利公開號CN1346873公開了一種應(yīng)用陶瓷金屬潤滑機制的潤滑油添加劑，其組成為含鉬、硼、硫、磷等的化合物，該添加劑雖然具有較好的抗磨性能，但其含有大量的硫和磷等有害物質(zhì)。中國發(fā)明專利公開號CN1765803公開了一種金屬/陶瓷納米復(fù)合自修復(fù)添加劑及其制備方法，屬于納米粒子懸浮技術(shù)，另外，中國發(fā)明專利公開號CN101186856公開了一種用于潤滑油納米級陶瓷金屬添加劑及制備；中國發(fā)明專利公開號CN1324922公開了一種金屬陶瓷潤滑劑及其制造方法，該潤滑劑由515%的潤滑添加劑和8595%的載液組成，其中潤滑添加劑是由納米金屬粉、納米陶瓷粉和分散劑均勻混合而成，這三種方法由于納米粒子在潤滑油中的分散技術(shù)尚存在較大缺陷，因此均有待進一步改善。美國專利US4,844,825公開了一種以氯化石油蠟為主的極壓添加劑，可以有效提高內(nèi)燃機的潤滑抗摩性能，但是為了中和氯化物導(dǎo)致的金屬腐蝕，必須要加入大量堿性磺酸鹽，使得硫含量無法低于1%。美國專利US7,423,000公開了一種不含磷和金屬化合物的極壓添加劑，但是無法避免地使用含硫添加物。美國專利US6,588,393公開了一種低硫含量(5-250ppm)的金屬磷酸化合物極壓添加劑，雖然含硫量極低，但是磷含量無法達到GF-4,GF-5標準。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種不含硫、磷等有害物質(zhì)且耐磨性能較高的陶瓷合金耦合劑及其制備方法。潤滑油、脂的極壓性能是指在摩擦面接觸壓力非常高、油膜易破裂的極高壓(高溫)潤滑條件下，防止金屬燒結(jié)、熔焊等損傷的性能。潤滑油、脂極壓抗磨劑主要是為了防止燒結(jié)、擦傷和磨損而使用的添加劑。極壓作用的機理主要分為下面兩部分(1)化學(xué)吸附(皂化)邊界潤滑膜，也稱為常溫低負荷邊界潤滑膜；(2)化學(xué)反應(yīng)邊界潤滑膜，高溫高負荷或沖擊負荷邊界潤滑膜，極壓邊界潤滑改善劑。極壓抗磨劑主要是含有活性元素硫、氯和磷的有機化合物，當(dāng)磨擦面接觸壓力高時，兩金屬表面的凹凸點互相咬合，產(chǎn)生局部高溫、高壓，此時極壓抗磨劑中的活性元素與金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成剪切強度低的固體保護膜，把兩金屬表面隔開，從而防止金屬磨損和燒結(jié)。一般來說，含磷添加劑在負荷較小的條件下有明顯的抗膜性，含硫或氯的添加劑在高負荷高溫條件下防止燒結(jié)和磨損。實際上極壓劑和抗磨劑之間的界限并不嚴格，大多數(shù)化合物兼具這兩種作用，所以統(tǒng)稱為極壓抗磨劑。由于極壓潤滑是邊界潤滑的一種類型，其全液膜已不存在，潤滑劑中的添加劑在極壓條件下與金屬表面呈化學(xué)結(jié)合，防止了金屬表面的燒結(jié)，金屬表面間的壓力導(dǎo)致局部溫升，促使化學(xué)反應(yīng)發(fā)生。另外，一般邊界潤滑劑屬于油性劑或潤滑性添加劑。這些添加劑的作用在于物理吸附或化學(xué)吸附，但沒有足夠的化學(xué)活性去防止極壓條件下金屬表面的燒結(jié)。抗磨添加劑是一種特殊層次的邊界潤滑劑，給金屬表面提供支撐膜，其在高壓下與金屬表面可能產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，也可能不產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，但其本身是有化學(xué)變化的。在極壓條件下，此類支撐膜破裂并產(chǎn)生金屬燒結(jié)。在持續(xù)的壓力下，極壓劑生成的膜并不耐久，消耗很大。但由于磨損膜處在金屬表面上，所以極壓劑的反應(yīng)活性可使抗燒結(jié)膜快速恢復(fù)。