專利名稱：亞微米銅基磨合修復劑及其用途的制作方法
技術領域：
本方面發明涉及一種機械磨合修復劑，特別涉及一種亞微米銅基磨合修復劑，本 發明還涉及該亞微米銅基磨合修復劑在機械磨合修復中應用，特別是在發動機磨合修復中 的應用。
背景技術：
據統計，目前發動機與機械運轉時摩擦消耗的能源占了世界一次性石化能源消費 的50%左右，從材料與技術上解決摩擦導致的能源無謂消耗，就成了節能減排與發展低碳 經濟的攻關重點。潤滑油是目前為止能夠為市場與廣大客戶所能接受的最好的減磨與潤滑材料，但 潤滑油只能減少與延緩發動機磨損，只具有減磨與潤滑作用，而沒有修復作用，不能改變發 動機逐步磨損報廢的趨勢。在摩擦經濟研究領域，有人做過經濟投入與效益產出的分析，一 旦在摩擦潤滑與機械修復產業方面形成實質性突破，付諸產業化與實際應用后的經濟投入 與收益比將是1 30 70。因此，最近二十年來，國內外很多大企業(包括石化能源產業 巨頭)與著名科研院所，都投入了巨大資金與力量，將最新的科研成果向這個領域轉化延 伸，以期占領節能減排與發展低碳經濟的制高點，并獲得巨大經濟回報，因此最近市場上不 斷有各種抗磨、磨合、修復與潤滑節能新材料問世。然而這些節能新材料大部分屬于油性抗磨、抗極壓材料，且多以潤滑添加劑的形 態出現。由于這種添加劑不能完全適應發動機高溫摩擦環境，高溫會導致機油粘度下降與 材料結構分解，分解產物容易粘附在發動機表面，導致發動機摩擦阻力增加且清洗困難；部 分高分子超微細填充材料低溫下效果還好，但在高溫下也會變軟影響使用；無機鹽類抗極 壓材料氯離子/硫酸根/硼酸鹽/鉬酸鹽等有一定的抗磨效果，但因填充修復量太少，經 濟性不高、實用價值不大；納米陶瓷材料有一定的填充效果，但無法與金屬摩擦面有效結合 也無修復作用，且大部分陶瓷顆粒太硬會損傷發動機摩擦金屬面。高化學穩定的軟質金屬金、銀、鉛、銅比較適合這種摩擦環境，除了金、銀材料貴、 鉛有毒外，其粒子與潤滑油搭配使用時必須穿過機油濾芯的孔徑，因此這些金屬顆粒必須 小于5微米，否則會堵塞油路，導致發動機供油不暢而遭損壞，而目前由于技術限制，工業 化銅粉生產技術達不到這個細度，美國一個最好的著名品牌銅粉修復劑產品最細只能到達 8微米，主要用于軍事裝備，同時發動機間隙增加而導致油耗明顯上升。目前也有少量納米銅粉用于高檔專用潤滑油的抗磨與修復，在散熱與膜層修復方 面較傳統二硫化鉬、鉛粉具有很好的效果，對改善軸承潤滑與穩定動力輸出等方面得到了 專家們的認可。但是由于納米級銅粉太細，濃度增加到一定程度后自摩擦阻力大，與金屬摩 擦面的粗糙度不匹配，填充修復效果因顆粒太細受到較大影響，特別是納米銅粉抗氧化能 力不夠，易氧化為氧化銅，使用時間太長會對發動機造成一定損害，另外純納米銅粉由于易 氧化導致保存困難、粒子太細收得率低，生產原料有毒、還原后再處理困難，這些因素導致 納米銅粉的生產成本很高，加上產量低，無法大量滿足市場需求。
發明內容
本發明的目的是提供一種兼有磨合和修復功能且效果穩定可靠的亞微米銅基磨 合修復劑，本發明的目的還在于提供了亞微米銅基磨合修復劑在基礎磨合修復中的用途， 特別是在發動機磨合修復中的用途。該亞微米銅基磨合修復劑是按下述方法制備的(1)、將亞微米銅粉加去離子水配成120 180g/L濃度的漿料，靜置90 120秒 后取上面的漿料，用懸液分離法和過濾篩分法分離去除亞微米銅粉中大的銅粉粒子，使粒 子大小是0. 1 3. 