润滑油改性助剂及其制备方法与应用

文档序号：998431 发布日期：2020-10-23 浏览：32次 >En<

阅读说明：本技术 润滑油改性助剂及其制备方法与应用 (Lubricating oil modification auxiliary agent and preparation method and application thereof ) 是由何亮谢盛辉刘栋材肖春林廖相于 2020-06-08 设计创作，主要内容包括：本申请提供了一种润滑油改性助剂,所述润滑油改性助剂包括以氟化膨胀石墨为担体,以及吸附在所述担体表面的永磁材料颗粒,所述润滑油改性助剂为蠕虫状。该润滑油改性助剂摩擦系数低、润滑效果好、吸附能力强有助于润滑油的改性处理,提高润滑油在低温条件下的润滑性能,从而杜绝了低温及常温下因为启动冲击而造成的共振啸叫的问题。(The application provides a lubricating oil modification auxiliary agent, which comprises expanded graphite fluoride serving as a supporter and permanent magnet material particles adsorbed on the surface of the supporter, wherein the lubricating oil modification auxiliary agent is vermiform. The lubricating oil modification auxiliary agent has low friction coefficient, good lubricating effect and strong adsorption capacity, is beneficial to modification treatment of lubricating oil, and improves the lubricating performance of the lubricating oil under the low-temperature condition, thereby avoiding the problem of resonance squeal caused by starting impact at low temperature and normal temperature.)

润滑油改性助剂及其制备方法与应用

技术领域

本申请属于润滑油技术领域，尤其涉及一种润滑油改性助剂及其制备方法，以及一种改性润滑油。

背景技术

对当前的汽车产业而言，电子驻车系统(EPB)等配套的小电机，一般在非力矩输出端会采用粉末冶金轴承的设计。粉末冶金轴承是一种多孔材料，汽车小电机的负载及转速等决定了其多为Cu-Zn体系，其可以利用毛细管作用在真空条件下将润滑油吸入，在工作过程中再通过泵吸及热膨胀作用释放出来形成润滑膜。基于安全考虑，当前汽车主流选用化学性能稳定、润滑综合性能优越的全氟聚醚作为粉末冶金轴承的润滑油，基本很少选用烷烃类、酯类等常规种类的润滑油。

基于安全及舒适性的要求，一般汽车电机行业的温度要求是在-40-120℃的较大温度范围内符合相关的性能及噪音要求。但是，由于润滑油属于液态聚合物，其黏度随着温度下降而快速升高，流动性明显变差，导致电机在低温下的启动阶段因为缺乏有效的润滑而产生干摩擦，产生明显的启动异音，甚至可能激励出电机整体的共振，造成啸叫的异常声音。

由于汽车行业的特殊性，大部分多孔粉末冶金轴承会选用全氟聚醚作为润滑油，全氟聚醚(PFPE)是一种新型的氟素合成油，是在烃类基础上，以极强的C-F键取代了原有烃中的C-H键，与原有的C-O及C-C强共价键并存。同时，F原子极强的电负性造成了F-C键的强极性，共用电子对偏向F原子，使得F原子带有多余的负电荷，形成负电荷保护层，从而具有极低的表面张力及非常好的化学稳定性，是一种润滑性好、可靠性高的润滑材料，常用于一些苛刻条件下的润滑介质。但由于全氟聚醚极强的C-F键，造成其对常规的二硫化钼、石墨等固体润滑添加剂具有强烈的排斥作用，导致全氟聚醚润滑油在低温条件下润滑性差而造成轴承出现干摩擦且出现共振啸叫，润滑性能差。

