金屬表面合金劑及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種金屬表面合金劑，由以下質量百分比的組分制備而成：植物油80-92%，金屬化合物2-8%，催化劑5-15%，其中，所述金屬化合物包括含鋁化合物、含鈣化合物、含硼化合物、含鎂化合物、含鈦化合物和含鉬化合物，各化合物的用量使得所制備的金屬表面合金劑中金屬原子的質量分數(shù)分別為：鋁原子0.01-0.3%，鈦原子0.01-0.5%，硼原子0.1-0.5%，鈣原子0.5-2%，鉬原子0.5-3%。本發(fā)明還公開了該合金劑的制備方法。所述金屬表面合金劑不含硫、氯和磷，滿足環(huán)保要求并具有較好的極壓抗磨性能和抗氧化性能。
【專利說明】金屬表面合金劑及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及高能機械合金化【技術領域】，特別是涉及一種金屬表面合金劑及其制備方法。
【背景技術】
[0002]據(jù)國際權威機構統(tǒng)計，金屬材料磨損、腐蝕、疲勞三大損耗約占工業(yè)總產(chǎn)值的30%。摩擦磨損是普遍存在的自然現(xiàn)象，摩擦損失了世界約三分之一的一次能源，磨損是造成材料與設備破壞和失效的三種最主要的形式之一，潤滑則是降低摩擦、減少或避免磨損的最有效技術。發(fā)展具有良好抗磨損性能、高承載能力、對磨損表面具有一定修復功能、對環(huán)境無污染或少污染的潤滑技術，是當代化學和材料科學及摩擦學的重要課題之一。
[0003]二烷基二硫代磷酸鋅(ZDDP)高效極壓抗磨劑一直是自20世紀中葉以來內燃機油等油品不可缺少的添加組分，且在齒輪油、液壓油等工業(yè)用油中也得到了廣泛應用，但是，現(xiàn)在它已顯得難于適應形勢發(fā)展的需要。這是因為=(I)ZDDP的含磷轉化產(chǎn)物會使用于減少汽車尾氣中氮氧化物(NOx)等有害氣體排放的 三效催化轉換器中的催化劑中毒并影響氧氣傳感器；(2)ZDDP會產(chǎn)生灰分，堵塞過濾系統(tǒng)，對柴油機的微粒捕集器會產(chǎn)生不良影響；(3)元素Zn會使某些合金軸承(主要指含銀、鉛部件)產(chǎn)生電化學腐蝕；(4)在高于160度的工況下會因急劇分解而喪失抗氧化和極壓抗磨性能。
[0004]中國專利發(fā)明專利ZL200910067880.3公開了一種陶瓷合金耦合劑，該耦合劑為含鎂、鋁、硼和鈦陶瓷金屬的抗磨添加劑，為各組分的混合物，為了保證良好的懸浮性和分散性，其所用的分散劑含氯，具有潛在的安全和環(huán)保風險。
[0005]中國專利ZL200710143950.X公開了一種用于潤滑油、脂的納米級陶瓷金屬復合物添加劑，該添加劑為包含有氮化硼，鑰，銅粉體的組合物液體；該氮化硼，鑰，銅粉體粉體是氮化硼和鑰以共價鍵結構、銅以配位鍵結構形成的一種納米級球狀的固體顆粒物；氮化硼為球狀骨架，鑰以層片狀包覆其上，銅以點、片狀與球體的晶體缺陷處結合；該粉體中氮化硼、鑰和銅所占組分的比例為7~8.5: I~1.5: 0.5~1，該添加劑的缺點是油溶性較差，易產(chǎn)生沉淀。
[0006]綜上所述，現(xiàn)有的金屬表面合金劑存在以下缺點:
[0007](I)含硫、磷和鋅，易產(chǎn)生腐蝕、毒害和高溫失效；(2)含有氯，會產(chǎn)生腐蝕；(3)油溶性較差，易產(chǎn)生沉淀。

【發(fā)明內容】

[0008]本發(fā)明的一個目的是提供一種不含硫、磷、鋅、氯等有害物質、油溶性好、耐磨性高的金屬表面合金劑。
[0009]本發(fā)明的另一個目的是提供一種制備上述金屬表面合金劑的方法。
[0010]為此，本發(fā)明的技術方案如下:
[0011]一種金屬表面合金劑，由以下質量百分比的組分制備而成:[0012]植物油:80-92%
[0013]金屬化合物: 2-8%
[0014]催化劑:5-15%，
