本發明涉及一種耐磨劑及其制備方法。
背景技術：
：耐磨、減摩、抗磨是機械動力領域一個永恒的話題，摩擦損耗越低，機械動力就越強，產品效益也會大大增加。目前世界上解決金屬的磨損失效問題主要采用三種技術途徑，即抗磨技術、減磨技術和修復技術。其中磨損修復技術是人們對已經發生磨損的金屬部件，采用多種技術途徑進行修復，使部件的尺寸恢復到磨損前的狀態：傳統的磨損修復技術途徑包括涂鍍層技術(對輕微磨損的金屬部件復)、補焊、堆焊、脈沖、鑲嵌等局部補償后再加工的修復技術(對一些嚴重磨損的部件)等。但傳統的磨損修復技術是一種“事后”的修補技術，并不能解決部件磨損失效所帶來的各種問題，且修補本身也受到技術可行性和成本等多種因素的制約。在金屬摩擦磨損表面形成耐磨修復層是一種有效技術途徑，但必須具備一定覆蓋厚度才能起到修復作用，一般金屬部件磨損量都會超過微米級甚至毫米級，如活塞、曲軸、軸承、齒輪的摩擦副等，如出現摩擦副擦傷、劃痕則更難修復。但現有技術中報道的耐磨劑在金屬摩擦表面僅能形成5微米以下的耐磨層，這對大部分摩擦磨損金屬表面的修復作用有限；而且現有的耐磨劑也很少能夠適用于高速、高壓和高負荷等工作環境。納米材料由于其具有優異的物理化學性質，在材料領域中有著廣泛的應用，而且近年來石墨烯的研究引起了越來越多人的興趣，其由于在納米尺度也展現出很好的物理化學性質，有很好的應用前景。但由于含有納米粒子的體系在穩定性、分散性等方面有待解決，因此亟需開發出一種既能在金屬摩擦表面形成更高厚度的耐磨層、又有很好的分散穩定性的耐磨劑。技術實現要素：本發明所要解決的技術問題在于克服現有的耐磨劑在金屬摩擦磨損的表面形成的耐磨層的厚度低、不適用于高溫高壓的缺陷，提供了一種耐磨劑及其制備方法。本發明的耐磨劑可以在金屬摩擦磨損的表面形成15微米厚度以上的耐磨層，且與原鐵基表面的結合良好，耐磨層不易脫落；而且形成的磨斑直徑較小，具有較高的承載能力和燒結負荷，說明含有該耐磨劑的潤滑油脂極壓性能較好，可以起到有效的抗磨減磨作用。本發明是通過以下技術方案解決上述技術問題的：本發明提供了一種耐磨劑，其原料包括下述重量份的組分：硅酸鹽礦物100份、納米二氧化硅5～15份、氧化石墨烯0.1～1份、硅烷偶聯劑10～20份、樹脂25～45份。其中，所述的硅酸鹽礦物較佳地為蛇紋石、滑石、海泡石和陽起石中的一種或多種，更佳地為蛇紋石與陽起石的混合物，最佳地為蛇紋石與陽起石按質量比為(1～4)：1的混合物。所述的蛇紋石的主要成分的化學式為mg6si4o10(oh)8，所述的滑石的主要成分的化學式為mg3(si4o10)(oh)2，所述的海泡石的主要成分的化學式為mg8si12o30(oh)4(oh2)4·8h2o，所述的陽起石的主要成分的化學式為ca2(mg,fe)5si8o22(oh)2。其中，所述的納米二氧化硅的粒徑較佳地為50～100nm，更佳地為70～80nm。其中，所述的氧化石墨烯可為本領域常規方法制得的氧化石墨烯，較佳地通過下述步驟制得：①預氧化：將石墨、濃硫酸和硝酸倒入水中，過濾，烘干；重復上述預氧化過程2～3次，得到預氧化石墨；②熱膨脹：將步驟①的預氧化石墨在400～900℃條件下熱膨脹10～30s，得到熱膨脹氧化石墨；③將步驟②的熱膨脹氧化石墨與濃硫酸、k2s2o8和五氧化二磷的混合物在80～90℃條件下加熱，加入水過濾洗滌，干燥，得到預氧化熱膨脹石墨；④將步驟③的預氧化熱膨脹石墨與濃硫酸在0～5℃條件下混合，加入高錳酸鉀，反應，再加入雙氧水，靜置，離心，即得氧化石墨烯。