雙層液相納米抗磨護理油膜結構的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種雙層液相納米抗磨護理油膜結構，包括被護理的金屬表面層，金屬表面層上設置有液相納米烴分子層，液相納米烴分子層上設置有液相微米級烴分子層，金屬表面層具有微米級凹凸結構，液相納米烴分子層形成與微米級凹凸結構相互嵌合的互補結構。本實用新型提出的雙層液相納米抗磨護理油膜結構，強化了抗磨減摩性能，在使用中尤其是在高溫或長時間使用中不結渣、不積碳、不沉淀、無任何副作用，安全性和可靠性高，大大減低了安全事故的發(fā)生，提高了生產效率，實現(xiàn)了進一步的節(jié)油降耗增效，節(jié)約了生產成本和使用成本。
【專利說明】
雙層液相納米抗磨護理油膜結構
技術領域
[0001]本實用新型涉及抗磨潤滑油、潤滑劑技術領域，特別是一種雙層液相納米抗磨護理油膜結構。
【背景技術】
[0002]潤滑油/潤滑劑是指應用于兩個相對運動的設備或裝置及加工件或器件之間，通常為機械設備或裝置，可以減少相對運動的兩者之間因接觸而產生的磨擦與磨損，以降低摩擦副的摩擦阻力、減緩其磨損的實現(xiàn)潤滑功能的介質，一般呈液體或半固體狀態(tài)。潤滑油/潤滑劑通常用于例如汽車、機械設備等領域以減少摩擦，保護機械設備或裝置及加工件，主要實現(xiàn)潤滑、輔助冷卻、防銹、清潔、密封和緩沖等功能，尤其是對摩擦副能夠實現(xiàn)冷卻、清洗和防止污染等功能。為了改善潤滑油/潤滑劑的抗磨減摩性能，在某些潤滑油/潤滑劑中可加入合適的能夠實現(xiàn)強化抗磨減摩功能的添加劑。
[0003]由于納米添加劑具有很多傳統(tǒng)添加劑不可比擬的優(yōu)良性能，例如固態(tài)或金屬納米添加劑，當其固態(tài)或金屬顆粒細化到納米尺度后，由于納米粒子的特殊效應(主要包括納米粒子的表面與界面效應、小尺寸效應以及體積效應)，使其獲得了新的物理、化學特性。納米粒子與例如摩擦副的摩擦表面接觸后形成納米吸附膜，或在極壓狀態(tài)下可以生成納米反應膜，其強度遠遠高于傳統(tǒng)添加劑的物理吸附膜、化學吸附膜或化學反應膜，因此能夠實現(xiàn)較傳統(tǒng)添加劑更優(yōu)良的抗磨減摩性能，所以得到了廣泛的應用。目前應用較廣泛的納米添加劑，例如納米減摩劑、納米抗磨劑、納米極壓劑、納米磨合劑等，其納米材料主要包括以下幾類:納米無機鹽類:硼酸鈣、硼酸鎂、硼酸鈦、磷酸鋅等。納米有機化合物類:有機銅化合物、有機硼化合物等。納米無機物類:石墨粉等。納米有機高分子聚合物類:聚四氟乙烯(P.T.F.E)等。納米金屬粉末類:鉛、銅、鎳、鉍等。
[0004]但是上述目前應用較廣泛的納米添加劑也存在其自身的弱點，例如固態(tài)或金屬納米添加劑，在使用時，特別是在高溫或長時間使用時，其固態(tài)或金屬納米粒子之間，由于其活性強、表面能高，極易發(fā)生吸附作用，形成“團簇”，納米粒子一旦“團簇”或團聚成大的粒子，就不再具備納米粒子的特有效應，特別是金屬納米粒子，還可能形成更大的晶粒，并與原作為載體的基礎油(即潤滑油/潤滑劑中的基礎油)分離，形成結渣積碳，導致其抗磨減摩性能大大降低，更甚者導致抗磨減摩功能失效。相關研究和四球實驗證明，例如在汽車發(fā)動機潤滑油中的固態(tài)或金屬納米添加劑，很容易相互之間團聚形成磨粒，或與運行中產生的磨肩發(fā)生團聚形成磨粒，此時不但不能實現(xiàn)很好的抗磨減摩功能，反而會加劇磨損;并且由于汽車發(fā)動機燃燒室的溫度通常較高，大量的金屬納米粒子形成的結渣積碳很容易聚積或粘附在發(fā)動機的缸體內，難以清除，并堵塞油路、油道和噴油嘴等部件，極易導致安全事故的發(fā)生。此外，許多采用固態(tài)或金屬納米添加劑的噴霧潤滑的大型機械設備，由于其工作環(huán)境惡劣、溫度高，同樣容易產生結渣，造成噴霧油管堵塞，導致安全事故的發(fā)生。綜上所述，目前應用較廣泛的潤滑油/潤滑劑的固態(tài)或金屬納米添加劑通常存在油溶性、分散性以及穩(wěn)定性等問題，在使用中會帶來一系列的動力損失、摩擦溫度升高和散熱困難等問題，使得潤滑油/潤滑劑變質速度加快，過早喪失潤滑和承載能力，極易造成機械事故和油品損失，造成低功效、尚能耗和尚排放。