因此，如果能夠在極壓條件下快速形成金屬保護膜且在持續(xù)的壓力下，生成的膜能耐久，就可以大幅提高潤滑效率。材料科學(xué)中廣泛使用一種反應(yīng)加工技術(shù)，依靠反應(yīng)自熱的材料合成，通過放熱反應(yīng)合成出新物質(zhì)，一旦合成后，它與材料中的其它組分之間有很好的界面結(jié)合，合成和致密化同時完成，反應(yīng)熱的釋放強化了材料的熱加工過程。陶瓷合金就是在反應(yīng)加工的技術(shù)基礎(chǔ)下所發(fā)展出的新材料，通過機械合金化的工藝將兩種或兩種以上的金屬或非金屬粉末的混合物以高能球磨機械力驅(qū)動固態(tài)反應(yīng)，使粉末在過程中不斷借由摩擦發(fā)生變形、焊合、斷裂，不同粉末相互交迭的層狀組織尺寸越來越小，原子通過界面擴散而逐漸合金化，生成一般狀態(tài)中難以形成的具有優(yōu)異性能的結(jié)構(gòu)或功能材料。本發(fā)明即是利用化學(xué)耦合方式將一種能形成陶瓷合金結(jié)構(gòu)的先導(dǎo)物制成極壓抗磨添加劑，添加劑穩(wěn)定地溶于潤滑油或脂中，由于耦合化學(xué)結(jié)構(gòu)具有界面活性官能基，能物理性的吸附于金屬表面，利用機具在極壓環(huán)境下的磨擦高壓導(dǎo)致的局部高溫驅(qū)動化學(xué)反應(yīng)，機具部件間的劇烈碰撞沖擊，提供了先導(dǎo)物熱裂解反應(yīng)的動力學(xué)條件，形成陶瓷化合金，并隨著磨擦部件的持續(xù)不斷沖擊，使反應(yīng)傳播并繼續(xù)進行。所形成的陶瓷合金膜具有高硬度、低磨擦系數(shù)的特性，因此經(jīng)過一段時間的作用后，局部磨擦陶瓷化導(dǎo)致高潤滑，也因為膜穩(wěn)定性高不損耗，提高了添加劑的性能。因此可以有效地延長機具壽命、節(jié)約能源、減低排放。本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種陶瓷合金耦合劑，按重量百分比該陶瓷合金耦合劑由以下組份制備而成含鋁化合物0.5-2%、含鎂化合物0.25-2%、硼化垸醇酰胺1-6%、鈦耦合劑0.5-5%以及穩(wěn)定分散劑86-95%。優(yōu)選的各組份的組成分別為含鋁化合物0.75-1.75%、含鎂化合物0.5-1.75%、含硼化合物3-6%、鈦耦合劑0.75-3%、穩(wěn)定分散劑89-94%。更優(yōu)選的各組份的組成分別為含鋁化合物1-1.5%、含鎂化合物1誦1.5%、含硼化合物4-6%、鈦耦合劑1-2%、穩(wěn)定分散劑90-92%。上述的鋁化合物為醋酸鋁(Aluminumacetate)、叔丁氧基鋁(Aluminumtert-butoxide)、異丙酉享鋁(Aluminumiso畫propoxide)、苯氧化鋁(Aluminumphenoxide)或納米鋁金屬粉。上述的鎂化合物為氫氧化鎂(Magnesiumhydroxide)、烷醇鎂(Magnesiumalcoxide)、葡萄糖酸鎂(Magnesiumd國gluconate)或石更酉旨酸鎂(Magnesiumstearate)o上述的硼化垸醇酰胺由烷醇胺和硼酸以(24):1的重量比在80100。C、在氮氣保護下反應(yīng)28小時制得。上述的硼化垸醇胺為三乙醇胺或乙醇胺，優(yōu)選的為乙醇胺。上述的鈦耦合劑為垸醇基鈦(Titaniumalcoxide)，優(yōu)選為鈦酸異丙酯(Titaniumisopropoxide)或四叔丁基鈦酸酉旨(Titaniumtert-butoxide)，更4尤j忠為鈦酸異丙酯。上述的穩(wěn)定分散劑為石油蠟、氯化石油蠟或蜂蠟，優(yōu)選為氯含量為1%的氯化石油蠟。