其中，所述的硅烷偶聯劑可為本領域常規使用的各種硅烷偶聯劑，較佳地為3-氨基丙基三乙氧基硅烷、3-氨基丙基三甲氧基硅烷、γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-縮水甘油醚氧丙基三乙氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和γ-甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷中的一種或多種。其中，所述的樹脂可為本領域常規使用的各種樹脂，較佳地為環氧樹脂、酚醛樹脂、呋喃樹脂和糠醛樹脂中的一種或多種，更佳地為環氧樹脂和/或酚醛樹脂。其中，所述的納米二氧化硅的用量較佳地為8～11份。其中，所述的氧化石墨烯的用量較佳地為0.6～0.7份。其中，所述的硅烷偶聯劑的用量較佳地為15～18份。其中，所述的樹脂的用量較佳地為30～35份。本發明還提供了上述耐磨劑的制備方法，其包括下述步驟：(1)將納米二氧化硅和氧化石墨烯的混合物加入到無水乙醇中，超聲分散，然后加入硅烷偶聯劑和樹脂，攪拌，然后加入水合肼溶液進行反應，離心，得到載體；(2)將步驟(1)所述的載體與硅酸鹽礦物混合，研磨，即可。步驟(1)中，所述的超聲分散的時間較佳地為2～4小時。步驟(1)中，所述的納米二氧化硅與所述的無水乙醇的質量比較佳地為1：(10～20)。步驟(1)中，所述的攪拌的時間較佳地為30min～100min，所述的攪拌的轉速較佳地為800～1500轉/分。步驟(1)中，所述的水合肼溶液的質量百分比濃度較佳地為8％～12％；所述的水合肼溶液與所述的氧化石墨烯的體積質量比較佳地為(20～40)ml/g。步驟(1)中，所述的反應的時間較佳地為3～10小時；所述的反應的溫度較佳地為60～90℃，更佳地為70～80℃。步驟(2)中，所述的研磨的時間較佳地以研磨后粉體的粒徑范圍 100nm～800nm為止。在符合本領域常識的基礎上，上述各優選條件，可任意組合，即得本發明各較佳實例。本發明所用試劑和原料均市售可得。本發明的積極進步效果在于：(1)本發明的耐磨劑油溶性好，在潤滑油脂中具有很好的分散穩定性，不易沉淀。(2)本發明的耐磨劑可以在金屬摩擦磨損的表面形成15微米厚度以上的耐磨層，且與原鐵基表面的結合良好，耐磨層不易脫落。(3)采用本發明的耐磨劑后，形成的磨斑直徑較小，具有較高的承載能力和燒結負荷，說明含有該耐磨劑的潤滑油脂極壓性能較好，可以起到有效的抗磨減磨作用。具體實施方式下面通過實施例的方式進一步說明本發明，但并不因此將本發明限制在所述的實施例范圍之中。下列實施例中未注明具體條件的實驗方法，按照常規方法和條件，或按照商品說明書選擇。下述實施例中的氧化石墨烯通過下述步驟制得：①預氧化：將石墨、濃硫酸和硝酸倒入水中，過濾，烘干；重復上述預氧化過程2～3次，得到預氧化石墨；②熱膨脹：將步驟①的預氧化石墨在400～900℃條件下熱膨脹10～30s，得到熱膨脹氧化石墨；③將步驟②的熱膨脹氧化石墨與濃硫酸、k2s2o8和五氧化二磷的混合物在80～90℃條件下加熱，加入水過濾洗滌，干燥，得到預氧化熱膨脹石墨；④將步驟③的預氧化熱膨脹石墨與濃硫酸在0～5℃條件下混合，加入高錳酸鉀，反應，再加入雙氧水，靜置，離心，即得氧化石墨烯。