0微米；(2)、采用真空抽濾法，用去離子水反復洗滌分離漿料中的可溶性鹽分，用50g/L 濃度的氯化鋇溶液檢查直到無硫酸根離子為止；(3)、將步驟(2)所得濾餅用無水乙醇打漿并真空抽濾，洗滌置換其中所含水分， 使濾餅中水分含量低于1. 0% ；(4)、再次將濾餅用無水乙醇打漿，控制銅粉濃度15 245g/L ；(5)、攪拌狀態下，保持漿料溫度低于35°C，進行亞微米銅粉的油溶性表面處理，補 加操作過程中揮發的無水乙醇，保持液位，熟化時間60 90分鐘；(6)、將步驟(5)所得漿料再次真空抽濾，濾餅為油溶性銅粉，備用；(7)、在敞口反應罐中加入聚a-烯烴油類合成潤滑油基礎油，再加入步驟(6)所 得的油溶性銅粉，用高速攪拌機分散均勻，調整漿料比重0. 86 0. 95 ；(8)按照步驟(7)所得漿料總體積的0.5 3.5%比例加入銅粉專用抗氧化劑，攪 拌熟化10 50分鐘，稱量包裝即可。其中經步驟(1)所用的微米銅粉可以采用常規技術制備，經處理后的銅粉粒子的 大小是0. 1 3. 0微米，最好是0. 5 1. 5微米。步驟(4)所述加入無水乙醇打漿的量是普通技術人員根據具體情況可以自行調 整的。步驟(5)經過普通的攪拌混勻即可，不能用高速攪拌機攪拌，溫度在35°C之內，是 為了盡量減少乙醇的揮發。進行油溶性處理是本領域普通技術人員能夠實現的，包括處理 時所用的試劑、含量、濃度都是可以自行調整控制的。
0020]步驟(7)所加入聚a -烯烴油類合成潤滑油的基礎油量，依據分散均勻后調節漿 料比重達到0. 86 0. 95的需求而定。步驟(8)所用的銅粉專用抗氧化劑以抗氧化為主，兼有熱穩定等其它功效，可以 選自上海亞荔公司生產的KemallAT-449DX、廣東金昊化工有限公司生產的JH-9000B。本發明將0. 1 3. 0微米粒徑范圍的亞微米銅粉用作發動機磨合修復基礎材料制 成一種亞微米銅基磨合修復劑，使用量是發動機原來使用的潤滑油體積的1. 0 10%兩者 搭配混合使用，利用其中亞微米銅粉與金屬摩擦面粗糙度(0. 508 25. 4微米)相匹配的 特性，以及亞微米銅粉高活性特點，在機械運轉過程中摩擦產生的高溫、高壓環境下，逐步 完成金屬摩擦面的填充修復、形成金屬表面軟質銅合金保護層，加上亞微米銅粉在潤滑油 膜中的滾珠與墊片作用，可以明顯減少發動機金屬摩擦面的間隙(正常在10 20微米)， 提高發動機壓縮比、增加動力輸出，減少摩擦阻力。本發明較傳統納米銅粉及其它各種油性添加劑、高分子樹脂顆粒、納米陶瓷材料等能夠更好地解決機械運轉時摩擦部件(比如發 動機)金屬摩擦面的磨合、修復與潤滑問題，體現在能逐步恢復并提高舊車發動機的功率、 扭矩與動力輸出，減少油耗，大大延長發動機使用壽命，保護新車發動機磨合期間的安全 性，減少磨損、提高磨合質量。還可應用于輪船、摩托車等的發動機的磨合修復。特別提出的是，本發明的亞微米銅基磨合修復劑不能稱為潤滑油的添加劑，相反， 發動機潤滑油是該亞微米銅基磨合修復劑的稀釋材料與分散介質，在搭配使用過程中兩者 共同完成減磨、磨合、修復、潤滑作用，保護發動機與壓縮機、齒輪機等各種設備的傳動部 件，提高動力輸出、減少摩擦阻力，延長潤滑油的使用壽命，推動節能減排與低碳經濟發展。 本發明除了對各種新舊發動機具有磨合修復作用外，同時適合所有添加潤滑油進行潤滑保 護的各種運轉機械的摩擦修復，所以可作為一種通用機械磨合修復材料。