专利名称：亚微米铜基磨合修复剂及其用途的制作方法
技术领域：
本方面发明涉及一种机械磨合修复剂，特别涉及一种亚微米铜基磨合修复剂，本 发明还涉及该亚微米铜基磨合修复剂在机械磨合修复中应用，特别是在发动机磨合修复中 的应用。
背景技术：
据统计，目前发动机与机械运转时摩擦消耗的能源占了世界一次性石化能源消费 的50%左右，从材料与技术上解决摩擦导致的能源无谓消耗，就成了节能减排与发展低碳 经济的攻关重点。润滑油是目前为止能够为市场与广大客户所能接受的最好的减磨与润滑材料，但 润滑油只能减少与延缓发动机磨损，只具有减磨与润滑作用，而没有修复作用，不能改变发 动机逐步磨损报废的趋势。在摩擦经济研究领域，有人做过经济投入与效益产出的分析，一 旦在摩擦润滑与机械修复产业方面形成实质性突破，付诸产业化与实际应用后的经济投入 与收益比将是1 30 70。因此，最近二十年来，国内外很多大企业(包括石化能源产业 巨头)与著名科研院所，都投入了巨大资金与力量，将最新的科研成果向这个领域转化延 伸，以期占领节能减排与发展低碳经济的制高点，并获得巨大经济回报，因此最近市场上不 断有各种抗磨、磨合、修复与润滑节能新材料问世。然而这些节能新材料大部分属于油性抗磨、抗极压材料，且多以润滑添加剂的形 态出现。由于这种添加剂不能完全适应发动机高温摩擦环境，高温会导致机油粘度下降与 材料结构分解，分解产物容易粘附在发动机表面，导致发动机摩擦阻力增加且清洗困难；部 分高分子超微细填充材料低温下效果还好，但在高温下也会变软影响使用；无机盐类抗极 压材料氯离子/硫酸根/硼酸盐/钼酸盐等有一定的抗磨效果，但因填充修复量太少，经 济性不高、实用价值不大；纳米陶瓷材料有一定的填充效果，但无法与金属摩擦面有效结合 也无修复作用，且大部分陶瓷颗粒太硬会损伤发动机摩擦金属面。高化学稳定的软质金属金、银、铅、铜比较适合这种摩擦环境，除了金、银材料贵、 铅有毒外，其粒子与润滑油搭配使用时必须穿过机油滤芯的孔径，因此这些金属颗粒必须 小于5微米，否则会堵塞油路，导致发动机供油不畅而遭损坏，而目前由于技术限制，工业 化铜粉生产技术达不到这个细度，美国一个最好的著名品牌铜粉修复剂产品最细只能到达 8微米，主要用于军事装备，同时发动机间隙增加而导致油耗明显上升。目前也有少量纳米铜粉用于高档专用润滑油的抗磨与修复，在散热与膜层修复方 面较传统二硫化钼、铅粉具有很好的效果，对改善轴承润滑与稳定动力输出等方面得到了 专家们的认可。但是由于纳米级铜粉太细，浓度增加到一定程度后自摩擦阻力大，与金属摩 擦面的粗糙度不匹配，填充修复效果因颗粒太细受到较大影响，特别是纳米铜粉抗氧化能 力不够，易氧化为氧化铜，使用时间太长会对发动机造成一定损害，另外纯纳米铜粉由于易 氧化导致保存困难、粒子太细收得率低，生产原料有毒、还原后再处理困难，这些因素导致 纳米铜粉的生产成本很高，加上产量低，无法大量满足市场需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种兼有磨合和修复功能且效果稳定可靠的亚微米铜基磨 合修复剂，本发明的目的还在于提供了亚微米铜基磨合修复剂在基础磨合修复中的用途， 特别是在发动机磨合修复中的用途。该亚微米铜基磨合修复剂是按下述方法制备的(1)、将亚微米铜粉加去离子水配成120 180g/L浓度的浆料，静置90 120秒 后取上面的浆料，用悬液分离法和过滤筛分法分离去除亚微米铜粉中大的铜粉粒子，使粒 子大小是0. 1 3. 