一种稀土耐磨润滑脂及其制备方法转让专利
申请号 : CN202010174493.6
文献号 : CN111286393B
文献日 : 2021-06-18
发明人 : 王钰 , 赵栋
申请人 : 中国科学院过程工程研究所
摘要 :
权利要求 :
1.一种稀土耐磨润滑脂,其特征在于,所述润滑脂包括:稀土复合添加剂0.005‑
0.1wt%,稠化剂9‑15wt%,余量为基础油;
采用如下方法进行制备:
(1)将稀土和有机酸溶液混合并进行微波处理,得到稀土络合物溶液;
(2)将纳米颗粒分散至水中并进行均质处理,得到纳米颗粒分散液;所述纳米颗粒具有二维片层结构;
(3)将步骤(1)得到的稀土络合物溶液和步骤(2)得到的纳米颗粒分散液进行混合并微波加热,得到稀土复合添加剂溶液之后进行干燥,得到稀土复合添加剂;
(4)将步骤(3)得到的稀土复合添加剂和基础油混合并进行剪切预混浸润和均质均化处理,得到复合添加剂分散液;
(5)将稠化剂和基础油混合,之后将步骤(4)得到的复合添加剂分散液加入搅拌,冷却至室温得到所述润滑脂。
2.如权利要求1所述的润滑脂,其特征在于,所述润滑脂包括:稀土复合添加剂0.01‑
0.02wt%,稠化剂11‑13wt%,余量为基础油。
3.如权利要求1所述的润滑脂,其特征在于,所述稀土的含量为0.5‑6wt%。
4.如权利要求1所述的润滑脂,其特征在于,所述稀土的含量为2‑5wt%。
5.如权利要求1所述的润滑脂,其特征在于,所述稀土包括稀土氧化物和/或稀土盐。
6.如权利要求1所述的润滑脂,其特征在于,所述纳米颗粒的含量为88‑99wt%。
7.如权利要求6所述的润滑脂,其特征在于,所述纳米颗粒的含量为90‑95%。
8.如权利要求1所述的润滑脂,其特征在于,所述有机酸的含量为0.5‑6wt%。
9.如权利要求8所述的润滑脂,其特征在于,所述有机酸的含量为2‑4wt%。
10.如权利要求1所述的润滑脂,其特征在于,所述有机酸具有氨基多羧酸基团。
11.一种如权利要求1‑10任一项所述的润滑脂的制备方法,其特征在于,所述制备方法包括如下步骤:
(1)将稀土和有机酸溶液混合并进行微波处理,得到稀土络合物溶液;
(2)将纳米颗粒分散至水中并进行均质处理,得到纳米颗粒分散液;
(3)将步骤(1)得到的稀土络合物溶液和步骤(2)得到的纳米颗粒分散液进行混合并微波加热,得到稀土复合添加剂溶液之后进行干燥,得到稀土复合添加剂;
(4)将步骤(3)得到的稀土复合添加剂和基础油混合并进行剪切预混浸润和均质均化处理,得到复合添加剂分散液;
(5)将稠化剂和基础油混合,之后将步骤(4)得到的复合添加剂分散液加入搅拌,冷却至室温得到所述润滑脂。
12.如权利要求11所述的制备方法,其特征在于,步骤(1)所述稀土和有机酸溶液的质量比为1:1。
13.如权利要求11所述的制备方法,其特征在于,步骤(1)所述稀土的粒度小于500nm。
14.如权利要求11所述的制备方法,其特征在于,步骤(1)所述有机酸的浓度为2‑
10wt%。
15.如权利要求11所述的制备方法,其特征在于,所述有机酸具有氨基多羧酸基团。
16.如权利要求11所述的制备方法,其特征在于,步骤(1)所述微波处理的功率为600‑
1000W。
17.如权利要求11所述的制备方法,其特征在于,步骤(1)所述微波处理的温度为100‑
120℃。
18.如权利要求11所述的制备方法,其特征在于,步骤(1)所述微波处理中进行搅拌。
19.如权利要求11所述的制备方法,其特征在于,步骤(1)所述微波处理的时间为1‑3h。
20.如权利要求11所述的制备方法,其特征在于,步骤(2)中所述均质处理的压力为70‑
