本發(fā)明涉及一種富勒烯潤(rùn)滑油，屬于復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種低摩擦系數(shù)的富勒烯改性柴油發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油及其制備方法，具體適用于降低摩擦系數(shù)與磨損，降低制備難度。

背景技術(shù)：

富勒烯材料是一種零維碳納米材料，具有獨(dú)特的球形結(jié)構(gòu)，在生物醫(yī)藥，納米復(fù)合，潤(rùn)滑領(lǐng)域有重要的應(yīng)用前景。

公開(kāi)號(hào)為CN101475866A，公開(kāi)日為2009年7月8日的發(fā)明專利申請(qǐng)公開(kāi)了一種含有高分散富勒烯(C₆₀)的潤(rùn)滑油的制備方法，其具體步驟是：首先將長(zhǎng)鏈脂肪酸酰鹵化，利用酰鹵基團(tuán)的活性與金屬疊氮化合物反應(yīng)，獲得端基疊氮化的長(zhǎng)鏈脂肪酸衍生物，然后利用疊氮基團(tuán)與C₆₀反應(yīng)，將端基疊氮化長(zhǎng)鏈脂肪酸衍生物以共價(jià)鍵的形式連接到C₆₀表面，制備得到長(zhǎng)鏈脂肪酸修飾的C₆₀，最后將長(zhǎng)鏈脂肪酸修飾的C₆₀按一定配比分別加入到潤(rùn)滑油中，超聲分散。雖然該設(shè)計(jì)能利用長(zhǎng)鏈脂肪酸與潤(rùn)滑油分子相似相溶的性質(zhì)使C₆₀良好分散，充分發(fā)揮C₆₀的自潤(rùn)滑作用，提升潤(rùn)滑性，但其仍舊具有以下缺陷：

該設(shè)計(jì)在將富勒烯加入潤(rùn)滑油前，需要對(duì)富勒烯進(jìn)行很復(fù)雜的前期處理，不僅過(guò)程復(fù)雜，增加了操作難度，而且該前期處理屬于化學(xué)反應(yīng)，對(duì)其結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞，對(duì)富勒烯的性能產(chǎn)生影響，導(dǎo)致其潤(rùn)滑性能下降，從而降低其潤(rùn)滑效果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的制備過(guò)程復(fù)雜、潤(rùn)滑效果較弱的缺陷與問(wèn)題，提供一種制備過(guò)程簡(jiǎn)單、潤(rùn)滑效果較強(qiáng)的低摩擦系數(shù)的富勒烯改性柴油發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油及其制備方法。

為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：一種低摩擦系數(shù)的富勒烯改性柴油發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油，包括相互混合的基礎(chǔ)油、富勒烯，所述基礎(chǔ)油指柴油潤(rùn)滑油；

所述富勒烯指C60、C70或C60、C70任意配比的混雜物；

所述富勒烯改性柴油發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油中，富勒烯均勻分散，且其含量為0.01－1 mg/ml。

所述富勒烯改性柴油發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油中，富勒烯的含量為0.5mg/ml。

所述基礎(chǔ)油指CD、CE、CF－4或CH－4。

所述富勒烯改性柴油發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油的摩擦系數(shù)較基礎(chǔ)油的摩擦系數(shù)下降20－30%，磨損降低10－20%。

所述富勒烯改性柴油發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油靜置30天未分層。

所述富勒烯改性柴油發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油的顏色為咖啡色，所述基礎(chǔ)油的顏色為棕色。

一種上述低摩擦系數(shù)的富勒烯改性柴油發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油的制備方法，所述制備方法依次包括以下步驟：

第一步：先將富勒烯添加入基礎(chǔ)油中，再對(duì)其進(jìn)行球磨分散，直至富勒烯在基礎(chǔ)油中均勻分散以得到高濃度中間油，該高濃度中間油中富勒烯的含量為1－10mg/ml；

