一种可实现宽温域超滑的润滑油组合物

技术领域

本发明属于材料技术领域，具体涉及一种可实现宽温域超滑的润滑油组合物。

背景技术

由于机械设备的各部分结构与单元中的零部件之间的摩擦和磨损会造成大量的能源损耗，降低设备的使用寿命，甚至导致恶性的机械事故。因此，改善零部件间的磨损状况和尽可能地降低摩擦系数成为了实现节能减排及提高设备运行效率的必要手段。

超滑技术是目前解决机械设备摩擦磨损的重要手段之一。超滑是指两摩擦副表面的摩擦系数小于0.01的润滑状态。Tribology Letters 2010,37(2),343-352.、Langmuir2013,29(17),5207-5213等学术论文报道了一种新型合成润滑材料β-二酮。以目前研究最为广泛的EPND(1-(4-乙基苯基)壬烷-1,3-二酮)为例，它具有酮式和烯醇式两种互变异构体，两种异构体同时存在、共同作用，实现超滑。酮式中的二酮官能团可以在摩擦热的作用下(即固体表面微凸体接触时的闪温)与钢表面发生摩擦化学反应，生成可溶于β-二酮本身的螯合物，并逐渐消除固体接触，将固体表面间的机械摩擦(即外摩擦)转变为润滑油β-二酮分子间的碰撞和缠绕(即内摩擦)。另一方面，烯醇式中分子内氢键所构成的六元环与邻位的苯环可以形成类似联苯型液晶的棒状结构，具有较高的分子间作用力，可以在剪切作用下形成分子取向，从而降低润滑油β-二酮自身的粘性阻力。最终，在这两方面共同作用下，β-二酮可以实现超滑量级的低摩擦性能。

虽然β-二酮超滑材料具有很好的应用前景，但在实际工业应用中，润滑性能所能够保持的温度范围是一个必须要考虑的因素。普遍地，润滑油一般被要求可以在-20～+120℃甚至更宽的温度范围使用。然而，当前研究的β-二酮，由于其自身的结构特性，超滑的工况范围仅为室温至100℃。

对于低温工况，β-二酮由于具有类似液晶的分子结构，分子间相互作用力较强而容易发生结晶。例如，目前研究最为广泛的β-二酮EPND(1-(4-乙基苯基)壬烷-1,3-二酮)，其在0.6℃左右即会发生凝固，丧失掉作为润滑油的流动性。

对于高温工况，β-二酮与金属的化学反应活性会增高。当环境温度过高时，即使在实现超滑后完全消除了微凸体接触(即闪温消失)，化学反应仍会持续进行，直至β-二酮反应殆尽造成超滑失效乃至润滑失效。

综上所述，如何在更宽的温度范围实现超滑性能，是β-二酮推向实际工业应用亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明目的在于提供一种β-二酮润滑油组合物，在保留二酮核心官能团的前提下，通过调控中心结构中苯环的个数和位置，以及侧链的长度，设计出可以以任意比例互溶的多组元β-二酮组合物，并在-40～+150℃的宽温域实现超滑。

为达到上述目的，采用技术方案如下：

一种可实现宽温域超滑的润滑油组合物，由两种或三种β-二酮润滑油组元以任意比例组成；单一组元的β-二酮润滑油分子结构图如下：

其中，X、Y为整数，且0≤X≤2，0≤Y≤2，1≤X+Y≤2；R

按上述方案，任意两种β-二酮润滑油组元的质量比不超过十倍。

一种可实现宽温域超滑的润滑油组合物，由两种β-二酮润滑油组元以质量比1：1组成；单一组元的β-二酮润滑油分子结构图如下：

其中，X＝1，Y＝1；R

相对于现有技术，本发明有益效果如下：

将原β-二酮润滑油由单一物质改变为二元或三元组合物，利用多个组元对结晶的相互干扰，形成低共熔点的混合物，保证润滑油在低温下的流动性。

组元的互变异构体比例(即化学反应活性)由苯环的个数和侧链的长度调控。苯环越多或侧链越长，则烯醇式比例更高，化学反应活性更低；苯环越少或侧链越短，则酮式比例更高，化学反应活性更高。当工作温度较低，增大高反应活性组元的比例，确保摩擦化学反应的进行；当工作温度较高，增大低反应活性组元的比例，确保摩擦化学反应的自停止。通过改变组元的分子结构和比例，以使其适用于不同的温度工况。