在磨合修復原理方面，本發明采用超細亞微米銅粉作為發動機磨合修復的基礎材 料，主要是利用了亞微米銅粉質軟、粒徑合適、耐磨性好、抗壓能力強、抗菌殺菌效果突出、 活性高、銅合金化溫度低等特點，潤滑油中微米銅粉通過機油泵的輸送作用，首先填充在金 屬面的磨損處起填充修復作用，潤滑油膜中數百萬個經過油溶性處理的抗壓能力極強的亞 微米銅球作為滾珠可以間隔摩擦金屬面，減少金屬面的直接磨損，減少摩擦阻力。另外，亞 微米銅粉容易與發動機磨損下來的金屬粉末(鐵屑或鋁屑)及其它相關材料，利用高溫、高 壓、材料電勢差和磨合作用時間，逐步形成一層軟質、耐磨、彈性銅合金修復層，最終到達并 實現磨損與修復的自動平衡，起到減少發動機間隙、提高輸出動力、減少震動、降低油耗與 增加發動機壽命的作用。多余的銅粉在運轉過程中相當于大量滾珠，將滑動摩擦變為滾動摩擦，摩擦系數 大大降低(滾動摩擦系數僅為滑動摩擦系數的八到十分之一左右)，能耗與損耗也會大大 降低。銅還是很好的燃燒催化劑，有利于燃料氣體的充分燃燒，達到節油與減排之目的， 甚至可以用低標號油替代高標號油，達到節約資源與降低客戶使用成本的目的。本發明特別應用于發動機的磨合修復，具體用法是首先停發動機，檢查機油是否 清亮，將本發明按照發動機潤滑油總體積的1 8%直接加入到機油箱中，開啟發動機，空 檔運行10分鐘，然后直接使用即可。待運行2000公里后，根據發動機動力與振動情況，再 分次每次按照機油1 2%體積比例補加亞微米銅基磨合修復劑后繼續運行修復，直到與 新車發動機動力與振動情況接近為止。為了證實本發明的磨合修復效果，做了以下試驗2010年1月初到2月中旬，在重慶力帆集團，選用了一臺進行過6000km(相當于強 化試驗50h，狀態較佳)道路試驗的162FMJ型(CG150)發動機，按照機油使用量(1000ml) 添加6%銅基磨合修復劑(60ml)，在試驗臺架上按照重慶力帆公司相關強化試驗標準進行 了 200小時強化耐久試驗，后又根據試驗進展情況增加了 100小時，加上通路運行前后共進 行350小時發動機強化耐久試驗。試驗要求為在初始0小時時測試發動機外特性性能指標最大功率、扭矩、最低 燃油消耗率，隨后加入發動機所需機油總體積量6%的本發明產品，在普通發動機油中開始 進行耐久試驗，分別在20、60、100、150、200、250、300小時測試發動機外特性性能，每30小 時查看機油工作情況，根據機油消耗狀況補充機油，結果如下表所示
本發明對發動機磨合修復試驗結果數據表 通過以上數據，得到如下結論(1)經過350小時強化耐久試驗后拆機查看，相關零件沒有異常磨損，機油顏色粘 度正常，說明本發明可以在發動機上長期安全使用；(2)在加入本發明后，發動機三大基礎性能參數均出現好的發展趨勢，有不同程 度的提升，而且明顯超過了出廠標準，說明在磨合修復過程中逐步找到了系統的最佳平衡點。(3)加入本發明后，發動機機油使用壽命較普通機油有明顯的延長，減少了機油的 更換次數和使用量。(4)通常情況下，(CG150)發動機的強化試驗周期只有100小時，出口檢驗按照200 小時進行，通過以上強化運行350小時后各項指標判斷，添加了本發明亞微米銅基磨合修 復劑后發動機壽命大大延長，從理論上講可以無限延長發動機壽命，這對機械再造工程，可 實現節能減排與資源綜合利用意義重大。對于新車汽車發動機的磨合，除了具有保護作用外，還可減少磨損量、縮短磨合周 期，更重要的是提高發動機磨合后的各項性能參數，接近并超過原來產品標準，不妨這樣理 解，發動機加工安裝出來后只是初品，而磨合過程也可以稱為精加工過程，磨合也作為新發 動機必需的精加工過程。