第二步：對(duì)上述高濃度中間油進(jìn)行稀釋分散以得到稀釋油，稀釋分散的方法采用超聲波處理，當(dāng)稀釋油的顏色呈現(xiàn)均勻時(shí)，停止超聲波處理，以得到所述的富勒烯改性柴油發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油，該富勒烯改性柴油發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油中富勒烯的含量為0.01－1 mg/ml。

所述第一步中，所述球磨分散是指：采用不同直徑的磨球進(jìn)行混合球磨；所述磨球的種類為氧化鋯球、氧化鋁球或瑪瑙球，所述磨球的直徑為100um－5mm；所述球磨分散的轉(zhuǎn)速為50－5000r/min；所述球磨的時(shí)間為10min－10h。

所述第一步中，所述高濃度中間油呈現(xiàn)均勻的咖啡色，且靜止24小時(shí)無(wú)沉淀產(chǎn)生，同時(shí)，所述基礎(chǔ)油的顏色為棕色。

所述第二步中，所述超聲波處理是指：用投入式超聲發(fā)生器進(jìn)行稀釋分散，其頻率為50Hz，處理時(shí)間為10min－10h。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

1、本發(fā)明一種低摩擦系數(shù)的富勒烯改性柴油發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油及其制備方法中，最終產(chǎn)物富勒烯改性柴油發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油由基礎(chǔ)油、富勒烯制成，富勒烯為C60、C70或C60、C70任意配比的混雜物，富勒烯在最終產(chǎn)物中均勻分散，含量為0.01－1 mg/ml，與基礎(chǔ)油相比，不僅增強(qiáng)了潤(rùn)滑性，其摩擦系數(shù)較基礎(chǔ)油的摩擦系數(shù)下降20－30%，磨損降低10－20%，而且分散穩(wěn)定性較好，靜置30天未分層。因此，本發(fā)明不僅潤(rùn)滑效果較強(qiáng)，而且分散穩(wěn)定性較好。

2、本發(fā)明一種低摩擦系數(shù)的富勒烯改性柴油發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油及其制備方法中，制備時(shí)，先將富勒烯添加入基礎(chǔ)油中，再對(duì)其進(jìn)行球磨分散，然后超聲處理以稀釋分散，從而得到最終產(chǎn)物，整個(gè)制備過(guò)程，不僅流程清晰，操作難度較低，而且都屬于物理反應(yīng)，不會(huì)對(duì)富勒烯原本的結(jié)構(gòu)與性能產(chǎn)生破壞，利于發(fā)揮其潤(rùn)滑功能。因此，本發(fā)明不僅制備過(guò)程簡(jiǎn)單，而且不會(huì)破壞富勒烯結(jié)構(gòu)。

3、本發(fā)明一種低摩擦系數(shù)的富勒烯改性柴油發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油及其制備方法中，在進(jìn)行球磨分散時(shí)，采用不同直徑的磨球進(jìn)行混合球磨，可以增強(qiáng)分散效果，同時(shí)，在選定直徑的前提下，再選定合適的球磨轉(zhuǎn)動(dòng)速度、球磨時(shí)間，以使磨球尺寸、球磨轉(zhuǎn)動(dòng)速度、球磨時(shí)間三者相互協(xié)調(diào)，形成一個(gè)整體，從而大大的提高對(duì)富勒烯的分散效果。因此，本發(fā)明采用的球磨工藝?yán)谔岣吒焕障┑姆稚⑿Ч?/p>

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明采用的球形富勒烯顆粒的SEM照片。

圖2是本發(fā)明采用的基礎(chǔ)油的四球機(jī)測(cè)試磨斑光學(xué)照片。

圖3是本發(fā)明采用的基礎(chǔ)油的摩擦系數(shù)曲線。

圖4是本發(fā)明的最終產(chǎn)物富勒烯改性柴油發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油的四球機(jī)測(cè)試磨斑光學(xué)照片。

