本發(fā)明涉及一種耐磨劑及其制備方法。
背景技術(shù)：
：耐磨、減摩、抗磨是機械動力領(lǐng)域一個永恒的話題，摩擦損耗越低，機械動力就越強，產(chǎn)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(shù)途徑，即抗磨技術(shù)、減磨技術(shù)和修復(fù)技術(shù)。其中磨損修復(fù)技術(shù)是人們對已經(jīng)發(fā)生磨損的金屬部件，采用多種技術(shù)途徑進行修復(fù)，使部件的尺寸恢復(fù)到磨損前的狀態(tài)：傳統(tǒng)的磨損修復(fù)技術(shù)途徑包括涂鍍層技術(shù)(對輕微磨損的金屬部件復(fù))、補焊、堆焊、脈沖、鑲嵌等局部補償后再加工的修復(fù)技術(shù)(對一些嚴(yán)重磨損的部件)等。但傳統(tǒng)的磨損修復(fù)技術(shù)是一種“事后”的修補技術(shù)，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(shù)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(fù)層是一種有效技術(shù)途徑，但必須具備一定覆蓋厚度才能起到修復(fù)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(xiàn)摩擦副擦傷、劃痕則更難修復(fù)。但現(xiàn)有技術(shù)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(fù)作用有限；而且現(xiàn)有的耐磨劑也很少能夠適用于高速、高壓和高負(fù)荷等工作環(huán)境。納米材料由于其具有優(yōu)異的物理化學(xué)性質(zhì)，在材料領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)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(xiàn)出很好的物理化學(xué)性質(zhì)，有很好的應(yīng)用前景。但由于含有納米粒子的體系在穩(wěn)定性、分散性等方面有待解決，因此亟需開發(fā)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(wěn)定性的耐磨劑。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)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(fā)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(jié)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(jié)負(fù)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(fā)明是通過以下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問題的：本發(fā)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(lián)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(zhì)量比為(1～4)：1的混合物。所述的蛇紋石的主要成分的化學(xué)式為mg6si4o10(oh)8，所述的滑石的主要成分的化學(xué)式為mg3(si4o10)(oh)2，所述的海泡石的主要成分的化學(xué)式為mg8si12o30(oh)4(oh2)4·8h2o，所述的陽起石的主要成分的化學(xué)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(lǐng)域常規(guī)方法制得的氧化石墨烯，較佳地通過下述步驟制得：①預(yù)氧化：將石墨、濃硫酸和硝酸倒入水中，過濾，烘干；重復(fù)上述預(yù)氧化過程2～3次，得到預(yù)氧化石墨；②熱膨脹：將步驟①的預(yù)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(yù)氧化熱膨脹石墨；④將步驟③的預(yù)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(yīng)，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(lián)劑可為本領(lǐng)域常規(guī)使用的各種硅烷偶聯(lián)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(lǐng)域常規(guī)使用的各種樹脂，較佳地為環(huán)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(huán)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(lián)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(fā)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(lián)劑和樹脂，攪拌，然后加入水合肼溶液進行反應(yīng)，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(zhì)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(zhuǎn)速較佳地為800～1500轉(zhuǎn)/分。步驟(1)中，所述的水合肼溶液的質(zhì)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(zhì)量比較佳地為(20～40)ml/g。步驟(1)中，所述的反應(yīng)的時間較佳地為3～10小時；所述的反應(yīng)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(lǐng)域常識的基礎(chǔ)上，上述各優(yōu)選條件，可任意組合，即得本發(fā)明各較佳實例。本發(fā)明所用試劑和原料均市售可得。本發(fā)明的積極進步效果在于：(1)本發(fā)明的耐磨劑油溶性好，在潤滑油脂中具有很好的分散穩(wěn)定性，不易沉淀。(2)本發(fā)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(jié)合良好，耐磨層不易脫落。(3)采用本發(fā)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(jié)負(fù)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(fā)明，但并不因此將本發(fā)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(guī)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(yù)氧化：將石墨、濃硫酸和硝酸倒入水中，過濾，烘干；重復(fù)上述預(yù)氧化過程2～3次，得到預(yù)氧化石墨；②熱膨脹：將步驟①的預(yù)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(yù)氧化熱膨脹石墨；④將步驟③的預(yù)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(yīng)，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(lián)劑和環(huán)氧樹脂，900轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速攪拌50min，然后加入30ml質(zhì)量百分比濃度為10％的水合肼溶液進行反應(yīng)4小時(反應(yīng)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