一种含复合添加剂锂基润滑脂的制备方法

技术领域

本发明属于含复合添加剂锂基润滑脂的制备方法，更特别的说是一种改性硬质亲油微纳米凹凸棒石添加剂搭配软质纳米铜粉添加剂为复合添加剂的锂基润滑脂的制备方法，属于润滑脂制备技术领域。

背景技术

服役过程中的摩擦磨损是导致装备失效的主要原因之一。因此，降低摩擦副运行中的摩擦是保持机械系统高效运转和长久使用寿命的有效保障。润滑脂作为润滑剂常在轴承等机械零件中使用。其中，锂基润滑脂因稠化能力强，优良的高温使用性能等而引起广泛关注。在润滑脂中添加适当的微纳米添加剂，能够在摩擦过程中通过挤压等机械作用以及化学作用等将微纳米添加剂涂敷于摩擦副受损表面，形成补偿层以弥补磨损。但由于添加剂本身软硬等差异，抗磨损及修复效果往往截然不同。

传统的润滑脂微纳米添加剂改性后多采用烘干法获得粉体，但烘干制得的改性微纳米添加剂会发生板结，形成粗大颗粒。因此，后期使用时往往需要进行研磨过筛等繁琐操作，若处理不当会影响其后续在润滑脂中的分散。而本发明以液氮急冷偶联剂改性微纳米凹凸棒石悬浊液后，采用真空冷冻干燥的方法获得可以直接使用硬质亲油微纳米凹凸棒石添加剂粉体，此粉体能够很好地保持其原始的微纳米粉末状态，在基础油中具有良好的分散性。本发明通过调节矿物油500SN与甲基苯基硅油KF-54的质量比，制备出具有一定高温稳定性的润滑脂。此外，以往润滑脂的制备方法中添加剂与润滑脂的混合往往需要经过三辊研磨机的多遍研磨才能混合均匀，制备过程繁琐。而本发明将一定配比的软/硬微纳米添加剂直接在基础油酯化的过程中，通过磁力搅拌的方法在基础油中混合均匀，然后快速冷却，获得良好耐磨性能的润滑脂，减少多遍研磨工序。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足之处，提供一种便捷的含复合添加剂锂基润滑脂的制备方法。通过真空冷冻干燥的方法得到可以直接使用的硬质亲油微纳米凹凸棒石添加剂粉体，与软质纳米铜粉添加剂搭配，有效地提升润滑脂的抗磨损效果。通过磁力搅拌直接将复合添加剂与基础油在酯化过程中混合均匀，过程简洁。本制备方法能够保证复合添加剂在锂基润滑脂中分散性的同时，满足润滑脂在较高温度下的使用要求。

本发明所指的一种含复合添加剂锂基润滑脂的制备方法，具体步骤如下：

(1)将占微纳米凹凸棒石一定质量分数的硅烷偶联剂KH550与少量去离子水混合均匀后，加入预制备的微纳米凹凸棒石悬浊液，并混合均匀，采用液氮急冷得固化的改性微纳米凹凸棒石悬浊液，将预冻干悬浊液固体放入真空冷冻干燥箱，真空冷冻干燥得到改性微纳米凹凸棒石粉体；

(2)将12-羟基硬脂酸与硬脂酸按一定质量比加去离子水混合，磁力搅拌的同时水浴加热，待12-羟基硬脂酸与硬脂酸完全溶解，加入预热的氢氧化锂溶液，控制反应温度并保温至反应完全，反应完毕后将反应产物放入烘箱中烘干得到锂皂；

(3)将基础油矿物油500SN与甲基苯基硅油KF-54按一定质量比混合，加入一定质量分数的锂皂，以及一定质量分数的微纳米添加剂(纳米铜粉、改性微纳米凹凸棒石粉体、两者按一定质量比混合形成的微纳米粉体复合添加剂)，磁力搅拌，油浴加热，并保温一定时间进行稠化炼制，取出反应产物快速冷却制得润滑脂。