[0015]其中，所述金屬化合物包括含鋁化合物、含鈣化合物、含硼化合物、含鎂化合物、含鈦化合物和含鑰化合物，各化合物的用量使得所制備的金屬表面合金劑中金屬原子的質量分數(shù)分別為:
[0016]鋁原子:0.01-0.3%，
[0017]鈦原子:0.01-0.5%，
[0018]硼原子:0.1-0.5%，
[0019]鈣原子:0.5-2%，
[0020]鑰原子:0.5-3%。
[0021]優(yōu)選的是，所述植物油為花生油、大豆油、亞麻油、棕櫚油、椰子油、蓖麻油、菜子油中的一種或一種以上以任意比 的混合物。
[0022]所述催化劑為氨水、鹽酸、碳酸氫銨、雙氧水或高錳酸鉀。
[0023]所述含鋁化合物為異丙醇鋁、鋁酸酯、硫酸鋁、硝酸鋁和鋁粉的一種或一種以上以任意比的混合物。
[0024]所述含鈣化合物為氫氧化鈣、氧化鈣、有機磺酸鈣、碳酸鈣和烷基水楊酸鈣中的一種或一種以上以任意比的混合物。
[0025]所述含硼化合物為硼酸、氧化硼、硼酸酯中的一種或其中多種以任意比的混合物。
[0026]所述含鎂化合物為氧化鎂、氫氧化鎂、硝酸鎂、有機磺酸鎂中的一種或一種以上以任意比的混合物。
[0027]所述含鈦化合物為鈦酸酯、氧化鈦、四氯化鈦、異丙醇鈦、硫酸鈦中的一種或一種以上以任意比的混合物。
[0028]所述含鑰化合物為氧化鑰、鑰酸銨、有機鑰中的一種，或一種以上以任意比的混合物。
[0029]一種上述金屬表面合金劑的制備方法，包括以下步驟:
[0030]I)金屬化合物的制備:
[0031]在攪拌條件下，按照配方向反應釜中加入含鋁化合物、含鈦化合物、含鈣化合物、含硼化合物、含鎂化合物和含鑰化合物，攪拌I~4小時，得到棕色粘稠液體；
[0032]2)金屬表面合金劑的制備:
[0033]將上述得到棕色液體移至高壓反應釜中，按配方加入植物油和鹽酸，然后封閉高壓反應釜，通入二氧化碳至超臨界壓力72.9atm，升溫至超臨界溫度31.26°C，在攪拌條件下反應3~6小時后，冷卻、分液、真空干燥脫水，得到油溶性透明液體或者粘稠狀液體。
[0034]本發(fā)明的金屬表面合金劑利用化學和物理冶金相結合的方法來改變金屬材料表面化學成分和組織結構，從而使材料表面獲得所要求性能的工藝過程。以潤滑劑為載體，利用摩擦產(chǎn)生的熱，通過化學熱處理技術，一方面可以提高材料硬度、耐腐蝕和耐熱性能，另一方面還可以提高材料的耐磨性。
[0035]本發(fā)明的金屬表面合金劑為含硼、鈣、鑰、鋁和鎂的多元化合物，其本身不含硫、氯和磷，滿足環(huán)保及美國石油協(xié)會(API)GF-4、GF-5的低硫、磷要求并具有較好的極壓抗磨性能和抗氧化性能。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0036]圖1為實施例3制得的金屬表面合金劑按0.5wt%的比例加入到潤滑油中測得的摩擦副表面元素的電子能譜。
【具體實施方式】
[0037]下面結合具體實施例對本發(fā)明的方法進行詳細說明。
[0038]實施例1
[0039]一種金屬表面合金劑的制備方法，包括以下步驟:
[0040]( I)金屬化合物的制備:
[0041]在反應釜中，在攪拌條件下依次加入IOg異丙醇鋁、15g鈦酸酯、20g有機磺酸鈣、IOg硼酸、25g有機磺酸鎂和5g鑰酸銨，攪拌I小時，得到棕色粘稠液體。
[0042](2)金屬表面合金劑的制備:
[0043]將5g步驟(1)制得的棕色液體移至高壓反應釜中，分別加入70g棕櫚油和5g鹽酸，然后封閉反應釜，通入二氧化碳至超臨界壓力72.9atm，升溫至超臨界溫度31.26°C，攪拌條件下反應4小時后，冷卻、分液、真空干燥脫水后得到油溶性透明液體或者粘稠狀液體。
[0044]實施例2
[0045]一種金屬表面合金劑的制備方法，包括以下步驟:
[0046]( I)金屬化合物的制備:
[0047]在反應釜中，在攪拌條件下依次加入12g鋁酸酯、13g異丙醇鈦、24g烷基水楊酸鈣、12g硼酸、21g硝酸鎂和3g有機鑰，攪拌I小時，得到棕色粘稠液體。