(lián)劑和呋喃樹脂，1200轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速攪拌100min，然后加入4ml質(zhì)量百分比濃度為12％的水合肼溶液進行反應(yīng)3小時(反應(yīng)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(lián)劑和糠醛樹脂，1500轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速攪拌100min，然后加入32ml質(zhì)量百分比濃度為8％的水合肼溶液進行反應(yīng)10小時(反應(yīng)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(lián)劑和環(huán)氧樹脂，800轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速攪拌30min，然后加入36ml質(zhì)量百分比濃度為10％的水合肼溶液進行反應(yīng)6小時(反應(yīng)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(lián)劑和環(huán)氧樹脂，900轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速攪拌50min，然后加入30ml質(zhì)量百分比濃度為10％的水合肼溶液進行反應(yīng)4小時(反應(yīng)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(lián)劑和酚醛樹脂，900轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速攪拌50min，然后加入30ml質(zhì)量百分比濃度為10％的水合肼溶液進行反應(yīng)4小時(反應(yīng)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(lián)劑和呋喃樹脂，900轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速攪拌50min，然后加入30ml質(zhì)量百分比濃度為10％的水合肼溶液進行反應(yīng)4小時(反應(yīng)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(lián)劑和糠醛樹脂，1500轉(zhuǎn)/分 的轉(zhuǎn)速攪拌100min，然后加入28ml質(zhì)量百分比濃度為8％的水合肼溶液進行反應(yīng)10小時(反應(yīng)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(lián)劑和糠醛樹脂，1500轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速攪拌100min，然后加入24ml質(zhì)量百分比濃度為8％的水合肼溶液進行反應(yīng)10小時(反應(yīng)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(lián)劑，900轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速攪拌 50min，然后加入30ml質(zhì)量百分比濃度為10％的水合肼溶液進行反應(yīng)4小時(反應(yīng)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(lián)劑和環(huán)氧樹脂，900轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速攪拌50min，然后加入30ml質(zhì)量百分比濃度為10％的水合肼溶液進行反應(yīng)4小時(反應(yīng)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(lián)劑和環(huán)氧樹脂，900轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速攪拌50min，然后加入45ml質(zhì)量百分比濃度為10％的水合肼溶液進行反應(yīng)4小時(反應(yīng)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(lián)劑和環(huán)氧樹脂，900轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速攪拌50min，然后加入1.5ml質(zhì)量百分比濃度為10％的水合肼溶液進行反應(yīng)4小時(反應(yīng)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(lián)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(lián)劑和環(huán)氧樹脂，900轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速攪拌50min，然后加入30ml質(zhì)量百分比濃度為10％的水合肼溶液進行反應(yīng)4小時(反應(yīng)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(wěn)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(xiàn)象，結(jié)果如下表所示。由上表可以看出，本發(fā)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(wěn)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(wěn)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(wěn)定性仍差于本發(fā)明的實施例，同樣，對比例3、5制得的耐磨劑的分散穩(wěn)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(fù)荷5kg，轉(zhuǎn)速1200轉(zhuǎn)/分鐘，經(jīng)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(jié)果如下表所示：由上表可以看出，本發(fā)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(chǎn)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(fù)，且與原鐵基表面的結(jié)合狀態(tài)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(jié)合狀態(tài)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(chǎn)的ms-800型四球?qū)嶒灆C測定。測試條件：轉(zhuǎn)速1450r/min，時間30min，室溫。鋼球磨斑直徑采用光學(xué)顯微鏡測量3個底球磨斑直徑(wsd)的算術(shù)平均值，結(jié)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(chǎn)的mrs-10a四球摩擦實驗機測定。測試條件：轉(zhuǎn)速1760r/min，時間10s，結(jié)果如下表所示：編號承載能力(n)燒結(jié)負(fù)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(fā)明制得的耐磨劑得到的磨合油，承載能力和燒 結(jié)負(fù)荷均較高，承載能力達(dá)到1100n以上，燒結(jié)負(fù)荷達(dá)到3900n以上；尤其是實施例5～9制得的產(chǎn)品的性能更加優(yōu)異，承載能力達(dá)到1300n以上，燒結(jié)負(fù)荷達(dá)到4400n以上。當(dāng)前第1頁12