发明内容

本申请的目的在于提供一种润滑油改性助剂及其制备方法，旨在解决现有技术中全氟聚醚润滑油在低温条件下润滑性差的问题。

为实现上述申请目的，本申请采用的技术方案如下：

第一方面，本申请提供一种润滑油改性助剂，所述润滑油改性助剂包括以氟化膨胀石墨为担体，以及吸附在所述担体表面的永磁材料颗粒，所述润滑油改性助剂为蠕虫状。

第二方面，本申请提供一种润滑油改性助剂的制备方法，包括如下步骤：

提供氟化膨胀石墨；

将所述氟化膨胀石墨与永磁材料颗粒混合得到第一混合物，将所述第一混合物进行球磨处理、充磁处理，得到所述润滑油改性助剂。

第三方面，本申请提供一种改性润滑油，所述改性润滑油以全氟聚醚润滑油为基础油，以润滑油改性助剂为添加剂；其中，所述润滑油改性助剂为所述的润滑油改性助剂或由所述的润滑油改性助剂的制备方法制备得到。

本申请第一方面提供的润滑油改性助剂，该润滑油改性助剂以氟化膨胀石墨作为担体，一方面，氟化膨胀石墨的外层电子结构为极性非常强的C-F键，与润滑油的相容性好，混合后可以形成稳定的改性混合物；另一方面，氟化膨胀石墨的层间结合能较低、摩擦系数低、具有良好的自润滑特性，且具有高比表面积，能够吸附液体润滑油进一步降低润滑油的摩擦系数，提高其稳定性并降低噪音；此外，还包括吸附了永磁材料颗粒，永磁材料颗粒使润滑油改性助剂能够吸附于轴承与转轴之间，降低了摩擦强度；所得到的润滑油改性助剂为蠕虫状，比表面高、结构松散、柔软性和可塑性较高，在使用过程中吸附能力强且吸附效果好，有助于润滑油的改性处理，提高润滑油在低温条件下的润滑性能，从而杜绝了低温及常温下因为启动冲击而造成的共振啸叫的问题。

本申请第二方面提供的润滑油改性助剂的制备方法，该制备方法以氟化膨胀石墨为原材料，再与永磁材料颗粒混合及后处理；该制备方法操作简单方便、无需复杂设备、有利于广泛使用。

本申请第三方面提供的一种改性润滑油，所述改性润滑油以全氟聚醚润滑油为基础油，以润滑油改性助剂为添加剂；由于所述润滑油改性助剂具有较高的润滑性、摩擦系数较低、吸附效果较好，通过该改性助剂改性得到的改性润滑油的润滑性能提高，从而杜绝了低温及常温下因为启动冲击而造成的共振啸叫的问题。

具体实施方式

为了使本申请要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

本申请中，术语“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B的情况。其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

本申请中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，“a,b,或c中的至少一项(个)”，或，“a,b,和c中的至少一项(个)”，均可以表示：a,b,c,a-b(即a和b),a-c,b-c,或a-b-c，其中a,b,c分别可以是单个，也可以是多个。

应理解，在本申请的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，部分或全部步骤可以并行执行或先后执行，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。

在本申请实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。

本申请实施例说明书中所提到的相关成分的重量不仅仅可以指代各组分的具体含量，也可以表示各组分间重量的比例关系，因此，只要是按照本申请实施例说明书相关组分的含量按比例放大或缩小均在本申请实施例说明书公开的范围之内。具体地，本申请实施例说明书中的质量可以是μg、mg、g、kg等化工领域公知的质量单位。

术语“第一“、“第二”仅用于描述目的，用来将目的如物质彼此区分开，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。例如，在不脱离本申请实施例范围的情况下，第一XX也可以被称为第二XX，类似地，第二XX也可以被称为第一XX。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

本申请实施例第一方面提供一种润滑油改性助剂，润滑油改性助剂包括以氟化膨胀石墨为担体，以及吸附在担体表面的永磁材料颗粒，润滑油改性助剂为蠕虫状。

本申请提供的润滑油改性助剂，以氟化膨胀石墨作为担体，能与润滑油较好地相容混合，且摩擦系数低、自润滑性较高，能够进一步降低润滑油的摩擦系数，提高其稳定性并降低噪音；吸附的永磁材料颗粒具有永久磁性，使润滑油改性助剂能够吸附于轴承与转轴之间，降低了摩擦强度；且得到的润滑油改性助剂为蠕虫状，比表面高、结构松散、柔软性和可塑性较高，在使用过程中吸附能力强且吸附效果好，有助于润滑油的改性处理，提高润滑油在低温条件下的润滑性能，从而杜绝了低温及常温下因为启动冲击而造成的共振啸叫的问题。