所述的一种含复合添加剂锂基润滑脂的制备方法，其中，所述步骤(1)特征在于，微纳米凹凸棒石粉体悬浊液浓度为45g/L～55g/L。硅烷偶联剂KH550质量占微纳米凹凸棒石质量的5～15％，硅烷偶联剂KH550水溶液浓度为2.5g/L～8.5g/L，所加液氮的体积不少于改性微纳米凹凸棒石混合悬浊液的体积。

所述步骤(2)特征在于，12-羟基硬脂酸与硬脂酸两者质量比为2～4，优选2.5～3.5；

所述步骤(3)特征在于，基础油矿物油500SN与甲基苯基硅油KF-54质量比为0～4，优选0.25～1，锂皂质量占混合物总质量的10％-20％，微纳米添加剂质量占混合物总质量的0～2％，软质纳米铜粉以及改性硬质亲油微纳米凹凸棒石质量比为0～1，优选0.1～0.5，磁力搅拌速度为100～800r/min，优选400～600r/min，保温稠化炼制时间为15±5min；

本发明的优点在于：本发明制备的微纳米凹凸棒石粉体添加剂经过硅烷偶联剂KH550改性、真空冷冻干燥等一系列操作后得到可以直接使用的硬质亲油微纳米凹凸棒石添加剂粉体，将一定配比的软/硬微纳米复合添加剂在基础油酯化的过程中通过磁力搅拌的方法在基础油中混合均匀，不需要三辊研磨过程，并且复合添加剂分散效果好，制备过程简单，所得润滑脂热稳定性较好，耐磨性能好，适用广泛。

附图说明

图1是改性及未改性微纳米凹凸棒石添加剂在基础油中均匀混合后离心图

图2是锂基润滑脂随温度变化蒸发率柱状图

图3是所制备润滑脂四球机法抗磨性能测试所得磨斑形貌图

具体实施方式

为进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹列举以下实例进行详细说明。

实施例一

1、微纳米凹凸棒石的改性：

称取5g微纳米凹凸棒石粉体加入100mL去离子水磁力搅拌形成分散均匀悬浊液，将占微纳米凹凸棒石质量10％即0.5g的硅烷偶联剂KH550与200mL去离子水混合搅拌后加入微纳米凹凸棒石悬浊液中混合均匀后，将混合均匀的溶液采用500mL液氮进行急冷，得到冷冻固体改性微纳米凹凸棒石分散均匀悬浊液。其中搅拌强度均为400r/min。真空冷冻干燥箱提前预冷30min，将预冻干分散均匀悬浊液固体放入真空冷冻干燥箱再预冷30min后开始冻干改性好的微纳米凹凸棒石，得到改性微纳米凹凸棒石粉体。冻干条件是真空度为20Pa，温度为-50±1℃。

分别称取12g甲基苯基硅油KF-54与3g矿物油500SN混合均匀，加入改性微纳米凹凸棒石0.3g，并且混合均匀。在相同条件下制备一份添加未改性微纳米凹凸棒石粉体的基础油溶液。将两者同时放入高速离心机中，以1000r/min的转速离心5min后静置10h得到如图1所示的宏观图。由图可见，采取冻干方法得到的微纳米凹凸棒石粉体在基础油中的分散性良好。

2、锂皂的制备：

将14.25g的12-羟基硬脂酸(80％)与3.75g硬脂酸(95％)加入400mL去离子水中，磁力搅拌的同时水浴加热至溶液温度为82±1℃，待固体完全溶解后，缓慢加入预热至85±1℃的2.0wt.％氢氧化锂溶液100mL，控制反应温度在(90±2)℃，并以400r/min的速度不停搅拌，反应时间约2h。反应完毕后将产物放入烘箱中加热至108±2℃烘干4h得到锂皂。

3、润滑脂的制备：

将1.8g矿物油500SN与7.2g甲基苯基硅油KF-54混合均匀，加入1g步骤2制备的锂皂，磁力搅拌速度为400r/min，待反应物混合均匀后保持温度在205±2℃保温10min，取出反应产物快速冷却制得润滑脂。