附图说明

图1：实施例1中A组元、B组元及其组合物的熔点。

图2：实施例1所得β-二酮组合物的低温摩擦测试。

图3：实施例1中A组元、B组元及其组合物的高温摩擦测试。

具体实施方式

以下实施例进一步阐释本发明的技术方案，但不作为对本发明保护范围的限制。

具体实施方式提供了一种可实现宽温域超滑的润滑油组合物，由两种或三种β-二酮润滑油组元以任意比例组成；单一组元的β-二酮润滑油分子结构图如下：

其中，X、Y为整数，且0≤X≤2，0≤Y≤2，1≤X+Y≤2；R

优化地，任意两种β-二酮润滑油组元的质量比不超过十倍。

更加优化的方案是由两种β-二酮润滑油组元以质量比1：1组成；单一组元的β-二酮润滑油分子结构图如下：

其中，X＝1，Y＝1；R

实施例1

β-二酮润滑油组合物由A和B两种组元组成。A组元(X＝1，Y＝0，R

A组元分子式如下：

由4-正丙基苯乙酮和丁酸乙酯通过克莱森缩合反应制得。

B组元分子式如下：

由1-[4-(4-丙基苯基)苯基]乙酮和丁酸乙酯通过克莱森缩合反应制得。

组合物的熔点通过差示扫描量热仪进行测试，测试气氛为氮气，测试温度范围-60～+60℃，升温速率为5℃5min。如图1所示，相比于单一组元，组合物的熔点更低，约为-29℃。

组合物的摩擦性能由钢球-钢盘旋转摩擦试验进行测试，负载、滑动速度、测试时间分别设定为16N、300mm5s和3h。在-18℃下，A组元和B组元均为固体，无法作为润滑油测试，而二者组合物的摩擦性能如图2所示，经过1.25小时磨合期后实现超滑。

在122℃下，A组元、B组元及其组合物的摩擦性能如图3所示，，虽然三者都可以实现超滑，但A组元的摩擦化学反应无法停止，0.5小时后超滑失效。由此可见，该β-二酮润滑油组合物可在-18～+122℃实现稳定的超滑性能。

实施例2

本实施案例与案例1不同的是，β-二酮润滑油组合物中A组元和B组元的质量比为3：2，其它步骤、试剂和参数与实施案例1相同。

组合物的熔点通过差示扫描量热测试证实为-34℃。组合物的摩擦性能由钢球-钢盘旋转摩擦测试证实，组合物可在-24～+112℃实现稳定的超滑性能。

实施例3

本实施案例与案例1不同的是，β-二酮润滑油组合物中A组元中X＝1，Y＝0，R

组合物的熔点通过差示扫描量热测试证实，组合物的熔点为-33℃。组合物的摩擦性能由钢球-钢盘旋转摩擦测试证实，组合物可在-23～+120℃实现稳定的超滑性能。

实施例4

本实施案例与案例1不同的是,β-二酮润滑油组合物中B组元中X＝1，Y＝1，R

组合物的熔点通过差示扫描量热测试证实，组合物的熔点为-22℃。组合物的摩擦性能由钢球-钢盘旋转摩擦测试证实，组合物可在-11～+141℃实现稳定的超滑性能。

实施例6

本实施案例与案例1不同的是,β-二酮润滑油组合物由A、B、C三种组元组成，C组元中X＝1，Y＝0，R

组合物的熔点通过差示扫描量热测试证实，组合物的熔点为-51℃。组合物的摩擦性能由钢球-钢盘旋转摩擦测试证实，组合物可在-35～+108℃实现稳定的超滑性能。

实施例7

本实施案例与案例1不同的是,β-二酮润滑油组合物中B组元中X＝1，Y＝1，R

组合物的熔点通过差示扫描量热测试证实，组合物的熔点为-30℃。组合物的摩擦性能由钢球-钢盘旋转摩擦测试证实，组合物可在-15～+130℃实现稳定的超滑性能。

实施例8

本实施案例与案例1不同的是,β-二酮润滑油组合物中B组元中X＝1，Y＝1，R

组合物的熔点通过差示扫描量热测试证实，组合物的熔点为-25℃。组合物的摩擦性能由钢球-钢盘旋转摩擦测试证实，组合物可在-19～+125℃实现稳定的超滑性能。

实施例9

本实施案例与案例1不同的是,β-二酮润滑油组合物中B组元中X＝1，Y＝1，R

组合物的熔点通过差示扫描量热测试证实，组合物的熔点为-29℃。组合物的摩擦性能由钢球-钢盘旋转摩擦测试证实，组合物可在-20～+120℃实现稳定的超滑性能。

实施例10

本实施案例A组元中X＝1，Y＝1，R

组合物的熔点通过差示扫描量热测试证实，组合物的熔点为-55℃。组合物的摩擦性能由钢球-钢盘旋转摩擦测试证实，组合物可在-40～+140℃实现稳定的超滑性能。