具体的，润滑油改性助剂以氟化膨胀石墨为担体，氟化膨胀石墨指氟进入到膨胀石墨的石墨层间，并与碳原子结合形成极性较强的C-F键。一方面，氟化膨胀石墨与润滑油中常用的全氟聚醚材料的外层电子结构类似，均为极性非常强的C-F键，相容性好，能够与润滑油形成稳定的改性混合物；另一方面，氟化膨胀石墨的层间结合能较低，结合能仅为2kcal/mol，远低于石墨的6kcal/mol，同时摩擦系数低、具有良好的自润滑特性，且具有高比表面积，能够吸附液体润滑油并进一步降低润滑油的摩擦系数，提高其稳定性并降低噪音。

优选的，氟化膨胀石墨的膨胀体积为200～300mL/g，控制氟化膨胀石墨的膨胀体积，有利于保证永磁材料颗粒的吸附量，进而提高润滑油改性助剂改性后的润滑油与轴承的吸附能力，降低改性后的润滑油的摩擦性。

具体的，润滑油改性助剂包括吸附在担体表面的永磁材料颗粒。优选的，所述永磁材料选自四氧化三铁颗粒，四氧化三铁(Fe₃O₄)中含有Fe²⁺和Fe³⁺，Fe²⁺与Fe³⁺在八面***置上基本上是无序排列的，电子可在铁的两种氧化态之间迅速发生转移，所以四氧化三铁固体经过充磁处理后，能够被永久磁化，具有永久磁性；具有永久磁性的颗粒负载在氟化膨胀石墨的层间，负载牢固、不易脱落且分散均匀；能够均匀分散于润滑油中，对润滑油起到改性作用。在使用过程中，带磁性的Fe₃O₄粉末会将氟化膨胀石墨吸附在转轴的固定区域，避免氟化膨胀石墨的流失及飘失，有效延长其润滑寿命。

优选的，四氧化三铁颗粒的粒径大小为400～600目；控制四氧化三铁颗粒的粒径大小，保证四氧化三铁能够较好地吸附在氟化膨胀石墨的层间，保证四氧化三铁吸附力强、分散性高；同时控制粒径大小适中，保证在使用过程中不会形成刚性支撑，保证摩擦性能较低，提高噪音改善效果。

优选的，氟化膨胀石墨担体与永磁材料颗粒的质量比为(5～8)：1；控制氟化膨胀石墨担体与永磁材料的质量比，保证永磁材料颗粒的添加量适中，能够较好地保证其磁性，保证改性后的润滑油的吸附能力较高；同时使永磁材料颗粒分散均匀，不易发生团聚，保证摩擦性能较低。

具体的，润滑油改性助剂为蠕虫状，其比表面高，结构松散，蠕虫状的润滑油改性助剂之间可自行嵌合，增加了其柔软性和可塑性，可在轴与轴承间快速形成一层柔软的固定润滑膜，在使用过程中吸附能力强且吸附效果好，有助于润滑油的改性处理，提高润滑油在低温条件下的润滑性能，从而杜绝了低温及常温下因为启动冲击而造成的共振啸叫的问题。