本發明的有益效果是該產品以亞微米銅粉為原料，經抗氧化處理和油溶性處理， 使所得的產品磨合和修復效果好、抗氧化性極強，兼有納米銅粉的優勢，又彌補了納米銅粉 易氧化的缺陷，成為新一代通用機械磨合修復劑。應用于機械磨合領域特別是汽車發動機， 以潤滑油為稀釋分散介質，兼有磨合和修復功能，降低了能耗，減排，延長發動機壽命。具體實施例(共4例)實施例1制備亞微米銅基磨合修復劑(1)取亞微米超微細銅粉250克，加去離子水按照125g/L濃度制成漿料2000ml， 用懸浮法攪拌靜置95秒后，取上面漿料并用60目銅篩過濾；(2)、用真空抽濾，去離子水反復洗滌其中的可溶性鹽分，至用50g/L的氯化鋇溶 液檢查未見白色沉淀物析出，確定不再含有硫酸根離子；
(3)、將濾餅用無水乙醇2000ml打漿反復并真空抽濾五次，置換其中所含水分，使 濾餅中水分含量低于1.0% ；(4)、用無水乙醇打漿，按照125g/L濃度配置，漿液體積為2000ml ；(5)、攪拌狀態下，控制溫度低于35°C，進行油溶性處理，即依次加入銅粉重量 1. 5%雙十六烷基二硫代磷酸3. 75g、2. 5%油酸6. 25g、l. 0%硅氧烷偶聯劑即成都道奇威 公司提供的7033B(2. 5g)進行有機化處理，補加操作過程中揮發的無水乙醇保持液位，熟 化時間90分鐘；(6)、漿料再次真空抽濾，濾餅為油溶性銅粉，備用；(7)、在反應罐中加入合成潤滑油基礎油(聚α -烯烴油)2000ml，再加入制備好的 油溶性銅粉245. 8克，用高速攪拌機(轉速2500rpm)分散均勻后檢查所得漿料比重，補加 基礎油調節比重0. 87 ；(8)按照漿料總體積的0. 8%比例加入抗氧化劑Kemal 1AT-449DX計16ml，攪拌熟 化30分鐘即可。實施例2制備銅基磨合修復劑(1)取銅粉150克加去離子水打成漿料1000ml，靜置120秒后取上面漿料，用懸浮 法與60目銅網過濾篩分離出大于3微米的銅粉；(2)、采用真空抽濾，去離子水洗滌其中的可溶性鹽分，至用50g/L的氯化鋇溶液 檢查未見白色沉淀物析出，確定不再含有硫酸根離子；(3)、將濾餅用無水乙醇1500ml打漿反復真空抽濾五次，置換其中所含水分，使濾 餅中水分含量低于1.0% ；(4)、用無水乙醇打漿，使漿液中銅粉的濃度是150g/L ；漿液體積為IOOOml ；(5)、攪拌狀態下，控制溫度低于35°C，進行油溶性處理，即依次加入3%雙十六烷 基二硫代磷酸4. 5ml,3. 0%油酸4. 5ml、硅氧烷偶聯劑1. 5ml進行有機化處理，補加操作 過程中揮發的無水乙醇保持液位，熟化時間90分鐘；(6)、漿料再次真空抽濾，濾餅為油溶性銅粉，備用；(7)、在反應罐中加入合成潤滑油基礎油(聚α -烯烴油)1500ml，再加入制備好的 油溶性銅粉145. 6克，用高速攪拌機(轉速2200 2500rpm)分散均勻后檢查所得漿料比 重，補加基礎油調節比重0. 89 ；(8)按照漿料總體積的比例加入抗氧化劑廣東金昊化工有限公司生產的 JH-9000B 10ml，攪拌熟化50分鐘即可，。實施例32010年6月10日，將一臺2004年生產的桑塔納3000 (已運行21萬公里，車牌號 是渝A Z8785)送國家機動車質量監督檢驗中心(重慶)進行發動機性能檢測。先按照國 家相關標準進行空白檢測，每百公里油耗為9. 36升(93號汽油)。6月11日，使用本發明 的亞微米銅基磨合修復劑一瓶248ml直接加入到潤滑油箱中(添加比例6. 1%)，與原來已 經運行了 2500公里的機油進行直接混合，然后直接前往重慶東南墊江、彭水、酉陽及重慶 周邊進行發動機的磨合修復。6月23日，經過2100公里的運行與磨合修復，送檢測中心按 照國家標準檢測，每百公里油耗為9. 05，節油率達到3.3%，而該中心自建立起，檢測了國 內外數百個節能產品與方案，節油率從來沒有超過2. 9%。