【實用新型內容】
[0005]本實用新型針對現(xiàn)有技術中固態(tài)或金屬納米添加劑存在極易發(fā)生吸附作用，形成“團簇”，導致不再具備納米粒子的特有效應，特別是金屬納米粒子，還可能形成結渣積碳，導致其抗磨減摩性能大大降低，抗磨減摩功能失效以及更甚者反而會加劇磨損的缺陷或不足，提供一種雙層液相納米抗磨護理油膜結構，包括液相納米烴分子層，且其與金屬表面層的微米級凹凸結構形成相互嵌合的互補結構，液相納米烴分子層上設置有液相微米級烴分子層，該油膜結構在使用中不結渣、不積碳、不沉淀且無任何副作用，具有優(yōu)異的剪切安定性、熱穩(wěn)定性和油溶性，從而大大提高了其它添加劑無法比擬的抗磨潤滑和減小磨損的性會K。
[0006]本實用新型的技術方案如下:
[0007]雙層液相納米抗磨護理油膜結構，其特征在于，包括被護理的金屬表面層，所述金屬表面層上設置有液相納米烴分子層，所述液相納米烴分子層上設置有液相微米級烴分子層，所述金屬表面層具有微米級凹凸結構，所述液相納米烴分子層形成與所述微米級凹凸結構相互嵌合的互補結構。
[0008]所述微米級凹凸結構表面的金屬帶正電荷。
[0009 ]所述液相納米烴分子層中的納米烴分子帶負電荷。
[0010]所述液相納米烴分子層中的納米烴分子為液相微米級烴分子的斷鍵烴分子。
[0011 ] 所述液相納米斷鍵經分子的直徑范圍為5納米?80納米。
[0012]所述液相納米斷鍵烴分子的直徑為10納米。
[0013]所述液相微米級烴分子層中的液相微米烴分子的直徑范圍為2微米?4微米。
[0014]本實用新型的技術效果如下:本實用新型提出的雙層液相納米抗磨護理油膜結構，包括被護理的金屬表面層，金屬表面層上設置有液相納米烴分子層，液相納米烴分子層上設置有液相微米級烴分子層，金屬表面層具有微米級凹凸結構，液相納米烴分子層形成與微米級凹凸結構相互嵌合的互補結構;液相納米烴分子層中的烴分子直徑可以實現(xiàn)納米級，且優(yōu)選能夠達到僅5納米?10納米，并且呈液相態(tài)，本實用新型提出的雙層液相納米抗磨護理油膜結構在使用中不結渣、不積碳、不沉淀且無任何副作用，具有優(yōu)異的剪切安定性、熱穩(wěn)定性和油溶性，從而大大提高了其它添加劑無法比擬的抗磨潤滑和減小磨損的性會K。
[0015]本實用新型具有以下特點:1.兼具納米級添加劑由于納米粒子的特殊效應實現(xiàn)較傳統(tǒng)添加劑更優(yōu)良的抗磨減摩性能。2.斷鍵烴分子的直徑可以達到納米級且呈液相態(tài)，優(yōu)選能夠達到僅5納米?10納米。3.能夠在高溫(例如2 350°C)或長時間使用中不結渣積碳、不沉淀，使用安全性和可靠性高。4.具有優(yōu)異的剪切安定性、熱穩(wěn)定性和油溶性，因此使用方式靈活，應用范圍廣。
【附圖說明】
[0016]圖1是本實用新型雙層液相納米抗磨護理油膜結構示意圖。
[0017]附圖標記列示如下:1-液相納米烴分子層；2-液相微米級烴分子層；3-金屬表面層。
【具體實施方式】
[0018]下面結合附圖(圖1)對本實用新型進行說明。