本申请实施例第二方面提供一种润滑油改性助剂的制备方法，包括如下步骤：

S01.提供氟化膨胀石墨；

S02.将氟化膨胀石墨与永磁材料颗粒混合得到第一混合物，将第一混合物进行球磨处理、充磁处理，得到润滑油改性助剂。

该制备方法以膨胀石墨为原材料，将膨胀石墨进行氟化处理；再与永磁材料颗粒混合及后处理；该制备方法操作简单方便、无需复杂设备、有利于广泛使用。

具体的，在上述步骤S01中，提供膨胀石墨，膨胀石墨的制备方法包括：以石墨为原材料，可选自化学插层法、电化学法、气相扩散法等任一方法进行制备得到。

在本发明具体实施例中，膨胀石墨采用化学插层法进行制备得到；具体的制备方法包括如下步骤：

S011.混合鳞片石墨、H₂SO₄和KMnO₄，于100℃的水热温度下反应1小时得到第一混合物，其中，鳞片石墨、H₂SO₄和KMnO₄的质量比为1：5：3；

S012.在第一混合物中加入H₂O₂，于100℃的水热温度下反应5小时，得到第二混合物，其中，鳞片石墨和H₂O₂的质量比为1：7；

S013.将第二混合物进行烘干处理后，于800-1000℃进行膨化处理30～60秒，得到膨胀石墨。

在上述步骤S011中，优选的，高锰酸钾与硫酸均为氧化剂，用于增大石墨层间间距，降低插层反应势垒，通过控制二者的添加量，进一步保证得到的混合物氧化性较强，有利于进行反应。

进一步优选的，混合鳞片石墨、H₂SO₄和KMnO₄，于100℃的水热温度下反应1小时得到第一混合物，该反应过程主要是为了增大石墨层间的间距，为后续的插层剂进入而降低反应势垒。

在上述步骤S012中，提供的H₂O₂为插层剂，添加插层剂于100℃的水热温度下反应5小时，能够使插层剂快速分解，使得石墨沿C轴方向膨胀生成膨胀石墨。

进一步，提供N₂和F₂的混合气氛，将膨胀石墨进行氟化处理，得到氟化膨胀石墨。优选的，N₂和F₂的气体体积为1：(3～5)，持续通入流动的混合气体，保证反应过程中无其他杂质气体存在进而影响反应过程。

优选的，将膨胀石墨进行氟化处理的方法包括将膨胀石墨于300-500℃的条件下反应12～14小时。控制反应温度为300～500℃，保证氟化反应的反应驱动力较高，保证氟化程度完全，且在该反应温度下进行反应，危险指数较低且反应效果较佳。控制反应时间为12～14小时，保证氟化程度完全，使得到的产品润滑效果较佳。

在本发明优选实施例中，控制N₂和F₂的气体体积为1：3的混合气氛，将膨胀石墨于300-500℃的条件下反应12小时进行氟化处理，得到氟化膨胀石墨；所得到的氟化膨胀石墨的氟碳比为330.6～1.0。

在上述步骤S02中，将氟化膨胀石墨与永磁材料颗粒混合得到第一混合物，优选的，氟化膨胀石墨担体与永磁材料颗粒的质量比为(5～8)：1；控制氟化膨胀石墨担体与永磁材料颗粒的质量比，保证永磁材料颗粒的添加量适中，能够较好地保证其磁性，提高改性后的润滑油的吸附能力；同时使永磁材料颗粒分散均匀，不易发生团聚，保证摩擦性能较低。

在本发明优选实施例中，所述永磁材料选自四氧化三铁颗粒。

进一步，将第一混合物进行球磨处理，进行球磨处理，主要使通过磨球的机械能量，将永磁材料颗粒压入氟化膨胀石墨内部，使永磁材料颗粒吸附于氟化膨胀石墨的石墨层间之内。

优选的，球磨处理的方法包括：提供磨球与第一混合物混合，于1000～2000r/min的球磨处理频率的条件下反应0.5～1h；其中，磨球与第一混合物的质量比为1：(1～1.2)。控制球磨处理的频率及反应时间，保证氟化膨胀石墨担体不会因为球磨处理而导致机械剪切，能够保持担体的完整性，同时保证永磁材料颗粒均匀负载于氟化膨胀石墨的石墨层间。

在本发明优选实施例中，磨球选自氧化锆磨球，且磨球与第一混合物的质量比为1：1；控制磨球与第一混合物的质量比，可保证球磨效果较佳，使永磁材料颗粒能够均匀分散。

进一步的，第一混合物进行球磨处理后，再进行充磁处理得到润滑油改性助剂，充磁处理的目的是使永磁材料颗粒带上永久磁性，以达到吸附效果。在本发明优选实施中，进行充磁处理的方法包括：将内嵌有永磁材料颗粒的氟化膨胀石墨装入塑料容器内并密封好，置于空心螺旋线圈内，通入不低于1000KA/m的脉冲磁场，使得永磁材料颗粒进行充磁而具有磁性。