110MPa。
21.如权利要求11所述的制备方法,其特征在于,步骤(2)中所述均质处理的温度为25‑
45℃。
22.如权利要求11所述的制备方法,其特征在于,步骤(2)中所述均质处理的循环次数为20‑50次。
23.如权利要求11所述的制备方法,其特征在于,步骤(2)中得到的纳米颗粒分散液的固含量为5‑15g/L。
24.如权利要求11所述的制备方法,其特征在于,步骤(3)所述微波加热的温度为100‑
120℃。
25.如权利要求11所述的制备方法,其特征在于,所述微波加热过程中进行搅拌。
26.如权利要求25所述的制备方法,其特征在于,所述搅拌的时间为4‑7h。
27.如权利要求11所述的制备方法,其特征在于,所述稀土复合添加剂溶液中纳米颗粒的含量为0.5‑5g/L。
28.如权利要求11所述的制备方法,其特征在于,步骤(3)所述干燥的方式包括喷雾干燥。
29.如权利要求28所述的制备方法,其特征在于,所述喷雾干燥中风泵的速率为30‑
45Hz。
30.如权利要求28所述的制备方法,其特征在于,所述喷雾干燥的温度为210‑240℃。
31.如权利要求28所述的制备方法,其特征在于,所述喷雾干燥中蠕动泵的转速为5‑
8r/min。
32.如权利要求28所述的制备方法,其特征在于,所述喷雾干燥中空压机进气速度为
45‑75L/min。
33.如权利要求11所述的制备方法,其特征在于,步骤(4)得到的复合添加剂中稀土的含量为0.5‑6wt%。
34.如权利要求11所述的制备方法,其特征在于,步骤(4)所述稀土复合添加剂和基础油的质量比为(0.01‑0.02):1。
35.如权利要求11所述的制备方法,其特征在于,步骤(4)所述剪切预混浸润中的剪切速率为8000‑12000r/min。
36.如权利要求11所述的制备方法,其特征在于,步骤(4)所述均质均化处理的压力为
80‑120MPa。
37.如权利要求11所述的制备方法,其特征在于,步骤(4)所述均质均化的处理的温度为25‑45℃。
38.如权利要求11所述的制备方法,其特征在于,步骤(4)所述均质均化进行30‑60次。
39.如权利要求11所述的制备方法,其特征在于,步骤(5)所述稠化剂和基础油的质量比为(9‑15):100。
40.如权利要求11所述的制备方法,其特征在于,步骤(5)所述混合包括依次进行的第一搅拌和第二搅拌。
41.如权利要求40所述的制备方法,其特征在于,所述第一搅拌的时间为13‑17min。
42.如权利要求40所述的制备方法,其特征在于,所述第一搅拌的终点温度为160‑180℃。
43.如权利要求40所述的制备方法,其特征在于,所述第二搅拌的时间为5‑15min。
44.如权利要求40所述的制备方法,其特征在于,所述第二搅拌的终点温度为200‑210℃。
45.如权利要求40所述的制备方法,其特征在于,达到所述第二搅拌的终点温度后保温
5‑10min。
46.如权利要求11所述的制备方法,其特征在于,步骤(5)所述搅拌的时间为2‑10min。
47.如权利要求11所述的制备方法,其特征在于,所述制备方法包括如下步骤:(1)将稀土和有机酸溶液混合并进行微波处理,得到稀土络合物溶液;其中,所述稀土和有机酸溶液的质量比为1:1;所述稀土的粒度小于500nm;所述有机酸的浓度为2‑10wt%;
所述有机酸具有氨基多羧酸基团;所述微波处理的功率为600‑1000W;所述微波处理的温度为100‑120℃;所述微波处理中进行搅拌;所述微波处理的时间为1‑3h;