0微米；(2)、采用真空抽滤法，用去离子水反复洗涤分离浆料中的可溶性盐分，用50g/L 浓度的氯化钡溶液检查直到无硫酸根离子为止；(3)、将步骤(2)所得滤饼用无水乙醇打浆并真空抽滤，洗涤置换其中所含水分， 使滤饼中水分含量低于1. 0% ；(4)、再次将滤饼用无水乙醇打浆，控制铜粉浓度15 245g/L ；(5)、搅拌状态下，保持浆料温度低于35°C，进行亚微米铜粉的油溶性表面处理，补 加操作过程中挥发的无水乙醇，保持液位，熟化时间60 90分钟；(6)、将步骤(5)所得浆料再次真空抽滤，滤饼为油溶性铜粉，备用；(7)、在敞口反应罐中加入聚a-烯烃油类合成润滑油基础油，再加入步骤(6)所 得的油溶性铜粉，用高速搅拌机分散均勻，调整浆料比重0. 86 0. 95 ；(8)按照步骤(7)所得浆料总体积的0.5 3.5%比例加入铜粉专用抗氧化剂，搅 拌熟化10 50分钟，称量包装即可。其中经步骤(1)所用的微米铜粉可以采用常规技术制备，经处理后的铜粉粒子的 大小是0. 1 3. 0微米，最好是0. 5 1. 5微米。步骤(4)所述加入无水乙醇打浆的量是普通技术人员根据具体情况可以自行调 整的。步骤(5)经过普通的搅拌混勻即可，不能用高速搅拌机搅拌，温度在35°C之内，是 为了尽量减少乙醇的挥发。进行油溶性处理是本领域普通技术人员能够实现的，包括处理 时所用的试剂、含量、浓度都是可以自行调整控制的。
0020]步骤(7)所加入聚a -烯烃油类合成润滑油的基础油量，依据分散均勻后调节浆 料比重达到0. 86 0. 95的需求而定。步骤(8)所用的铜粉专用抗氧化剂以抗氧化为主，兼有热稳定等其它功效，可以 选自上海亚荔公司生产的KemallAT-449DX、广东金昊化工有限公司生产的JH-9000B。本发明将0. 1 3. 0微米粒径范围的亚微米铜粉用作发动机磨合修复基础材料制 成一种亚微米铜基磨合修复剂，使用量是发动机原来使用的润滑油体积的1. 0 10%两者 搭配混合使用，利用其中亚微米铜粉与金属摩擦面粗糙度(0. 508 25. 4微米)相匹配的 特性，以及亚微米铜粉高活性特点，在机械运转过程中摩擦产生的高温、高压环境下，逐步 完成金属摩擦面的填充修复、形成金属表面软质铜合金保护层，加上亚微米铜粉在润滑油 膜中的滚珠与垫片作用，可以明显减少发动机金属摩擦面的间隙(正常在10 20微米)， 提高发动机压缩比、增加动力输出，减少摩擦阻力。本发明较传统纳米铜粉及其它各种油性添加剂、高分子树脂颗粒、纳米陶瓷材料等能够更好地解决机械运转时摩擦部件(比如发 动机)金属摩擦面的磨合、修复与润滑问题，体现在能逐步恢复并提高旧车发动机的功率、 扭矩与动力输出，减少油耗，大大延长发动机使用寿命，保护新车发动机磨合期间的安全 性，减少磨损、提高磨合质量。还可应用于轮船、摩托车等的发动机的磨合修复。特别提出的是，本发明的亚微米铜基磨合修复剂不能称为润滑油的添加剂，相反， 发动机润滑油是该亚微米铜基磨合修复剂的稀释材料与分散介质，在搭配使用过程中两者 共同完成减磨、磨合、修复、润滑作用，保护发动机与压缩机、齿轮机等各种设备的传动部 件，提高动力输出、减少摩擦阻力，延长润滑油的使用寿命，推动节能减排与低碳经济发展。 本发明除了对各种新旧发动机具有磨合修复作用外，同时适合所有添加润滑油进行润滑保 护的各种运转机械的摩擦修复，所以可作为一种通用机械磨合修复材料。