本申请实施例第三方面提供一种改性润滑油，改性润滑油以全氟聚醚润滑油为基础油，以润滑油改性助剂为添加剂；其中，润滑油改性助剂为的润滑油改性助剂或由的润滑油改性助剂的制备方法制备得到。

本申请提供的一种改性润滑油，改性润滑油以全氟聚醚润滑油为基础油，以润滑油改性助剂为添加剂；由于润滑油改性助剂具有较高的润滑性、摩擦系数较低、吸附效果较好，通过该改性助剂改性得到的改性润滑油的润滑性能提高，从而杜绝了低温及常温下因为启动冲击而造成的共振啸叫的问题。

优选的，以改性润滑油的总重量为100％计，润滑油改性助剂的重量百分含量为0.1％-3％；控制润滑油的改性助剂的添加量适中，保证在不影响润滑油的性能的前提下，能够对润滑油起到改善效果，提高润滑油的润滑性、吸附性、降低润滑油的摩擦系数。

在本发明优选实施例中，改性润滑油的制备方法包括如下步骤：混合全氟聚醚润滑油以及润滑油改性助剂，进行磁力搅拌1～1.2小时；再置于密封容器内并抽真空至-80KPa以下的真空度，保持1～2小时，保证润滑油改性助剂与全氟聚醚润滑油混合均匀。

在一些实施例中，改性润滑油广泛应用于粉末冶金轴承的前处理中。

优选的，使用改性润滑油按照常规的生产工艺完成粉末冶金轴承的真空浸油处理，包括如下步骤：混合粉末冶金轴承和改性润滑油，抽真空-80KPa以下的真空度，保持0.5-1小时，以确保改性润滑油能进入多孔粉末冶金轴承的毛细孔内，完成真空浸油的过程。

进一步，按照常规的工艺完成后续的电机装配、检测过程。具体的，将粉末冶金轴承放置于电机外壳的固定位置，利用压片等进行固定，再进入装轴等流程，最终完成电机的组装及测试。

采用本发明的润滑油改性助剂改性得到的改性润滑油对粉末冶金轴承进行处理，有以下几个有益效果：第一，由于润滑油改性助剂为蠕虫状，使改性润滑油的柔软性、可塑性和吸附性均提高，由于其尺寸的维度高于粉末冶金轴承的毛细孔而较好地吸附在轴承表面，装配完毕后能在电机通电初检阶段便能自行根据轴与轴承间的形貌、公差等快速调整及形变，在轴与轴承间快速形成一层柔软的固定润滑膜，可以使得电机在低温启动阶段也能避免干摩擦，从而杜绝了启动阶段产生的瞬间共振激励源，彻底解决当前电机的低温啸叫问题；第二，润滑油改性助剂地添加，利用了氟化膨胀石墨具有的高比表面特性，在真空辅助下使得其吸附有液体全氟聚醚润滑油，大大降低了改性润滑油的摩擦系数，这有助于改善电机在低温转动期间的稳定性，使得综合噪音可以降低3-5dB,从而大幅改善电机的低温及常温的综合噪音水平，提升使用者的舒适感；第三，由于润滑油改性助剂包括永磁材料颗粒，永磁材料颗粒经过充磁后具有一定的磁性，而电机轴的材质一般是中碳钢拉伸棒或者马氏体型不锈钢加工轴，均属于高磁导率的材质。电机装配后，带磁性的永磁材料颗粒会将氟化膨胀石墨逐渐的富集在轴上，在电机的基本性能测试过程中更加容易在粉末冶金轴承与转轴之间形成摩擦系数非常低的固体润滑薄膜，避免了启动阶段由于毛细孔内的全氟聚醚润滑油尚未渗出而出现干摩擦，从而杜绝了低温及常温下因为启动冲击而造成的共振啸叫，此外，带磁性的永磁材料颗粒会将氟化膨胀石墨吸附在转轴的固定区域，避免氟化膨胀石墨的流失及飘失，有效延长其润滑寿命及效果。