(2)将纳米颗粒分散至水中并进行均质处理,得到纳米颗粒分散液;其中,所述纳米颗粒具有二维片层结构;所述均质处理的压力为70‑110MPa;所述均质处理的温度为25‑45℃;
所述均质处理的循环次数为20‑50次;得到的纳米颗粒分散液的固含量为5‑15g/L;
(3)将步骤(1)得到的稀土络合物溶液和步骤(2)得到的纳米颗粒分散液进行混合并微波加热,得到稀土复合添加剂溶液之后进行干燥,得到稀土复合添加剂;其中,所述微波加热的温度为100‑120℃;所述微波加热过程中进行搅拌;所述搅拌的时间为4‑7h;所述稀土复合添加剂溶液中纳米颗粒的含量为0.5‑5g/L;所述干燥的方式包括喷雾干燥;所述喷雾干燥中风泵的速率为30‑45Hz;所述喷雾干燥的温度为210‑240℃;所述喷雾干燥中蠕动泵的转速为5‑8r/min;所述喷雾干燥中空压机进气速度为45‑75L/min;得到的复合添加剂中稀土的含量为0.5‑6wt%;
(4)将步骤(3)得到的稀土复合添加剂和基础油混合并进行剪切预混浸润和均质均化处理,得到复合添加剂分散液;其中,所述稀土复合添加剂和基础油的质量比为(0.01‑
0.02):1;所述剪切预混浸润中的剪切速率为8000‑12000r/min;所述均质均化处理的压力为80‑120MPa;所述均质均化的处理的温度为25‑45℃;所述均质均化进行30‑60次;
(5)将稠化剂和基础油混合,之后将步骤(4)得到的复合添加剂分散液加入搅拌,冷却至室温得到所述润滑脂;所述稠化剂和基础油的质量比为(9‑15):100;所述混合包括依次进行的第一搅拌和第二搅拌;所述第一搅拌的时间为13‑17min;所述第一搅拌的终点温度为160‑180℃;所述第二搅拌的时间为5‑15min;所述第二搅拌的终点温度为200‑210℃;达到所述第二搅拌的终点温度后保温5‑10min;所述搅拌的时间为2‑10min。
说明书 :
一种稀土耐磨润滑脂及其制备方法
技术领域
背景技术
可靠性的主要因素。牵引电机是高速铁路的心脏,其轴承与润滑是列车运行的关键,由于高
速铁路轴箱机械结构的限值,高速铁路轴箱轴承只能采用脂润滑。国外在高速铁路轴箱轴
承润滑脂的研制水平已经进入高速发展阶段,我国在高速铁路轴箱轴承润滑脂方面尚处于
开发阶段,随着我国高速铁路速度和营运里程的不断增长,亟待形成高性能的国产高速铁
路轴箱轴承用润滑脂,从而降低我国高速铁路对国外润滑脂产品进口的依赖和铁路的运行
维护成本,其战略意义和经济意义重大。
的服役性能很大程度上取决于添加剂的性能,传统的有机润滑脂添加剂在高承载能力、长
效稳定性和环境友好性等方面存在应用局限。纳米颗粒作为润滑油添加剂,因其高承载能
力、良好的高温和化学稳定性以及对摩擦表面的成膜修复作用,成为新型润滑油添加剂发
展的焦点。石墨烯粉体材料及其稀土纳米材料因其优异的减摩抗磨性能,在固体润滑添加
剂领域应用前景广阔。但要实现石墨烯粉体与稀土纳米材料的协同增效作用,石墨烯与稀
土纳米材料的均一分散及相互分布是决定其改性润滑脂摩擦性能的关键。目前,在石墨烯
改性润滑脂、稀土纳米颗粒改性润滑脂及石墨烯、稀土纳米颗粒复合改性润滑脂产品制备
工艺方面均采用物理混合复配的方式,开发者并未关注石墨烯颗粒与稀土纳米颗粒之间的
分散形态及协同作用关系。使得两种纳米添加剂的减摩抗磨作用得不到最高限度的发挥,
使其对润滑脂的摩擦学性能改善效果有限。
以纳米硼酸镧作为稀土添加剂,和二硫化钼、二硫化钨等纳米颗粒物理混合复配。
CN107629852A公开了一种氟化稀土作为添加剂,与纳米石墨、二硫化钨、氧化锆等的复合以
提高润滑脂的耐磨和减摩性能。CN104017627B公开了一种硼酸镧改性的石墨烯抗磨剂。