圖5是本發(fā)明的最終產(chǎn)物富勒烯改性柴油發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油的摩擦系數(shù)曲線。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖說(shuō)明和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。

參見(jiàn)圖1至圖5，一種低摩擦系數(shù)的富勒烯改性柴油發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油，包括相互混合的基礎(chǔ)油、富勒烯，所述基礎(chǔ)油指柴油潤(rùn)滑油；

所述富勒烯指C60、C70或C60、C70任意配比的混雜物；

所述富勒烯改性柴油發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油中，富勒烯均勻分散，且其含量為0.01－1 mg/ml。

所述富勒烯改性柴油發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油中，富勒烯的含量為0.5mg/ml。

所述基礎(chǔ)油指CD、CE、CF－4或CH－4。

所述富勒烯改性柴油發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油的摩擦系數(shù)較基礎(chǔ)油的摩擦系數(shù)下降20－30%，磨損降低10－20%。

所述富勒烯改性柴油發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油靜置30天未分層。

所述富勒烯改性柴油發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油的顏色為咖啡色，所述基礎(chǔ)油的顏色為棕色。

一種上述低摩擦系數(shù)的富勒烯改性柴油發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油的制備方法，所述制備方法依次包括以下步驟：

第一步：先將富勒烯添加入基礎(chǔ)油中，再對(duì)其進(jìn)行球磨分散，直至富勒烯在基礎(chǔ)油中均勻分散以得到高濃度中間油，該高濃度中間油中富勒烯的含量為1－10mg/ml；

第二步：對(duì)上述高濃度中間油進(jìn)行稀釋分散以得到稀釋油，稀釋分散的方法采用超聲波處理，當(dāng)稀釋油的顏色呈現(xiàn)均勻時(shí)，停止超聲波處理，以得到所述的富勒烯改性柴油發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油，該富勒烯改性柴油發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油中富勒烯的含量為0.01－1 mg/ml。

所述第一步中，所述球磨分散是指：采用不同直徑的磨球進(jìn)行混合球磨；所述磨球的種類為氧化鋯球、氧化鋁球或瑪瑙球，所述磨球的直徑為100um－5mm；所述球磨分散的轉(zhuǎn)速為50－5000r/min；所述球磨的時(shí)間為10min－10h。

所述第一步中，所述高濃度中間油呈現(xiàn)均勻的咖啡色，且靜止24小時(shí)無(wú)沉淀產(chǎn)生，同時(shí)，所述基礎(chǔ)油的顏色為棕色。

所述第二步中，所述超聲波處理是指：用投入式超聲發(fā)生器進(jìn)行稀釋分散，其頻率為50Hz，處理時(shí)間為10min－10h。

本發(fā)明的原理說(shuō)明如下：

本發(fā)明所制得的低摩擦系數(shù)的富勒烯改性柴油發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油，摩擦系數(shù)很低，能滿足發(fā)動(dòng)機(jī)使用要求，其顏色與基礎(chǔ)油的顏色接近，同時(shí)，富勒烯在潤(rùn)滑油中分散性良好，靜止30天也不見(jiàn)明顯的分層，此外，本發(fā)明不需要先對(duì)富勒烯進(jìn)行表面處理，過(guò)程簡(jiǎn)單。對(duì)本發(fā)明低摩擦系數(shù)的富勒烯改性柴油發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油進(jìn)行測(cè)試顯示：

首先，潤(rùn)滑效果強(qiáng)——其摩擦系數(shù)降低20－30 %，磨損減小10－20%。

其次，分散穩(wěn)定性好——擱置30 天未見(jiàn)明顯分層。

再次，節(jié)能效果強(qiáng)——汽油燃燒的30 %的能量消耗來(lái)自于發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)摩擦，降低潤(rùn)滑油摩擦系數(shù)，即可帶來(lái)節(jié)能效果，同時(shí)，減少對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)零部件磨損，延長(zhǎng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)部件壽命，具有重要的科學(xué)和工程技術(shù)意義。