在磨合修复原理方面，本发明采用超细亚微米铜粉作为发动机磨合修复的基础材 料，主要是利用了亚微米铜粉质软、粒径合适、耐磨性好、抗压能力强、抗菌杀菌效果突出、 活性高、铜合金化温度低等特点，润滑油中微米铜粉通过机油泵的输送作用，首先填充在金 属面的磨损处起填充修复作用，润滑油膜中数百万个经过油溶性处理的抗压能力极强的亚 微米铜球作为滚珠可以间隔摩擦金属面，减少金属面的直接磨损，减少摩擦阻力。另外，亚 微米铜粉容易与发动机磨损下来的金属粉末(铁屑或铝屑)及其它相关材料，利用高温、高 压、材料电势差和磨合作用时间，逐步形成一层软质、耐磨、弹性铜合金修复层，最终到达并 实现磨损与修复的自动平衡，起到减少发动机间隙、提高输出动力、减少震动、降低油耗与 增加发动机寿命的作用。多余的铜粉在运转过程中相当于大量滚珠，将滑动摩擦变为滚动摩擦，摩擦系数 大大降低(滚动摩擦系数仅为滑动摩擦系数的八到十分之一左右)，能耗与损耗也会大大 降低。铜还是很好的燃烧催化剂，有利于燃料气体的充分燃烧，达到节油与减排之目的， 甚至可以用低标号油替代高标号油，达到节约资源与降低客户使用成本的目的。本发明特别应用于发动机的磨合修复，具体用法是首先停发动机，检查机油是否 清亮，将本发明按照发动机润滑油总体积的1 8%直接加入到机油箱中，开启发动机，空 档运行10分钟，然后直接使用即可。待运行2000公里后，根据发动机动力与振动情况，再 分次每次按照机油1 2%体积比例补加亚微米铜基磨合修复剂后继续运行修复，直到与 新车发动机动力与振动情况接近为止。为了证实本发明的磨合修复效果，做了以下试验2010年1月初到2月中旬，在重庆力帆集团，选用了一台进行过6000km(相当于强 化试验50h，状态较佳)道路试验的162FMJ型(CG150)发动机，按照机油使用量(1000ml) 添加6%铜基磨合修复剂(60ml)，在试验台架上按照重庆力帆公司相关强化试验标准进行 了 200小时强化耐久试验，后又根据试验进展情况增加了 100小时，加上通路运行前后共进 行350小时发动机强化耐久试验。试验要求为在初始0小时时测试发动机外特性性能指标最大功率、扭矩、最低 燃油消耗率，随后加入发动机所需机油总体积量6%的本发明产品，在普通发动机油中开始 进行耐久试验，分别在20、60、100、150、200、250、300小时测试发动机外特性性能，每30小 时查看机油工作情况，根据机油消耗状况补充机油，结果如下表所示
本发明对发动机磨合修复试验结果数据表 通过以上数据，得到如下结论(1)经过350小时强化耐久试验后拆机查看，相关零件没有异常磨损，机油颜色粘 度正常，说明本发明可以在发动机上长期安全使用；(2)在加入本发明后，发动机三大基础性能参数均出现好的发展趋势，有不同程 度的提升，而且明显超过了出厂标准，说明在磨合修复过程中逐步找到了系统的最佳平衡点。(3)加入本发明后，发动机机油使用寿命较普通机油有明显的延长，减少了机油的 更换次数和使用量。(4)通常情况下，(CG150)发动机的强化试验周期只有100小时，出口检验按照200 小时进行，通过以上强化运行350小时后各项指标判断，添加了本发明亚微米铜基磨合修 复剂后发动机寿命大大延长，从理论上讲可以无限延长发动机寿命，这对机械再造工程，可 实现节能减排与资源综合利用意义重大。对于新车汽车发动机的磨合，除了具有保护作用外，还可减少磨损量、缩短磨合周 期，更重要的是提高发动机磨合后的各项性能参数，接近并超过原来产品标准，不妨这样理 解，发动机加工安装出来后只是初品，而磨合过程也可以称为精加工过程，磨合也作为新发 动机必需的精加工过程。