CN104726186A公开了一种石墨烯有机硅润滑脂制备方法。CN105505546B公开了一种纳米氧
化铈、氧化镧改性的润滑脂,提高了润滑脂的抗磨减磨和极压性能以及热稳定性能。
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公开了一种氟化稀土与二硫化钨、二氧化硅复合改性的耐高温润滑脂。CN102703175B公开
了一种氟化稀土、氟化石墨烯及纳米石墨复合改性的风电用润滑脂,使脂的寿命提高3‑10
倍。从专利的公开情况可以看出,目前稀土改性润滑脂主要集中在稀土硼酸盐、稀土氧化
物、稀土氟化物和稀土氢氧化物,此类稀土盐及氧化物、氢氧化物颗粒与润滑脂的界面相容
性较差,不利于稀土纳米颗粒的分散。在稀土纳米润滑剂与其他纳米润滑剂复合方面多采
用混合复配的方法,不利于多类别润滑剂的协同增效作用。
发明内容
明提供的方法制得的润滑剂有效增强了纳米稀土颗粒与石墨烯颗粒之间的协同作用效应,
使得所制备润滑脂产品具有优异的极压和抗磨损性能。
颗粒以稀土配合物的形式应用于润滑脂中,其有机配合物基团可调高稀土纳米粒子与润滑
脂分子界面的相容性,提高纳米粒子的分散性。该方法所制备的石墨烯、稀土纳米添加剂复
合颗粒中,稀土纳米颗粒尺度可控,在石墨烯片层表面形成均匀分散,且与石墨烯片层之间
形成相互作用。该工艺得到复合纳米润滑剂材料有效增强了纳米稀土颗粒与石墨烯颗粒之
间的协同作用效应,所制备润滑脂产品具有优异的极压和抗磨损性能。
0.1wt%等,但不限于所列举的数值,该范围内其他未列举的数值同样适用。
14.5wt%或15%等,但不限于所列举的数值,该范围内其他未列举的数值同样适用。
举的数值同样适用,优选为2‑5wt%。
列举的数值,该范围内其他未列举的数值同样适用,优选为90‑95%。
列举的类别,该范围内其他未列举的种类同样适用。
该范围内其他未列举的数值同样适用,优选为2‑4wt%;
别,该范围内其他未列举的种类同样适用。
举的数值同样适用。
举的数值同样适用。
范围内其他未列举的数值同样适用。
值同样适用。
其他未列举的数值同样适用。
的数值同样适用。
适用。
值,该范围内其他未列举的数值同样适用。
限于所列举的数值,该范围内其他未列举的数值同样适用。
的数值,该范围内其他未列举的数值同样适用。
值同样适用。
用。
他未列举的数值同样适用。
min等,但不限于所列举的数值,该范围内其他未列举的数值同样适用。
的数值,该范围内其他未列举的数值同样适用。
不限于所列举的数值,该范围内其他未列举的数值同样适用。
值,该范围内其他未列举的数值同样适用。
样适用。
其他未列举的数值同样适用。
举的数值,该范围内其他未列举的数值同样适用。
用。
样适用。
10wt%;所述有机酸具有氨基多羧酸基团;所述微波处理的功率为600‑1000W;所述微波处
理的温度为100‑120℃;所述微波处理中进行搅拌;所述微波处理的时间为1‑3h;
45℃;所述均质处理的循环次数为20‑50次;得到的纳米颗粒分散液的固含量为5‑15g/L;
波加热的温度为100‑120℃;所述微波加热过程中进行搅拌;所述搅拌的时间为4‑7h;所述
稀土复合添加剂溶液中纳米颗粒的含量为0.5‑5g/L;所述干燥的方式包括喷雾干燥;所述
喷雾干燥中风泵的速率为30‑45Hz;所述喷雾干燥的温度为210‑240℃;所述喷雾干燥中蠕
动泵的转速为5‑8r/min;所述喷雾干燥中空压机进气速度为45‑75L/min;得到的复合添加
剂中稀土的含量为0.5‑6wt%;
0.02):1;所述剪切预混浸润中的剪切速率为8000‑12000r/min;所述均质均化处理的压力