一、富勒烯：

兩接觸的材料表面之間有球形的顆粒時(shí)，兩個(gè)表面相對(duì)摩擦?xí)驗(yàn)楹星蛐晤w粒導(dǎo)致兩面摩擦系數(shù)降低。本發(fā)明中采用的富勒烯就可以看作為該種球形顆粒，這種球形顆粒在兩個(gè)相互摩擦的界面之間時(shí)，會(huì)發(fā)生滾動(dòng)，從而降低兩面摩擦系數(shù)。

二、球磨分散：

球磨主要的作用是將富勒烯團(tuán)聚顆粒分散，形成單個(gè)富勒烯小球顆粒。若是通過(guò)球磨直接達(dá)到所需的最終產(chǎn)物，時(shí)間和成本都太高，應(yīng)用可能性很小。而超聲處理不能直接將富勒烯團(tuán)聚顆粒分散，因而，必須先用球磨將團(tuán)簇的富勒烯顆粒分散之后，才能使用超聲處理做進(jìn)一步的稀釋與分散。

本發(fā)明在進(jìn)行球磨分散時(shí)，采用不同直徑的磨球混合球磨（兩種、三種，甚至更多都可以）。進(jìn)行時(shí)，磨球直徑不止一種，磨球的種類也可以不止一種，與只采用同一種直徑的磨球進(jìn)行球磨相比，分散效果更佳，其原因在于，在球磨的過(guò)程中，顆粒會(huì)分散的逐漸變細(xì)，逐漸變成納米級(jí)別，這個(gè)過(guò)程采用不同粒徑的顆粒球磨效果會(huì)更好。

對(duì)于富勒烯材料來(lái)說(shuō)，僅為幾個(gè)納米，因而，磨球尺寸、球磨轉(zhuǎn)動(dòng)速度和球磨時(shí)間三者必須協(xié)調(diào)好才能把富勒烯分散開(kāi)，才能提高其在基礎(chǔ)油中的均勻分散效果，所以本發(fā)明對(duì)磨球尺寸、球磨轉(zhuǎn)動(dòng)速度、球磨時(shí)間這三者都限定了參數(shù)范圍。

球磨的過(guò)程中，判斷富勒烯是否均勻分散時(shí)，既可以根據(jù)富勒烯在潤(rùn)滑油中顏色的變化判斷，呈現(xiàn)均勻的咖啡色就代表均勻分散，也可以采取靜止的方式判斷，當(dāng)靜止24小時(shí)后，觀察杯底無(wú)沉淀產(chǎn)生即代表均勻分散。

三、超聲分散：

超聲分散是否停止，根據(jù)顏色決定，當(dāng)稀釋油的顏色呈現(xiàn)均勻時(shí)，停止超聲波處理。這種顏色的判斷，既可以通過(guò)肉眼觀察決定，也可以通過(guò)掃描電子顯微鏡觀察決定。

實(shí)施例1：

一種低摩擦系數(shù)的富勒烯改性柴油發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油的制備方法，依次包括以下步驟：

第一步：先將富勒烯（圖1）添加入基礎(chǔ)油中，富勒烯為C60、C70或C60、C70任意配比的混雜物，基礎(chǔ)油為CD、CE、CF－4或CH－4型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油，基礎(chǔ)油的顏色為棕色，再對(duì)其進(jìn)行球磨分散，直至富勒烯在基礎(chǔ)油中均勻分散以得到高濃度中間油，高濃度中間油的顏色呈現(xiàn)均勻的咖啡色，且靜止24小時(shí)無(wú)沉淀產(chǎn)生，該高濃度中間油中富勒烯的含量為1mg/ml；所述球磨分散是指采用不同直徑的磨球進(jìn)行混合球磨；所述磨球的種類為氧化鋯球、氧化鋁球或瑪瑙球，所述磨球的直徑為100um－5mm；所述球磨分散的轉(zhuǎn)速為50－5000r/min；所述球磨的時(shí)間為10min－10h；