本发明的有益效果是该产品以亚微米铜粉为原料，经抗氧化处理和油溶性处理， 使所得的产品磨合和修复效果好、抗氧化性极强，兼有纳米铜粉的优势，又弥补了纳米铜粉 易氧化的缺陷，成为新一代通用机械磨合修复剂。应用于机械磨合领域特别是汽车发动机， 以润滑油为稀释分散介质，兼有磨合和修复功能，降低了能耗，减排，延长发动机寿命。具体实施例(共4例)实施例1制备亚微米铜基磨合修复剂(1)取亚微米超微细铜粉250克，加去离子水按照125g/L浓度制成浆料2000ml， 用悬浮法搅拌静置95秒后，取上面浆料并用60目铜筛过滤；(2)、用真空抽滤，去离子水反复洗涤其中的可溶性盐分，至用50g/L的氯化钡溶 液检查未见白色沉淀物析出，确定不再含有硫酸根离子；
(3)、将滤饼用无水乙醇2000ml打浆反复并真空抽滤五次，置换其中所含水分，使 滤饼中水分含量低于1.0% ；(4)、用无水乙醇打浆，按照125g/L浓度配置，浆液体积为2000ml ；(5)、搅拌状态下，控制温度低于35°C，进行油溶性处理，即依次加入铜粉重量 1. 5%双十六烷基二硫代磷酸3. 75g、2. 5%油酸6. 25g、l. 0%硅氧烷偶联剂即成都道奇威 公司提供的7033B(2. 5g)进行有机化处理，补加操作过程中挥发的无水乙醇保持液位，熟 化时间90分钟；(6)、浆料再次真空抽滤，滤饼为油溶性铜粉，备用；(7)、在反应罐中加入合成润滑油基础油(聚α -烯烃油)2000ml，再加入制备好的 油溶性铜粉245. 8克，用高速搅拌机(转速2500rpm)分散均勻后检查所得浆料比重，补加 基础油调节比重0. 87 ；(8)按照浆料总体积的0. 8%比例加入抗氧化剂Kemal 1AT-449DX计16ml，搅拌熟 化30分钟即可。实施例2制备铜基磨合修复剂(1)取铜粉150克加去离子水打成浆料1000ml，静置120秒后取上面浆料，用悬浮 法与60目铜网过滤筛分离出大于3微米的铜粉；(2)、采用真空抽滤，去离子水洗涤其中的可溶性盐分，至用50g/L的氯化钡溶液 检查未见白色沉淀物析出，确定不再含有硫酸根离子；(3)、将滤饼用无水乙醇1500ml打浆反复真空抽滤五次，置换其中所含水分，使滤 饼中水分含量低于1.0% ；(4)、用无水乙醇打浆，使浆液中铜粉的浓度是150g/L ；浆液体积为IOOOml ；(5)、搅拌状态下，控制温度低于35°C，进行油溶性处理，即依次加入3%双十六烷 基二硫代磷酸4. 5ml,3. 0%油酸4. 5ml、硅氧烷偶联剂1. 5ml进行有机化处理，补加操作 过程中挥发的无水乙醇保持液位，熟化时间90分钟；(6)、浆料再次真空抽滤，滤饼为油溶性铜粉，备用；(7)、在反应罐中加入合成润滑油基础油(聚α -烯烃油)1500ml，再加入制备好的 油溶性铜粉145. 6克，用高速搅拌机(转速2200 2500rpm)分散均勻后检查所得浆料比 重，补加基础油调节比重0. 89 ；(8)按照浆料总体积的比例加入抗氧化剂广东金昊化工有限公司生产的 JH-9000B 10ml，搅拌熟化50分钟即可，。实施例32010年6月10日，将一台2004年生产的桑塔纳3000 (已运行21万公里，车牌号 是渝A Z8785)送国家机动车质量监督检验中心(重庆)进行发动机性能检测。先按照国 家相关标准进行空白检测，每百公里油耗为9. 36升(93号汽油)。6月11日，使用本发明 的亚微米铜基磨合修复剂一瓶248ml直接加入到润滑油箱中(添加比例6. 1%)，与原来已 经运行了 2500公里的机油进行直接混合，然后直接前往重庆东南垫江、彭水、酉阳及重庆 周边进行发动机的磨合修复。6月23日，经过2100公里的运行与磨合修复，送检测中心按 照国家标准检测，每百公里油耗为9. 05，节油率达到3.3%，而该中心自建立起，检测了国 内外数百个节能产品与方案，节油率从来没有超过2. 9%。