为80‑120MPa;所述均质均化的处理的温度为25‑45℃;所述均质均化进行30‑60次;
第一搅拌和第二搅拌;所述第一搅拌的时间为13‑17min;所述第一搅拌的终点温度为160‑
180℃;所述第二搅拌的时间为5‑15min;所述第二搅拌的终点温度为200‑210℃;达到所述
第二搅拌的终点温度后保温5‑10min;所述搅拌的时间为2‑10min。
土颗粒以稀土配合物的形式应用于润滑脂中,其有机配合物基团可调高稀土纳米粒子与润
滑脂分子界面的相容性,提高纳米粒子的分散性。
纳米润滑剂材料有效增强了纳米稀土颗粒与石墨烯颗粒之间的协同作用效应,所制备润滑
脂产品具有优异的极压和抗磨损性能。
附图说明
具体实施方式
机酸;稀土的含量为2wt%;所述稀土包括稀土氧化镧;所述纳米颗粒的含量为95wt%;所述
纳米颗粒具有二维片层结构的类水滑石(Mg/Al‑LDHs);所述有机酸的含量为3wt%;所述有
机酸为乙二胺四乙酸;
述有机酸具有氨基多羧酸基团;所述微波处理的功率为800W;所述微波处理的温度为105
℃;所述微波处理中进行搅拌;所述微波处理的时间为1.5h;
述均质处理的循环次数为35次;得到的纳米颗粒分散液的固含量为10g/L;
波加热的温度为105℃;所述微波加热过程中进行搅拌;所述搅拌的时间为5h;所述稀土复
合添加剂溶液中纳米颗粒的含量为2.5g/L;所述干燥的方式包括喷雾干燥;所述喷雾干燥
中风泵的速率为35Hz;所述喷雾干燥的温度为215℃;所述喷雾干燥中蠕动泵的转速为6r/
min;所述喷雾干燥中空压机进气速度为55L/min;得到的复合添加剂中稀土的含量为
2wt%;
1;所述剪切预混浸润中的剪切速率为10000r/min;所述均质均化处理的压力为90MPa;所述
均质均化的处理的温度为40℃;所述均质均化进行50次;
搅拌和第二搅拌;所述第一搅拌的时间为14min;所述第一搅拌的终点温度为170℃;所述第
二搅拌的时间为8min;所述第二搅拌的终点温度为205℃;达到所述第二搅拌的终点温度后
保温8min;所述搅拌的时间为6min。
稀土、纳米颗粒以及有机酸;稀土的含量为1wt%;所述稀土包括稀土氧化钇;所述纳米颗粒
的含量为96wt%;所述纳米颗粒具有二维片层结构的石墨烯;所述有机酸的含量为3wt%;
所述有机酸为乙二胺四乙酸;
述有机酸具有氨基多羧酸基团;所述微波处理的功率为850W;所述微波处理的温度为110
℃;所述微波处理中进行搅拌;所述微波处理的时间为2h;
述均质处理的循环次数为40次;得到的纳米颗粒分散液的固含量为8g/L;
波加热的温度为110℃;所述微波加热过程中进行搅拌;所述搅拌的时间为6h;所述稀土复
合添加剂溶液中纳米颗粒的含量为4g/L;所述干燥的方式包括喷雾干燥;所述喷雾干燥中
风泵的速率为35Hz;所述喷雾干燥的温度为225℃;所述喷雾干燥中蠕动泵的转速为6r/
min;所述喷雾干燥中空压机进气速度为50L/min;得到的复合添加剂中稀土的含量为
1wt%;
所述剪切预混浸润中的剪切速率为11000r/min;所述均质均化处理的压力为110MPa;所述
均质均化的处理的温度为35℃;所述均质均化进行50次;
搅拌和第二搅拌;所述第一搅拌的时间为15min;所述第一搅拌的终点温度为175℃;所述第
二搅拌的时间为8min;所述第二搅拌的终点温度为206℃;达到所述第二搅拌的终点温度后
保温7min;所述搅拌的时间为7min。
有机酸;稀土的含量为3wt%;所述稀土包括稀土氧化铈;所述纳米颗粒的含量为92wt%;所
述纳米颗粒具有二维片层结构的二硫化钼;所述有机酸的含量为5wt%;所述有机酸具为二