實施例1本實施例所采用的原料配方如下(按重量份，克)：制備方法：(1)將納米二氧化硅和氧化石墨烯的混合物加入到100g無水乙醇中，超聲分散2小時，然后加入硅烷偶聯劑和環氧樹脂，900轉/分的轉速攪拌50min，然后加入30ml質量百分比濃度為10％的水合肼溶液進行反應4小時(反應溫度為70℃)，離心，得到載體；(2)將步驟(1)所述的載體與蛇紋石混合，研磨至粉體的粒徑范圍為100nm～800nm，即可得到耐磨劑。實施例2本實施例所采用的原料配方如下(按重量份，克)：制備方法：(1)將納米二氧化硅和氧化石墨烯的混合物加入到100g無水乙醇中，超聲分散3小時，然后加入硅烷偶聯劑和呋喃樹脂，1200轉/分的轉速攪拌100min，然后加入4ml質量百分比濃度為12％的水合肼溶液進行反應3小時(反應溫度為80℃)，離心，得到載體；(2)將步驟(1)所述的載體與蛇紋石混合，研磨至粉體的粒徑范圍為100nm～800nm，即可得到耐磨劑。實施例3本實施例所采用的原料配方如下(按重量份，克)：制備方法：(1)將納米二氧化硅和氧化石墨烯的混合物加入到225g無水乙醇中，超聲分散4小時，然后加入硅烷偶聯劑和糠醛樹脂，1500轉/分的轉速攪拌100min，然后加入32ml質量百分比濃度為8％的水合肼溶液進行反應10小時(反應溫度為70℃)，離心，得到載體；(2)將步驟(1)所述的載體與蛇紋石混合，研磨至粉體的粒徑范圍為100nm～800nm，即可得到耐磨劑。實施例4本實施例所采用的原料配方如下(按重量份，克)：制備方法：(1)將納米二氧化硅和氧化石墨烯的混合物加入到144g無水乙醇中，超聲分散3小時，然后加入硅烷偶聯劑和環氧樹脂，800轉/分的轉速攪拌30min，然后加入36ml質量百分比濃度為10％的水合肼溶液進行反應6小時(反應溫度為70℃)，離心，得到載體；(2)將步驟(1)所述的載體與蛇紋石混合，研磨至粉體的粒徑范圍為100nm～800nm，即可得到耐磨劑。實施例5本實施例所采用的原料配方如下(按重量份，克)：制備方法：(1)將納米二氧化硅和氧化石墨烯的混合物加入到100g無水乙醇中，超聲分散2小時，然后加入硅烷偶聯劑和環氧樹脂，900轉/分的轉速攪拌50min，然后加入30ml質量百分比濃度為10％的水合肼溶液進行反應4小時(反應溫度為70℃)，離心，得到載體；(2)將步驟(1)所述的載體與蛇紋石、陽起石混合，研磨至粉體的粒徑范圍為100nm～800nm，即可得到耐磨劑。實施例6本實施例所采用的原料配方如下(按重量份，克)：制備方法：(1)將納米二氧化硅和氧化石墨烯的混合物加入到100g無水乙醇中，超聲分散2小時，然后加入硅烷偶聯劑和酚醛樹脂，900轉/分的轉速攪拌50min，然后加入30ml質量百分比濃度為10％的水合肼溶液進行反應4小時(反應溫度為70℃)，離心，得到載體；(2)將步驟(1)所述的載體與蛇紋石、陽起石混合，研磨至粉體的粒徑范圍為100nm～800nm，即可得到耐磨劑。