在坩埚中涂抹10g不含添加剂润滑脂，将坩埚分别放入温度为100℃、200℃、300℃的马弗炉中保温2h，记录加热前后涂抹润滑脂的质量变化，通过计算润滑脂的蒸发率来判断润滑脂在高温下的热稳定性。每组温度对应3个平行试样，所得锂基润滑随温度变化蒸发率柱状图如图2所示。

在此种配方条件下润滑脂为乳白色，表面光滑均匀，有光泽。采用SH/T 0204-1992《润滑脂抗磨性能测定法(四球机法)》的规定进行抗磨性能测试，试验钢球材料为铬合金轴承钢GCr15，钢球直径12.7mm，洛氏硬度HRC64-66，试验时四球机主轴转速1200r/min，负荷196N，时间60min，试验温度75℃，所得平均磨斑直径为0.67mm，平均摩擦系数为0.168，所得四球试验后试样表面磨斑形貌如图3(a)所示。

实施例二

1、微纳米凹凸棒石的改性：

称取5g微纳米凹凸棒石粉体加入100mL去离子水磁力搅拌形成分散均匀悬浊液，将占微纳米凹凸棒石质量12％即0.6g的硅烷偶联剂KH550与90mL去离子水混合搅拌后加入微纳米凹凸棒石悬浊液中混合均匀后，将混合均匀的溶液采用500mL液氮进行急冷，得到冷冻固体改性微纳米凹凸棒石分散均匀悬浊液。其中搅拌强度均为500r/min。真空冷冻干燥箱提前预冷30min，将预冻干分散均匀悬浊液固体放入真空冷冻干燥箱再预冷30min后开始冻干改性好的微纳米凹凸棒石，得到改性微纳米凹凸棒石粉体。冻干条件是真空度为30Pa，温度为-40±1℃。

2、锂皂的制备：

将14.25g的12-羟基硬脂酸(80％)与4.00g硬脂酸(95％)加入400mL去离子水中，磁力搅拌的同时水浴加热至溶液温度为82±1℃，待固体完全溶解后，缓慢加入预热至85±1℃的2.1wt.％氢氧化锂溶液100mL，控制反应温度在(90±2)℃，并以500r/min的速度不停搅拌，反应时间约2h。反应完毕后将产物放入烘箱中加热至108±2℃烘干4h得到锂皂。

3、润滑脂的制备：

将1.66g矿物油500SN与6.64g甲基苯基硅油KF-54混合均匀，加入1.5g步骤2制备的锂皂以及0.2g步骤1制备的改性微纳米凹凸棒石添加剂，磁力搅拌速度为400r/min，待反应物混合均匀后保持温度在205±2℃保温10min，取出反应产物快速冷却制得润滑脂。

在此种配方条件下润滑脂为淡黄色，表面光滑均匀，有光泽。采用SH/T 0204-1992《润滑脂抗磨性能测定法(四球机法)》的规定进行抗磨性能测试，试验钢球材料为铬合金轴承钢GCr15，钢球直径12.7mm，洛氏硬度HRC64-66，试验时四球机主轴转速1200r/min，负荷196N，时间60min，试验温度75℃，所得平均磨斑直径为0.679mm，平均摩擦系数为0.159，所得四球试验后试样表面磨斑形貌如图3(b)所示。

实施例三

1、微纳米凹凸棒石的改性：

称取5g微纳米凹凸棒石粉体加入100mL去离子水磁力搅拌形成分散均匀悬浊液，将占微纳米凹凸棒石质量15％即0.75g的硅烷偶联剂KH550与125mL去离子水混合搅拌后加入微纳米凹凸棒石悬浊液中混合均匀后，将混合均匀的溶液采用500mL液氮进行急冷，得到冷冻固体改性微纳米凹凸棒石分散均匀悬浊液。其中搅拌强度均为500r/min。真空冷冻干燥箱提前预冷30min，将预冻干分散均匀悬浊液固体放入真空冷冻干燥箱再预冷30min后开始冻干改性好的微纳米凹凸棒石，得到改性微纳米凹凸棒石粉体。冻干条件是真空度为40Pa，温度为-35±1℃。