[0019]圖1是本實用新型雙層液相納米抗磨護理油膜結構示意圖。如圖1所示，雙層液相納米抗磨護理油膜結構，包括被護理的金屬表面層3，金屬表面層3上設置有液相納米烴分子層I，液相納米烴分子層I上設置有液相微米級烴分子層2，金屬表面層3具有微米級凹凸結構，液相納米烴分子層I形成與微米級凹凸結構相互嵌合的互補結構。微米級凹凸結構表面的金屬帶正電荷;液相納米烴分子層I中的納米烴分子帶負電荷;液相納米烴分子層I中的納米烴分子為液相微米級烴分子的斷鍵烴分子，液相納米斷鍵烴分子的直徑范圍可以為5納米(nm)?80納米(nm)，優(yōu)選液相納米斷鍵經分子的直徑為10納米;液相微米級經分子層2中的液相微米烴分子的直徑范圍可以為2微米(μπι)?4微米(μπι)。
[0020]如圖1所示，本實用新型提出的雙層液相納米抗磨護理油膜結構中，液相納米烴分子層I中的斷鍵烴分子包括通式為CnHm —的液相納米斷鍵烴分子，通式CnHm+中η為碳原子個數且η的范圍為I?20，通式中m為氫原子個數;液相納米斷鍵烴分子可以為直鏈或環(huán)鏈，例如，直鏈結構的烷基CnH2n+1—、烯基CnH2n-!—以及炔基CnH2n-3—，環(huán)鏈結構的環(huán)烷基CnHn—和芳香烴基CnH2n-? —，本實用新型中的液相納米斷鍵烴分子包括但不限于上述結構，并且由此可知，上述氫原子個數可以為m = 2n+l或m= 2n_l或m= 2n_3或m = 2n_7。液相微米級烴分子層2中的液相微米烴分子包括通式為CaHb的液相微米烴分子，通式CaHb中a為碳原子個數且a的范圍為20?40，通式中b為氫原子個數。
[0021]液相納米斷鍵烴分子為液相微米級烴分子的斷鍵烴分子，可由液相微米級烴分子細化打碎斷鍵制備而成，該液相微米級烴分子為通式為CaHb的碳氫化合物(即純烴類有機高分子聚合物)，優(yōu)選CaSC2O?C4q的液相微米級烴分子細化打碎斷鍵制備而成，上述“細化打碎斷鍵”具體是指采用特殊的制備方式，即將液相微米級烴分子其C 一 C鍵或C 一 H鍵打斷，因此將其稱為“斷鍵”烴分子，但是使其保持呈液相態(tài)，并且斷鍵后的各液相納米烴分子均帶有負電荷，其性質實質上發(fā)生了改變，因此也可以將該“斷鍵”烴分子稱為“改性”烴分子;將其由微米級細化至納米級，通常細化后的液相納米斷鍵經分子的直徑范圍為5nm?80nm，優(yōu)選其直徑可以達到5nm?10nm。包括上述液相納米斷鍵經分子的雙層液相納米抗磨護理油膜結構，在使用中，由于納米斷鍵烴分子的特殊效應(主要包括納米粒子的表面與界面效應、小尺寸效應以及體積效應)，其與例如圖1中所示的金屬表面層3的摩擦表面接觸后形成納米吸附膜，或在極壓狀態(tài)下可以生成納米反應膜，呈現(xiàn)極壓潤滑狀態(tài)，其強度遠遠高于傳統(tǒng)添加劑的物理吸附膜、化學吸附膜或化學反應膜，本實用新型中的液相納米斷鍵烴分子可以將在金屬表面的滲入附著性增加10倍，因此能夠在金屬表面形成一層極薄極薄的“完美”的液相納米烴分子層1(也可以成為液相納米斷鍵烴分子“油膜”)，實現(xiàn)了較傳統(tǒng)添加劑更優(yōu)良的抗磨減摩性能，具有極強的極壓抗磨潤滑功能。同時，由于其保持呈液相納米態(tài)，尤其是高溫或長時間使用中，仍然具有優(yōu)異的剪切安定性、熱穩(wěn)定性和油溶性，實驗表明其加熱至高于350°C，沸騰超過10分鐘后，液相納米抗磨護理劑仍然晶瑩透亮，不沉淀不分離，沒有出現(xiàn)任何固態(tài)物質或重金屬顆粒。綜上所述，本實用新型提出的雙層液相納米抗磨護理油膜結構，兼具了由于納米粒子的特殊效應實現(xiàn)較傳統(tǒng)添加劑更優(yōu)良的抗磨減摩性能，滿足了沖擊性重負荷、高承載能力條件下抗磨減摩性能的要求，同時可以進一步強化極壓抗磨潤滑功能，使用中不結渣、不積碳、不沉淀、無任何副作用，抗蝕除銹，耐酸防水，不含任何固態(tài)物質或重金屬添加劑，不含聚四氟乙烯P.T.F.E，不含氯化物或磷硫等酸性物質，可以大大減少污染，超強抗磨，去顫減噪，明顯提高機械設備動力，成倍延長引擎或機械使用壽命，安全性和可靠性高，大大減低了安全事故的發(fā)生，提高了生產效率，實現(xiàn)了進一步的節(jié)油降耗增效，平均節(jié)能可以高達30%以上，延長潤滑油/潤滑劑更換周期可以高達50%以上，節(jié)約了生產成本和使用成本，大幅度地提高了產能效果和經濟效益。