实施例42009年9月23日，将本发明的亚微米铜基磨合修复剂液按照机油5%比例添加到 一辆跑了 11. 5万公里的北京现代车(渝B W2931)发动机中进行磨合修复，后根据发动机状 况，先后补加4次亚微米铜基磨合修复剂，2009年11月，开始改使用90号汽油替代93号汽 油，2010年2月10日跑了 1.5万公里才换机油，换机油后按照5%比例添加修复剂，2010年 4月下旬，将试验汽车送重庆七公里尾气检测站做尾气排放，尾气中碳氢化合物只有14mg/ L，比标准170mg/L低91%以上，说明减排效果非常明显。
权利要求
一种亚微米铜基磨合修复剂，其特征是按下述方法进行制备(1)、将亚微米铜粉加去离子水配成120～180g/L浓度的浆料，静置90～120秒后取上面的浆料，用悬液分离法和过滤筛分法分离去除亚微米铜粉中大的铜粉粒子，使粒子大小是0.1～3.0微米；(2)、采用真空抽滤法，用去离子水反复洗涤分离浆料中的可溶性盐分，用50g/L浓度的氯化钡溶液检查直到无硫酸根离子为止；(3)、将步骤(2)所得滤饼用无水乙醇打浆并真空抽滤，洗涤置换其中所含水分，使滤饼中水分含量低于1.0％；(4)、再次将滤饼用无水乙醇打浆，控制铜粉浓度15～245g/L；(5)、搅拌状态下，保持浆料温度低于35℃，进行亚微米铜粉的油溶性表面处理，补加操作过程中挥发的无水乙醇，保持液位，熟化时间60～90分钟；(6)、将步骤(5)所得浆料再次真空抽滤，滤饼为油溶性铜粉，备用；(7)、在敞口反应罐中加入聚α-烯烃油类合成润滑油基础油，再加入步骤(6)所得的油溶性铜粉，用高速搅拌机分散均匀，调整浆料比重0.86～0.95；(8)按照步骤(7)所得浆料总体积的0.5～3.5％比例加入铜粉专用抗氧化剂，搅拌熟化10～50分钟，称量包装即可。
2.如权利要求1所述的亚微米铜基磨合修复剂，其特征是经步骤(1)处理后的铜粉粒 子大小是0.5 1.5微米。
3.如权利要求1所述的亚微米铜基磨合修复剂在机械磨合修复中的应用。
4.如权利要求1所述的亚微米铜基磨合修复剂在发动机磨合修复中的应用。
全文摘要
本发明提供了一种兼有磨合和修复功能且效果可靠的亚微米铜基磨合修复剂，其制备方法是以亚微米铜粉为基础原料，经去离子水洗涤、用无水乙醇打浆反复多次真空抽滤，置换出其中的水分，再进行油溶性处理，再次真空抽滤后用合成润滑油所用的基础油(聚α-烯烃油类)打浆，浆料比重范围是0.86～0.95，按照浆料总体积的0.5～3.5％比例加入抗氧化剂搅拌熟化制得。本发明兼有磨合和修复功能且效果可靠、抗氧化性极强，兼有纳米铜粉修复剂的优势，又弥补了纳米铜粉易氧化的缺陷，成为新一代的机械磨合修复剂。应用于机械磨合领域特别是发动机(包括汽车、轮船、摩托车等发动机)，以润滑油为稀释分散介质，磨合和修复双重功效，降低了能耗、减排、延长发动机寿命。
文档编号C10N40/25GK101886016SQ20101022529
公开日2010年11月17日 申请日期2010年7月13日 优先权日2010年7月13日
发明者吉维群 申请人:吉维群