2、锂皂的制备：

将14.25g的12-羟基硬脂酸(80％)与4.80g硬脂酸(95％)加入400mL去离子水中，磁力搅拌的同时水浴加热至溶液温度为82±1℃，待固体完全溶解后，缓慢加入预热至85±1℃的2.3wt.％氢氧化锂溶液100mL，控制反应温度在(90±2)℃，并以600r/min的速度不停搅拌，反应时间约2h。反应完毕后将产物放入烘箱中加热至108±2℃烘干4h得到锂皂。

3、润滑脂的制备：

将4.15g矿物油500SN与4.15g甲基苯基硅油KF-54混合均匀，加入1.5g步骤2制备的锂皂、0.16g步骤1改性微纳米凹凸棒石以及0.04g纳米铜粉，磁力搅拌速度为600r/min，待反应物混合均匀后保持温度在205±2℃保温10min，取出反应产物快速冷却制得润滑脂。

在此种配方条件下润滑脂为淡黄色，表面光滑均匀，有光泽。采用SH/T 0204-1992《润滑脂抗磨性能测定法(四球机法)》的规定进行抗磨性能测试，试验钢球材料为铬合金轴承钢GCr15，钢球直径12.7mm，洛氏硬度HRC64-66，试验时四球机主轴转速1200r/min，负荷196N，时间60min，试验温度75℃，所得平均磨斑直径为0.582mm，平均摩擦系数为0.148，所得四球试验后试样表面磨斑形貌如图3(c)所示。

实施例四

1、微纳米凹凸棒石的改性：

称取5g微纳米凹凸棒石粉体加入100mL去离子水磁力搅拌形成分散均匀悬浊液，将占微纳米凹凸棒石质量10％即0.5g的硅烷偶联剂KH550与60mL去离子水混合搅拌后加入微纳米凹凸棒石悬浊液中混合均匀后，将混合均匀的溶液采用500mL液氮进行急冷，得到冷冻固体改性微纳米凹凸棒石分散均匀悬浊液。其中搅拌强度均为500r/min。真空冷冻干燥箱提前预冷30min，将预冻干分散均匀悬浊液固体放入真空冷冻干燥箱再预冷30min后开始冻干改性好的微纳米凹凸棒石，得到改性微纳米凹凸棒石粉体。冻干条件是真空度为40Pa，温度为-35±1℃。

2、锂皂的制备：

将14.25g的12-羟基硬脂酸(80％)与3.75g硬脂酸(95％)加入400mL去离子水中，磁力搅拌的同时水浴加热至溶液温度为82±1℃，待固体完全溶解后，缓慢加入预热至85±1℃的2.2wt.％氢氧化锂溶液100mL，控制反应温度在(90±2)℃，并以600r/min的速度不停搅拌，反应时间约2h。反应完毕后将产物放入烘箱中加热至108±2℃烘干4h得到锂皂。

3、润滑脂的制备：

将1.66g矿物油500SN与6.64g甲基苯基硅油KF-54混合均匀，加入步骤2制备的锂皂1.5g、0.1g步骤1改性微纳米凹凸棒石以及0.1g纳米铜粉，磁力搅拌速度为400r/min，待反应物混合均匀后保持温度在205±2℃保温10min，取出反应产物快速冷却制得润滑脂。

在此种配方条件下润滑脂为淡黄色，表面光滑均匀，有光泽。采用SH/T 0204-1992《润滑脂抗磨性能测定法(四球机法)》的规定进行抗磨性能测试，试验钢球材料为铬合金轴承钢GCr15，钢球直径12.7mm，洛氏硬度HRC64-66，试验时四球机主轴转速1200r/min，负荷196N，时间60min，试验温度75℃，所得平均磨斑直径为0.671mm，平均摩擦系数为0.153，所得四球试验后试样表面磨斑形貌如图3(d)所示。