一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的陶瓷合金耦合劑的制備方法，所述的制備方法包括(1)硼化垸醇酰胺的制備由烷醇胺和硼酸以(24):1的重量比在80100°C、在氮氣保護下反應(yīng)28小時制得硼化垸醇酰胺；(2)陶瓷合金耦合劑的制備在惰性氣體保護下將含鋁化合物、含鎂化合物、硼化烷醇酰胺、鈦耦合劑和穩(wěn)定分散劑在50-8(TC條件下反應(yīng)0.53小時。所述的混合溫度優(yōu)選為60-7(TC，所述的惰性氣體為氮氣或氬氣。合成完畢后制得極性油溶琥珀色液體。本發(fā)明的陶瓷合金耦合劑本身不含硫、磷可以滿足環(huán)保與美國石油協(xié)會(API)GF-4、GF-5的低硫、磷要求，其主要為含鋁、鎂與硼的三元化合物，利用鈦耦合劑與石油蠟等穩(wěn)定劑分散，可以以不同的添加比例加入到潤滑油、脂中。其利用潤滑劑為載體，通過高能機械合金化陶瓷合金耦合方式在金屬摩擦表面形成陶瓷合金材料層，可以廣泛用于潤滑油、脂等潤滑領(lǐng)域，具有優(yōu)異的自潤滑、自修復(fù)、自保養(yǎng)性能，具有潤滑油性能和機具壽命雙重保護功效，能夠有效地節(jié)約能源、減低排放。具體實施方式一、硼化烷醇酰胺1)硼化乙醇酰胺的合成在帶有氮氣保護、夾套加熱和攪拌的三口瓶中，加入100g乙醇胺和40g硼酸，加熱、攪拌至硼酸完全溶解，然后加熱到90。C，反應(yīng)4小時。制得的產(chǎn)品為微黃色透明液體，溶于水和極性溶劑。2)硼化三乙醇酰胺的合成在帶有氮氣保護、夾套加熱和攪拌的三口瓶中，加入120g三乙醇胺和40g硼酸，加熱、攪拌至硼酸完全溶解，然后加熱到95t:，反應(yīng)6小時。制得的產(chǎn)品為黃色透明液體，溶于水和極性溶劑。8二、陶瓷合金耦合劑的合成1)陶瓷合金耦合劑A的合成將20g異丙醇鋁(Aluminumiso隱propoxide)，20g葡萄糖酸鎂(Magnesiumd-gluconate)，60g制得的硼化乙醇酰胺和5g鈦異丙醇鹽(Titaniumisopropoxide)混合加入到898g氯含量為1%的氯化石油蠟后，在氮氣保護氣氛下于6(TC攪拌1小時得到極性油溶琥珀色液體。2)陶瓷合金耦合劑B的合成將20g異丙酉享鋁(Aluminumiso畫propoxide)，20g葡萄糖酸f美(Magnesiumd-gluconate)，60g制得的三乙醇酰胺和10g鈦異丙醇鹽(Titaniumisopropoxide)混合加入到898g氯含量為1%的氯化石油蠟后，氮氣保護氣氛下于7(TC攪拌2小時得到琥珀色油性液體。將陶瓷合金耦合劑A、B與市場中通用之ZDDP極壓添加劑以150SN基礎(chǔ)油為載體在四球機中以美國Faville-LeVally公司生產(chǎn)之鋼球(ChromeAlloySted)進行抗磨協(xié)同比較，結(jié)果列于表1中。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>由表1中數(shù)據(jù)可知，本發(fā)明的陶瓷合金耦合劑抗磨效果明顯優(yōu)于ZDDP。權(quán)利要求1.一種陶瓷合金耦合劑，其特征在于按重量百分比該陶瓷合金耦合劑由以下組份制備而成含鋁化合物0.5-2％、含鎂化合物0.25-2％、硼化烷醇酰胺1-6％、鈦耦合劑0.5-5％以及穩(wěn)定分散劑86-95％。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陶瓷合金耦合劑，其特征在于所述的各組份的組成分別為含鋁化合物0.75-1.75%、含鎂化合物0.5-1.75%、含硼化合物3-6%、鈦耦合劑0.75-3%、穩(wěn)定分散劑89-94%。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的陶瓷合金耦合劑，其特征在于所述的各組份的組成分別為含鋁化合物1-1.5%、含鎂化合物1-1.5%、含硼化合物4-6%、鈦耦合劑1-2%、穩(wěn)定分散劑90-92%。