乙三胺五乙酸;
所述有机酸具有氨基多羧酸基团;所述微波处理的功率为900W;所述微波处理的温度为115
℃;所述微波处理中进行搅拌;所述微波处理的时间为2.5h;
述均质处理的循环次数为45次;得到的纳米颗粒分散液的固含量为8g/L;
波加热的温度为115℃;所述微波加热过程中进行搅拌;所述搅拌的时间为6h;所述稀土复
合添加剂溶液中纳米颗粒的含量为4g/L;所述干燥的方式包括喷雾干燥;所述喷雾干燥中
风泵的速率为35Hz;所述喷雾干燥的温度为220℃;所述喷雾干燥中蠕动泵的转速为7r/
min;所述喷雾干燥中空压机进气速度为65L/min;得到的复合添加剂中稀土的含量为
3wt%;
1;所述剪切预混浸润中的剪切速率为11000r/min;所述均质均化处理的压力为90MPa;所述
均质均化的处理的温度为35℃;所述均质均化进行50次;
述混合包括第一搅拌和第二搅拌;所述第一搅拌的时间为15min;所述第一搅拌的终点温度
为175℃;所述第二搅拌的时间为9min;所述第二搅拌的终点温度为207℃;达到所述第二搅
拌的终点温度后保温6min;所述搅拌的时间为6min。
有机酸;稀土的含量为6wt%;所述稀土包括氟化镧;所述纳米颗粒的含量为88wt%;所述纳
米颗粒具有二维片层结构的石墨;所述有机酸的含量为6wt%;所述有机酸为三乙四胺六乙
酸;
述有机酸具有氨基多羧酸基团;所述微波处理的功率为1000W;所述微波处理的温度为120
℃;所述微波处理中进行搅拌;所述微波处理的时间为3h;
述均质处理的循环次数为50次;得到的纳米颗粒分散液的固含量为15g/L;
波加热的温度为120℃;所述微波加热过程中进行搅拌;所述搅拌的时间为7h;所述稀土复
合添加剂溶液中纳米颗粒的含量为5g/L;所述干燥的方式包括喷雾干燥;所述喷雾干燥中
风泵的速率为45Hz;所述喷雾干燥的温度为240℃;所述喷雾干燥中蠕动泵的转速为8r/
min;所述喷雾干燥中空压机进气速度为75L/min;得到的复合添加剂中稀土的含量为
6wt%;
1;所述剪切预混浸润中的剪切速率为12000r/min;所述均质均化处理的压力为120MPa;所
述均质均化的处理的温度为45℃;所述均质均化进行60次;
搅拌和第二搅拌;所述第一搅拌的时间为17min;所述第一搅拌的终点温度为160℃;所述第
二搅拌的时间为5min;所述第二搅拌的终点温度为200℃;达到所述第二搅拌的终点温度后
保温10min;所述搅拌的时间为10min。
1h,频率50Hz,往复摩擦行程2mm。在四球摩擦试验机上对所制备的复合添加剂在不同润滑
脂中的极压性能测试。测定方法参照标准SH/T0204,测试工况分别为转速1200r/min,温度
75℃,载荷392N,时间1h。
实施例2 0.126 188.90 981
实施例3 0.131 233.7 785
实施例4 0.128 221.9 774
对比例1 0.131 239.68 796
对比例2 0.130 201.36 814
对比例3 0.129 209.34 773
粒表面的均匀分散同步进行;同时稀土颗粒以稀土配合物的形式应用于润滑脂中,其有机
配合物基团可调高稀土纳米粒子与润滑脂分子界面的相容性,提高纳米粒子的分散性。该
方法所制备的石墨烯、稀土纳米添加剂复合颗粒中,稀土纳米颗粒尺度可控,在石墨烯片层
表面形成均匀分散,且与石墨烯片层之间形成相互作用。该工艺得到复合纳米润滑剂材料
有效增强了纳米稀土颗粒与石墨烯颗粒之间的协同作用效应,所制备润滑脂产品具有优异
的极压和抗磨损性能。
些简单变型均属于本发明的保护范围。
能的组合方式不再另行说明。