第二步：通過(guò)超聲波分散設(shè)備對(duì)上述高濃度中間油進(jìn)行超聲波處理以使其稀釋分散，頻率為50Hz，處理時(shí)間為10min，當(dāng)稀釋油的顏色呈現(xiàn)均勻時(shí)，停止超聲波處理，以得到所述的富勒烯改性柴油發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油，該富勒烯改性柴油發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油中富勒烯的含量為0.01mg/ml，其擱置30 天未見(jiàn)分層，顯示該潤(rùn)滑油具有良好的分散性能，采用四球機(jī)對(duì)比測(cè)試基礎(chǔ)油和富勒烯潤(rùn)滑油摩擦磨損，測(cè)試溫度為72 °C，摩擦相對(duì)轉(zhuǎn)速為1200 r/min，測(cè)試時(shí)間為10 min，測(cè)試結(jié)果顯示，基礎(chǔ)油的磨斑為0.467mm和0.459mm（圖2），摩擦系數(shù)為0.112（圖3），而本產(chǎn)品的磨斑分別為0.394mm和0.407 mm（圖4），摩擦系數(shù)為0.078（圖5）。相比較，本產(chǎn)品富勒烯改性柴油發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油相比基礎(chǔ)油摩擦系數(shù)降低30 %，磨損減少15 %。

實(shí)施例2：

基本內(nèi)容同實(shí)施例1，不同之處在于：

高濃度中間油中富勒烯的含量為10mg/ml；超聲波處理的時(shí)間為10h，最終產(chǎn)物富勒烯改性柴油發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油中富勒烯的含量為1 mg/ml；

采用四球機(jī)測(cè)試潤(rùn)滑油摩擦磨損，測(cè)試結(jié)果顯示，摩擦系數(shù)下降25%，磨損降低20%。

實(shí)施例3：

基本內(nèi)容同實(shí)施例1，不同之處在于：

該高濃度中間油中富勒烯的含量為5mg/ml；超聲波處理的時(shí)間為50min，最終產(chǎn)物富勒烯改性柴油發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油中富勒烯的含量為0.5mg/ml；

采用四球機(jī)測(cè)試潤(rùn)滑油摩擦磨損，測(cè)試結(jié)果顯示，摩擦系數(shù)下降20%，磨損降低10%。

實(shí)施例4：

基本內(nèi)容同實(shí)施例1，不同之處在于：

該高濃度中間油中富勒烯的含量為3mg/ml；超聲波處理的時(shí)間為2h，最終產(chǎn)物富勒烯改性柴油發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油中富勒烯的含量為0.05mg/ml；

采用四球機(jī)測(cè)試潤(rùn)滑油摩擦磨損，測(cè)試結(jié)果顯示，摩擦系數(shù)下降23%，磨損降低17%。

實(shí)施例5：

基本內(nèi)容同實(shí)施例1，不同之處在于：

該高濃度中間油中富勒烯的含量為7mg/ml；超聲波處理的時(shí)間為6h，最終產(chǎn)物富勒烯改性柴油發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油中富勒烯的含量為0.15mg/ml；

采用四球機(jī)測(cè)試潤(rùn)滑油摩擦磨損，測(cè)試結(jié)果顯示，摩擦系數(shù)下降28%，磨損降低19%。

實(shí)施例6：

基本內(nèi)容同實(shí)施例1，不同之處在于：

該高濃度中間油中富勒烯的含量為8mg/ml；超聲波處理的時(shí)間為4h，最終產(chǎn)物富勒烯改性柴油發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油中富勒烯的含量為0.35mg/ml；

采用四球機(jī)測(cè)試潤(rùn)滑油摩擦磨損，測(cè)試結(jié)果顯示，摩擦系數(shù)下降21%，磨損降低16%。