實施例42009年9月23日，將本發明的亞微米銅基磨合修復劑液按照機油5%比例添加到 一輛跑了 11. 5萬公里的北京現代車(渝B W2931)發動機中進行磨合修復，后根據發動機狀 況，先后補加4次亞微米銅基磨合修復劑，2009年11月，開始改使用90號汽油替代93號汽 油，2010年2月10日跑了 1.5萬公里才換機油，換機油后按照5%比例添加修復劑，2010年 4月下旬，將試驗汽車送重慶七公里尾氣檢測站做尾氣排放，尾氣中碳氫化合物只有14mg/ L，比標準170mg/L低91%以上，說明減排效果非常明顯。
權利要求
一種亞微米銅基磨合修復劑，其特征是按下述方法進行制備(1)、將亞微米銅粉加去離子水配成120～180g/L濃度的漿料，靜置90～120秒后取上面的漿料，用懸液分離法和過濾篩分法分離去除亞微米銅粉中大的銅粉粒子，使粒子大小是0.1～3.0微米；(2)、采用真空抽濾法，用去離子水反復洗滌分離漿料中的可溶性鹽分，用50g/L濃度的氯化鋇溶液檢查直到無硫酸根離子為止；(3)、將步驟(2)所得濾餅用無水乙醇打漿并真空抽濾，洗滌置換其中所含水分，使濾餅中水分含量低于1.0％；(4)、再次將濾餅用無水乙醇打漿，控制銅粉濃度15～245g/L；(5)、攪拌狀態下，保持漿料溫度低于35℃，進行亞微米銅粉的油溶性表面處理，補加操作過程中揮發的無水乙醇，保持液位，熟化時間60～90分鐘；(6)、將步驟(5)所得漿料再次真空抽濾，濾餅為油溶性銅粉，備用；(7)、在敞口反應罐中加入聚α-烯烴油類合成潤滑油基礎油，再加入步驟(6)所得的油溶性銅粉，用高速攪拌機分散均勻，調整漿料比重0.86～0.95；(8)按照步驟(7)所得漿料總體積的0.5～3.5％比例加入銅粉專用抗氧化劑，攪拌熟化10～50分鐘，稱量包裝即可。
2.如權利要求1所述的亞微米銅基磨合修復劑，其特征是經步驟(1)處理后的銅粉粒 子大小是0.5 1.5微米。
3.如權利要求1所述的亞微米銅基磨合修復劑在機械磨合修復中的應用。
4.如權利要求1所述的亞微米銅基磨合修復劑在發動機磨合修復中的應用。
全文摘要
本發明提供了一種兼有磨合和修復功能且效果可靠的亞微米銅基磨合修復劑，其制備方法是以亞微米銅粉為基礎原料，經去離子水洗滌、用無水乙醇打漿反復多次真空抽濾，置換出其中的水分，再進行油溶性處理，再次真空抽濾后用合成潤滑油所用的基礎油(聚α-烯烴油類)打漿，漿料比重范圍是0.86～0.95，按照漿料總體積的0.5～3.5％比例加入抗氧化劑攪拌熟化制得。本發明兼有磨合和修復功能且效果可靠、抗氧化性極強，兼有納米銅粉修復劑的優勢，又彌補了納米銅粉易氧化的缺陷，成為新一代的機械磨合修復劑。應用于機械磨合領域特別是發動機(包括汽車、輪船、摩托車等發動機)，以潤滑油為稀釋分散介質，磨合和修復雙重功效，降低了能耗、減排、延長發動機壽命。
文檔編號C10N40/25GK101886016SQ20101022529
公開日2010年11月17日 申請日期2010年7月13日 優先權日2010年7月13日
發明者吉維群 申請人:吉維群