[0022]本實用新型涉及的雙層液相納米抗磨護理油膜結構的工作原理具體說明如下:
[0023]如圖1所示，本實用新型涉及的雙層液相納米抗磨護理油膜結構在使用中，由于納米斷鍵烴分子的特殊效應(主要包括納米粒子的表面與界面效應、小尺寸效應以及體積效應)，其與圖1中所示的金屬表面層3的摩擦表面接觸后形成納米吸附膜，或在極壓狀態(tài)下可以生成納米反應膜，即圖1中所示的液相納米烴分子層I。如圖1中所示，金屬表面層3的金屬表面通常充滿了0.5μπι?2μπι的縫隙或微孔，在顯微鏡下觀察是非常粗糙的，金屬表面層3的運動金屬表面釋放出“自由”電子并存在正電荷，帶負電荷的液相納米斷鍵烴分子的單分子(分子直徑可以達到10nm，S卩0.Ο?μπι)，經過一定的時間、壓力以及溫度，能夠像磁石一樣緊緊吸附并完全滲入帶正電荷的金屬表面層3的金屬表面的0.5μπι?2μπι的縫隙或微孔，在金屬表面形成納米吸附膜，或在極壓狀態(tài)下可以生成納米反應膜，即液相納米烴分子層1(也可以成為液相納米斷鍵烴分子“油膜”)，而作為載體的液相微米級烴分子(一般分子直徑為2μπι?4μπι)在將液相納米斷鍵烴分子運輸至金屬表面層3的表面的0.5μπι?2μπι的縫隙或微孔中后，在形成的液相納米烴分子層I之外，形成液相微米級烴分子層2。這種在金屬表面層3上依次形成的兩層“油膜”結構，強化了抗磨減摩性能，具有極強的極壓抗磨潤滑功能，并且該“油膜”結構可以在金屬表面保持高達6000小時，并且相關分析和四球實驗證明，其單位承載壓力可達44000千克/厘米2(kg/cm2)，金屬摩擦副間的摩擦系數可實現(xiàn)不高于0.001，摩擦磨損明顯減少。將其使用在機械設備領域中時，軸承受壓力可以增大3?4倍，磨損面可以減小16?20倍，達到了一個標志性的潤滑護理指標;將其使用在汽車發(fā)動機領域中時，可以實現(xiàn)先潤滑后啟動，尤其是易于實現(xiàn)冷啟動，減少了汽車發(fā)動機零部件的更換頻率和維修費用。
[0024]本實用新型涉及的雙層液相納米抗磨護理油膜結構及其使用效果結合實施例具體說明如下:
[0025]實施例1:某公司使用數控銑槽機加工33萬千瓦發(fā)電機轉子豎槽，每條槽深60毫米(mm)，寬32毫米(mm)，長5150毫米(mm)。每銑一條槽需要半小時，刀片磨損即需要更換，加工一條槽就需要換一次刀片，每更換一次刀片約2小時，加工上述發(fā)電機轉子需要用600把刀片，加工時間需要30天。在銑槽加工時，在刀片和被加工面上采用本實用新型提出的雙層液相納米抗磨護理油膜結構，使用后，加工三條槽才需要換一次刀片，刀片實際使用壽命延長了三倍?，F(xiàn)在加工上述發(fā)電機轉子僅需要200把刀片，節(jié)約了三分之二的刀具。加工時間也由30天縮短為10天。
[0026]實施例2:某制造廠一臺設備的行星軸6個月就需要更換一次，采用本實用新型提出的雙層液相納米抗磨護理油膜結構后，可以實現(xiàn)連續(xù)使用5年。該廠在20臺小壓床離合器上采用本實用新型提出的液相納米抗磨護理劑使用方法使用該液相納米抗磨護理劑后，離合器工作鍵總體損耗率下降了92%以上，明顯減少了易損零部件的更換頻率，生產效益顯者提尚。