[0048](2)金屬表面合金劑的制備:
[0049]將5g步驟(1)制得的棕色液體移至高壓反應釜中，分別加入60g棕櫚油和2g高錳酸鉀，然后封閉反應釜，通入二氧化碳至超臨界壓力72.9atm，升溫至超臨界溫度31.26°C，攪拌條件下反應4小時后，冷卻、分液、真空干燥脫水后得到油溶性透明液體或者粘稠狀液體。
[0050]實施例3
[0051]將5g實施例1步驟(1)制得的棕色液體移至高壓反應釜中，分別加入60g椰子油和2g高錳酸鉀，然后封閉反應釜，通入二氧化碳至超臨界壓力72.9atm，升溫至超臨界溫度31.26°C，攪拌條件下反應4小時后，冷卻、分液、真空干燥脫水后得到油溶性透明液體或者粘桐狀液體。
[0052]將上述制得的金屬表面合金劑按0.5wt%的比例加入到潤滑油中，測得的摩擦副表面元素的電子能譜(EDX)如圖1所示。
[0053]下表是上述3個實施例制得的金屬表面合金劑在不同載荷下的抗壓抗磨性能測試結果。[0054]
【權利要求】
1.一種金屬表面合金劑，其特征在于由以下質量百分比的組分制備而成: 植物油:80-92% 金屬化合物: 2-8% 催化劑:5-15%， 其中，所述金屬化合物包括含鋁化合物、含鈣化合物、含硼化合物、含鎂化合物、含鈦化合物和含鑰化合物，各化合物的用量使得所制備的金屬表面合金劑中金屬原子的質量分數(shù)分別為:
鋁原子:0.01-0.3%，
鈦原子:0.01-0.5%， 硼原子:0.1-0.5%， 鈣原子:0.5-2%， 鑰原子:0.5-3%。
2.根據(jù)權利要求1所述的金屬表面合金劑，其特征在于:所述植物油為花生油、大豆油、亞麻油、棕櫚油、椰子油、蓖麻油、菜子油中的一種或一種以上以任意比的混合物。
3.根據(jù)權利要求1所述的金屬表面合金劑，其特征在于:所述催化劑為氨水、鹽酸、碳酸氫銨、雙氧水或高錳酸鉀。
4.根據(jù)權利要求1所述的金屬 表面合金劑，其特征在于:所述含鋁化合物為異丙醇鋁、鋁酸酯、硫酸鋁、硝酸鋁和鋁粉的一種或一種以上以任意比的混合物。
5.根據(jù)權利要求1所述的金屬表面合金劑，其特征在于:所述含鈣化合物為氫氧化鈣、氧化鈣、有機磺酸鈣、碳酸鈣和烷基水楊酸鈣中的一種或一種以上以任意比的混合物。
6.根據(jù)權利要求1所述的金屬表面合金劑，其特征在于:所述含硼化合物為為硼酸、氧化硼、硼酸酯中的一種或其中多種以任意比的混合物。
7.根據(jù)權利要求1所述的金屬表面合金劑，其特征在于:所述含鎂化合物為氧化鎂、氫氧化鎂、硝酸鎂、有機磺酸鎂中的一種或一種以上以任意比的混合物。
8.根據(jù)權利要求1所述的金屬表面合金劑，其特征在于:所述含鈦化合物為鈦酸酯、氧化鈦、四氯化鈦、異丙醇鈦、硫酸鈦中的一種或一種以上以任意比的混合物。
9.根據(jù)權利要求1所述的金屬表面合金劑，其特征在于:所述含鑰化合物為氧化鑰、鑰酸銨、有機鑰中的一種，或一種以上以任意比的混合物。
10.一種權利要求1所述金屬表面合金劑的制備方法，其特征在于包括以下步驟: 1)金屬化合物的制備: 在攪拌條件下，按照配方向反應釜中依次加入含鋁化合物、含鈦化合物、含鈣化合物、含硼化合物、含鎂化合物和含鑰化合物，攪拌I~4小時，得到棕色粘稠液體； 2)金屬表面合金劑的制備: 將上述得到棕色液體移至高壓反應釜中，按配方加入植物油和鹽酸，然后封閉高壓反應釜，通入二氧化碳至超臨界壓力為72.9atm，升溫至超臨界溫度31.26°C，在攪拌條件下反應3~6小時后，冷卻、分液、真空干燥脫水，得到油溶性透明液體或者粘稠狀液體。
【文檔編號】C10M163/00GK103525507SQ201310473282
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年10月11日 優(yōu)先權日:2013年10月11日
【發(fā)明者】程志林 申請人:程志林