4.根據(jù)權(quán)利要求13中任一項所述的陶瓷合金耦合劑，其特征在于所述的鋁化合物為醋酸鋁、叔丁氧基鋁、異丙醇鋁、苯氧化鋁或納米鋁金屬粉。5.根據(jù)權(quán)利要求13中任一項所述的陶瓷合金耦合劑，其特征在于所述的鎂化合物為氫氧化鎂、垸醇鎂、葡萄糖酸鎂或硬酯酸鎂。6.根據(jù)權(quán)利要求13中任一項所述的陶瓷合金耦合劑，其特征在于所述的硼化烷醇酰胺由垸醇胺和硼酸以(24):l的重量比在8010(TC、在氮氣保護下反應(yīng)28小時制得。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的陶瓷合金耦合劑，其特征在于所述的烷醇胺為三乙醇胺或乙醇胺。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的陶瓷合金耦合劑，其特征在于所述的烷醇胺為乙醇胺。9.根據(jù)權(quán)利要求13中任一項所述的陶瓷合金耦合劑，其特征在于所述的鈦耦合劑為烷醇基鈦。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的陶瓷合金耦合劑，其特征在于所述的烷醇基鈦為鈦酸異丙酯或四叔丁基鈦酸酯。11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的陶瓷合金耦合劑，其特征在于所述的烷醇基鈦為鈦酸異丙酯。12.根據(jù)權(quán)利要求13中任一項所述的陶瓷合金耦合劑，其特征在于所述的穩(wěn)定分散劑為石油蠟、氯化石油蠟或蜂蠟。13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的陶瓷合金耦合劑，其特征在于所述的穩(wěn)定分散劑為氯化石油蠟。14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的陶瓷合金耦合劑，其特征在于所述的氯化石油蠟的氯含量為1%。15.—種根據(jù)權(quán)利要求1所述的陶瓷合金耦合劑的制備方法，其特征在于所述的制備方法包括(l)硼化烷醇酰胺的制備由烷醇胺和硼酸以(24):l的重量比在80100°C、在氮氣保護下反應(yīng)28小時制得硼化烷醇酰胺；(2)陶瓷合金耦合劑的制備在惰性氣體保護下將含鋁化合物、含鎂化合物、硼化烷醇酰胺、鈦耦合劑和穩(wěn)定分散劑在50-8(TC條件下反應(yīng)0.53小時。16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的制備方法，其特征在于所述的混合溫度為60誦7(TC。17.根據(jù)權(quán)利要求15或16所述的制備方法，其特征在于所述的惰性氣體為氮氣或氬氣。全文摘要本發(fā)明公開了一種陶瓷合金耦合劑，按重量百分比該陶瓷合金耦合劑由以下組份制備而成含鋁化合物0.5-2％、含鎂化合物0.25-2％、硼化烷醇酰胺1-6％、鈦耦合劑0.5-5％以及穩(wěn)定分散劑86-95％，另外本發(fā)明還公開了其制備方法。本發(fā)明的陶瓷合金耦合劑不含硫、磷，可以滿足環(huán)保要求；本陶瓷合金耦合劑以潤滑劑為載體，通過高能機械合金化陶瓷合金耦合方式在金屬摩擦表面形成陶瓷合金材料層，使金屬摩擦表面陶瓷化，實現(xiàn)潤滑油性能和機具壽命雙重保護功效，具有優(yōu)異的自潤滑、自修復(fù)、自保養(yǎng)性能。文檔編號C10M141/00GK101503645SQ200910067880公開日2009年8月12日申請日期2009年2月18日優(yōu)先權(quán)日2009年2月18日發(fā)明者吳以舜申請人:天津東方舜能潤滑材料有限公司