[0027]實施例3:某設備公司三個鉆井隊采用本實用新型提出的雙層液相納米抗磨護理油膜結構，使用2個月的測試表明:三個鉆井隊的節(jié)油率分別下降了 10.88%、10.51%和12.23%,平均達到了 11.21 %。三個鉆井隊的設備振動加速度分別下降了 28.88 %、20.82 %和25.06 %，平均下降了 24.92 %。三個鉆井隊的潤滑油污染速度均延長了 50 %以上。根據測試污染值近似計算大修時間的方法可以得出，三個鉆井隊的設備的大修周期均至少延長了50%以上。同時降低了噪音和油溫，提高了設備的安全性。
[0028]實施例4:某汽車公司對新開發(fā)的一種發(fā)動機進行600小時全速全負荷臺架運轉(相當于在滿載全負荷行車情況下，以最高車速行駛12萬公里)的實驗，采用本實用新型提出的雙層液相納米抗磨護理油膜結構后的測試表明:發(fā)動機最大功率由75.2千瓦(kw)增加到81.2千瓦(kw)，功率增大了6000瓦(w);最大扭矩由207.04牛.米(Nm)增加到216牛.米(Nm)，同比最大扭矩增幅為1.75倍;發(fā)動機運行100小時后燃油消耗克重.每小時.千瓦功率(g/kw.h)降低9.41克，即相當于百公里油耗減少了近4%;對樣機全面拆檢和精測表明，發(fā)動機缸孔平均磨損量為0.0175毫米(mm)，僅為10萬公里大修規(guī)定磨損量的十分之一。
[0029]實施例5:國家石油產品質量監(jiān)督檢驗中心對承載能力和抗磨性能進行檢測，在采用本實用新型提出的雙層液相納米抗磨護理油膜結構后的測試表明:320號重負荷齒輪油最大無卡咬負荷(Pb，kgf)由90提高到105，提高了 17 % ;燒結負荷(Pb，kgf)由250提高到315，提高了 26% ;磨斑直徑由0.58毫米(mm)減少到0.35毫米(mm)，減小了40 % ;承載能力和抗磨損能力均得到了顯著提高。
[0030]實施例6:后勤技術裝備研究所在采用本實用新型提出的雙層液相納米抗磨護理油膜結構后，進行100小時VickersKMC葉片栗磨損失重臺架檢測，測試結果表明葉片栗的葉片和定子總失重僅為0.015克(g)，比未添加液相納米抗磨護理劑前成倍下降。
[0031]實施例7:某地鐵在環(huán)線客車空壓機采用本實用新型提出的雙層液相納米抗磨護理油膜結構后，摩擦磨損明顯減小，經過一年多的試驗測試結果表明:空壓機油節(jié)約33%;空壓機的振動加速度(毫米/秒2(mm/s2))，在高頻段平均下降40%，在低頻段平均下降27% ;空壓機的振動速度(毫米/秒(mm/s))平均下降42%;空壓機的振幅(毫米(mm))平均下降49% ;因故障造成的破機事故由前一年的9起降至3起。
[0032]上述實施例充分證明，本實用新型提出雙層液相納米抗磨護理油膜結構，對改善例如發(fā)動機等設備各摩擦副的潤滑狀態(tài)，強化抗磨減摩性能，降低各摩擦部件的磨損，節(jié)油降耗，提高生產效率，以及提高安全性和可靠性，大大減低安全事故發(fā)生，都具有非常明顯的使用效果。
[0033]在此指明，以上敘述有助于本領域技術人員理解本發(fā)明創(chuàng)造，但并非限制本發(fā)明創(chuàng)造的保護范圍。任何沒有脫離本發(fā)明創(chuàng)造實質內容的對以上敘述的等同替換、修飾改進和/或刪繁從簡而進行的實施，均落入本發(fā)明創(chuàng)造的保護范圍。
【主權項】
1.雙層液相納米抗磨護理油膜結構，其特征在于，包括被護理的金屬表面層，所述金屬表面層上設置有液相納米烴分子層，所述液相納米烴分子層上設置有液相微米級烴分子層，所述金屬表面層具有微米級凹凸結構，所述液相納米烴分子層形成與所述微米級凹凸結構相互嵌合的互補結構。
【文檔編號】C10M159/12GK205420308SQ201620107400
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年2月2日
【發(fā)明人】劉和華, 劉淑梅
【申請人】劉淑梅