實施例7本實施例所采用的原料配方如下(按重量份，克)：制備方法：(1)將納米二氧化硅和氧化石墨烯的混合物加入到100g無水乙醇中，超聲分散2小時，然后加入硅烷偶聯劑和呋喃樹脂，900轉/分的轉速攪拌50min，然后加入30ml質量百分比濃度為10％的水合肼溶液進行反應4小時(反應溫度為70℃)，離心，得到載體；(2)將步驟(1)所述的載體與蛇紋石、陽起石混合，研磨至粉體的粒徑范圍為100nm～800nm，即可得到耐磨劑。實施例8本實施例所采用的原料配方如下(按重量份，克)：制備方法：(1)將納米二氧化硅和氧化石墨烯的混合物加入到150g無水乙醇中，超聲分散4小時，然后加入硅烷偶聯劑和糠醛樹脂，1500轉/分 的轉速攪拌100min，然后加入28ml質量百分比濃度為8％的水合肼溶液進行反應10小時(反應溫度為70℃)，離心，得到載體；(2)將步驟(1)所述的載體與蛇紋石混合，研磨至粉體的粒徑范圍為100nm～800nm，即可得到耐磨劑。實施例9本實施例所采用的原料配方如下(按重量份，克)：制備方法：(1)將納米二氧化硅和氧化石墨烯的混合物加入到150g無水乙醇中，超聲分散4小時，然后加入硅烷偶聯劑和糠醛樹脂，1500轉/分的轉速攪拌100min，然后加入24ml質量百分比濃度為8％的水合肼溶液進行反應10小時(反應溫度為70℃)，離心，得到載體；(2)將步驟(1)所述的載體與蛇紋石混合，研磨至粉體的粒徑范圍為100nm～800nm，即可得到耐磨劑。對比例1(不添加樹脂)本例所采用的原料配方如下(按重量份，克)：制備方法：(1)將納米二氧化硅和氧化石墨烯的混合物加入到100g無水乙醇中，超聲分散2小時，然后加入硅烷偶聯劑，900轉/分的轉速攪拌 50min，然后加入30ml質量百分比濃度為10％的水合肼溶液進行反應4小時(反應溫度為70℃)，離心，得到載體；(2)將步驟(1)所述的載體與蛇紋石混合，研磨至粉體的粒徑范圍為100nm～800nm，即可得到耐磨劑。對比例2(納米二氧化硅的用量過多)本例所采用的原料配方如下(按重量份，克)：制備方法：(1)將納米二氧化硅和氧化石墨烯的混合物加入到300g無水乙醇中，超聲分散2小時，然后加入硅烷偶聯劑和環氧樹脂，900轉/分的轉速攪拌50min，然后加入30ml質量百分比濃度為10％的水合肼溶液進行反應4小時(反應溫度為70℃)，離心，得到載體；(2)將步驟(1)所述的載體與蛇紋石混合，研磨至粉體的粒徑范圍為100nm～800nm，即可得到耐磨劑。對比例3(氧化石墨烯的用量過多)本實施例所采用的原料配方如下(按重量份，克)：制備方法：(1)將納米二氧化硅和氧化石墨烯的混合物加入到100g無 水乙醇中，超聲分散2小時，然后加入硅烷偶聯劑和環氧樹脂，900轉/分的轉速攪拌50min，然后加入45ml質量百分比濃度為10％的水合肼溶液進行反應4小時(反應溫度為70℃)，離心，得到載體；(2)將步驟(1)所述的載體與蛇紋石混合，研磨至粉體的粒徑范圍為100nm～800nm，即可得到耐磨劑。對比例4(氧化石墨烯的用量過少)本實施例所采用的原料配方如下(按重量份，克)：制備方法：(1)將納米二氧化硅和氧化石墨烯的混合物加入到100g無水乙醇中，超聲分散2小時，然后加入硅烷偶聯劑和環氧樹脂，900轉/分的轉速攪拌50min，然后加入1.5ml質量百分比濃度為10％的水合肼溶液進行反應4小時(反應溫度為70℃)，離心，得到載體；(2)將步驟(1)所述的載體與蛇紋石混合，研磨至粉體的粒徑范圍為100nm～800nm，即可得到耐磨劑。