下面结合具体实施例进行说明。

实施例1

一种润滑油改性助剂及其制备方法

润滑油改性助剂包括以氟化膨胀石墨为担体，以及吸附在担体表面的永磁材料颗粒，润滑油改性助剂为蠕虫状；其中，永磁材料颗粒选自四氧化三铁颗粒，且氟化膨胀石墨担体与四氧化三铁颗粒的质量比为5：1；四氧化三铁颗粒的粒径大小为400目。

润滑油改性助剂的制备方法：

提供体积比为3：1的N₂和F₂的混合气氛，将膨胀石墨于300℃的条件下反应12小时进行氟化处理，得到氟化膨胀石墨；

将氟化膨胀石墨与四氧化三铁颗粒混合得到第一混合物，提供磨球与第一混合物混合，于1000～2000r/min的球磨处理频率的条件下反应0.5～1h进行球磨处理，其中，磨球与第一混合物的质量比为1：1；

将内嵌有Fe₃O₄粉末的氟化膨胀石墨装入塑料容器内并密封好，置于空心螺旋线圈内，通入不低于1000KA/m的脉冲磁场进行充磁处理，得到润滑油改性助剂。

实施例2

一种润滑油改性助剂及其制备方法

润滑油改性助剂包括以氟化膨胀石墨为担体，以及吸附在担体表面的永磁材料颗粒，润滑油改性助剂为蠕虫状；其中，永磁材料颗粒选自四氧化三铁颗粒，且氟化膨胀石墨担体与四氧化三铁颗粒的质量比为6：1；四氧化三铁颗粒的粒径大小为500目。

润滑油改性助剂的制备方法：

提供体积比为3：1的N₂和F₂的混合气氛，将膨胀石墨于400℃的条件下反应12小时进行氟化处理，得到氟化膨胀石墨；

将氟化膨胀石墨与四氧化三铁颗粒混合得到第一混合物，提供磨球与第一混合物混合，于1500r/min的球磨处理频率的条件下反应0.8h进行球磨处理，其中，磨球与第一混合物的质量比为1：1.1；

实施例3

一种润滑油改性助剂及其制备方法

润滑油改性助剂包括以氟化膨胀石墨为担体，以及吸附在担体表面的永磁材料颗粒，润滑油改性助剂为蠕虫状；其中，永磁材料颗粒选自四氧化三铁颗粒，且氟化膨胀石墨担体与四氧化三铁颗粒的质量比为8：1；四氧化三铁颗粒的粒径大小为600目。

润滑油改性助剂的制备方法：

提供体积比为3：1的N₂和F₂的混合气氛，将膨胀石墨于500℃的条件下反应12小时进行氟化处理，得到氟化膨胀石墨；

将氟化膨胀石墨与四氧化三铁颗粒混合得到第一混合物，提供磨球与第一混合物混合，于1000～2000r/min的球磨处理频率的条件下反应0.5～1h进行球磨处理，其中，磨球与第一混合物的质量比为1：1.2；

实施例4

改性润滑油及其应用

改性润滑油以全氟聚醚润滑油为基础油，以实施例1制备得到的润滑油改性助剂为添加剂混合得到，其中，以改性润滑油的总重量为100％计，润滑油改性助剂的重量百分含量为0.5％。

将实施例4制备得到的改性润滑油，应用于粉末冶金轴承的前处理中，使用改性润滑油按照常规的生产工艺完成粉末冶金轴承的真空浸油处理，包括如下步骤：混合粉末冶金轴承和改性润滑油，抽真空-80KPa以下的真空度，保持0.5-1小时，以确保改性润滑油能进入多孔粉末冶金轴承的毛细孔内，完成真空浸油的过程。