對比例5(硅烷偶聯劑的用量過多)本實施例所采用的原料配方如下(按重量份，克)：制備方法：(1)將納米二氧化硅和氧化石墨烯的混合物加入到100g無水乙醇中，超聲分散2小時，然后加入硅烷偶聯劑和環氧樹脂，900轉/分的轉速攪拌50min，然后加入30ml質量百分比濃度為10％的水合肼溶液進行反應4小時(反應溫度為70℃)，離心，得到載體；(2)將步驟(1)所述的載體與蛇紋石混合，研磨至粉體的粒徑范圍為100nm～800nm，即可得到耐磨劑。效果實施例1分散穩定性效果試驗將上述實施例制得的耐磨劑按5wt％的比例加入到長城牌鋰基通用潤滑油脂中，超聲分散30min，靜置3個月后觀察是否有沉淀現象，結果如下表所示。由上表可以看出，本發明的實施例中制得的耐磨劑的油溶性好，在潤滑油脂中具有很好的分散穩定性；而對比例1中不添加樹脂制得的耐磨劑在潤滑油脂中分散穩定性不佳，而對比例2制得的耐磨劑在潤滑油脂中3個月后有少量沉淀，表明其分散穩定性仍差于本發明的實施例，同樣，對比例3、5制得的耐磨劑的分散穩定性也較差。效果實施例2形成耐磨層將上述實施例制得的耐磨劑按5wt％的比例加入到長城牌鋰基通用潤滑油脂中，超聲分散30min，形成含有耐磨劑的磨合油脂，用灰口鑄鐵試樣在摩擦磨損試驗機上作浸油磨合試驗，試驗力加載負荷5kg，轉速1200轉/分鐘，經30小時磨合后，將上試樣、下試樣接觸摩擦磨損部位作線切割后制成小樣，通過電子材料分析中心檢測形成耐磨層的厚度，結果如下表所示：由上表可以看出，本發明的實施例中制得的耐磨劑分散在潤滑油脂中，可以在金屬摩擦表面形成15微米以上的耐磨層，尤其是實施例5～9制得的產品可以形成20微米以上的耐磨層，可以對試樣的表面缺陷進行修復，且與原鐵基表面的結合狀態良好，不易脫落；而對比例1～5制得的耐磨劑僅可以形成10微米以下的耐磨層，且與原鐵基表面的結合狀態不佳，易脫落。效果實施例3測量磨斑直徑采用廈門實驗機廠生產的ms-800型四球實驗機測定。測試條件：轉速1450r/min，時間30min，室溫。鋼球磨斑直徑采用光學顯微鏡測量3個底球磨斑直徑(wsd)的算術平均值，結果如下表所示：效果實施例4極壓性能檢測將上述實施例制得的耐磨劑按5wt％的比例加入到長城牌鋰基通用潤滑油脂中，超聲分散30min，形成含有耐磨劑的磨合油脂，該磨合油脂的承載能力和極壓性能由濟南實驗廠機生產的mrs-10a四球摩擦實驗機測定。測試條件：轉速1760r/min，時間10s，結果如下表所示：編號承載能力(n)燒結負荷(n)實施例111953985實施例211093924實施例311343915實施例411173964實施例513564495實施例613244468實施例713184424實施例813164415實施例913194419對比例19682968對比例29272646對比例39382667對比例49562795對比例59632994從上表可以看出，由本發明制得的耐磨劑得到的磨合油，承載能力和燒 結負荷均較高，承載能力達到1100n以上，燒結負荷達到3900n以上；尤其是實施例5～9制得的產品的性能更加優異，承載能力達到1300n以上，燒結負荷達到4400n以上。當前第1頁12