专利名称：在金属摩擦与磨损表面生成保护层的制剂及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种在金属摩擦与磨损表面生成保护层的制剂及其制备方法。
背景技术：
减摩抗磨是人类科研领域一个永恒的话题，摩擦损耗越低，机械动力就越强，产品效益也会大大增加。强化和修复机器零件的摩擦与磨损表面是降低摩擦损耗、提高产品效益的一条重要途径。目前，机器零件的摩擦表面有三种强化途径1)零件表面的预处理强化，包括渗碳、渗流、碳氮共渗等热处理强化技术，TiN、DLC等薄膜沉积技术以及喷丸、滚花等机械强化技术；2)零件损坏后的表面修复再生技术，包括热喷涂修复、电刷镀修复以及其他各种表面修复再生技术；3)利用润滑剂作载体，将含有特定修复作用的制剂配方送入零件表面的摩擦接触区，通过制剂与摩擦副表面以及与磨损微粒等第三体之间发生的力化学(摩擦化学)反应，使摩擦副表面获得原位合金化强化。
上述前两种强化途径均属于离线强化技术，存在工艺复杂、作业时间长、费用较高等缺点。上述第三种强化途径是当前抗磨修复领域的研究热点。当前，由于对所生成的抗磨修复层的相结构和力学性能数据不清楚，导致现有此类产品的性能不稳定，严重制约了技术的推广应用。
发明内容
针对当前抗磨修复领域存在的工艺复杂、作业时间长、费用较高以及所生成的抗磨修复层的相结构和力学性能数据不清楚、性能不稳定的缺陷，本发明提供一种在金属摩擦与磨损表面生成保护层的制剂，同时具备金属陶瓷的高硬度和优质合金钢的弹性模量。本发明还提供该制剂的制备方法。
本发明的技术方案如下本发明提供一种在金属摩擦与磨损表面生成保护层的制剂，包括的组分和各组分的重量份如下
层状羟基硅酸盐粉45-99；表面改性剂 1-50；碳化石墨化催化剂0.05-6。
作为优化方案，上述制剂包括的组分和各组分的重量份如下层状羟基硅酸盐粉60-99；表面改性剂 3-20；碳化石墨化催化剂0.05-3。
作为进一步优化的方案，上述制剂的组分和各组分的重量份如下层状羟基硅酸盐粉75-99；表面改性剂 7-12；碳化石墨化催化剂1-2。
所述的层状羟基硅酸盐粉为羟基硅酸镁矿石粉。
所述的羟基硅酸镁矿石粉是指蛇纹石、滑石、海泡石、阳起石矿石粉中的一种或所述矿石粉的任意组合。
所述的表面改性剂为钛酸脂偶联剂或硅烷偶联剂中的一种或所述偶联剂的任意组合。
所述的钛酸脂偶联剂是指NDZ-131或NDZ-133钛酸脂偶联剂。
所述的硅烷偶联剂是指HD-22硅烷偶联剂。
NDZ-131和NDZ-133是青岛市海大化工有限公司生产的钛酸脂偶联剂的两种型号，是一种单烷氧基脂肪酸钛酸酯偶联剂；HD-22硅烷偶联剂的商品名为硅烷偶联剂，青岛市海大化工有限公司生产。
所述的碳化石墨化催化剂为元素周期表VIIIA族元素(铁Fe，钴Co，镍Ni，钌Ru，铑Rh，钯Pd，锇Os，铱Ir，铂Pt)的单质、氧化物或氯化物中的一种或所述单质、氧化物或氯化物的任意组合。VIIIA族元素的氧化物和氯化物可从上海久山化工有限公司购得。
所述的在金属摩擦与磨损表面生成保护层的制剂可应用于含铁成分的金属表面的修复与保护。
本发明还提供上述制剂的制备方法，包括如下步骤1)将天然羟基硅酸镁矿石粉体与表面改性剂研磨成纳米至微米量级的油溶性复合粉体；2)加入碳化石墨化催化剂继续研磨形成均匀组合物粉体。
本发明还提供一种含有上述制剂的润滑剂。
本发明更进一步提供上述制剂的使用方法如下将上述均匀组合物粉体按质量比0.1-5‰的比例直接加入到润滑剂中使用。
作为优化方案，上述制剂的使用方法如下将上述均匀组合物粉体按质量比0.1-5％的比例混入基础润滑剂中，制成浓缩剂，浓缩剂可直接按浓缩剂∶润滑剂＝1∶9的比例加入到润滑剂中使用。
所述的润滑剂是指润滑油或者润滑脂。
所述的基础润滑剂是指牌号100N、150N的无色透明的基础油、锂基脂或者钙基脂。
本发明所提供的上述制剂的具体使用方法如下1)将上述均匀组合物粉体按质量比0.1-5％的比例溶入牌号100N或者150N的无色透明的基础油中制备成浓缩液，浓缩液可直接按浓缩液∶润滑油＝1∶9的比例加入到润滑油中使用。
2)将上述均匀组合物粉体按质量比0.1-5％的比例混入锂基脂或者钙基脂中搅拌均匀制备成浓缩母脂，浓缩母脂可直接按浓缩脂∶润滑脂＝1∶9的比例加入到润滑脂中使用。
本发明实现的技术效果如下本发明提供的在金属摩擦与磨损表面生成保护层的制剂在金属摩擦与磨损表面原位生成减摩耐磨的纳米晶保护层，同时具备金属陶瓷的高硬度和优质合金钢的弹性模量。用于新制零件，可以获得力学性能优良的工件表面，大幅度的提高使用寿命；用于使用中的摩擦副零件可以原位修复磨损，优化间隙，恢复零件尺寸，延长机器使用寿命，降低维修成本。
图1Falex试验机的试样装卡部分细部照片(a)和试样尺寸图(b)；图245#钢基体上形成的保护层；图3铸铁基体上形成的保护层；图4保护层元素分布的XPS全图；
图5保护层元素分布的XPS精细谱解析；图6纳米晶保护层完整晶系的HRTEM像；图745#钢试样保护层的纳米压痕原子力显微像和压痕深度曲线；图845#钢试样基体的纳米压痕原子力显微像和压痕深度曲线；图9保护层在边界润滑条件下的摩擦系数曲线；图10轴承模拟试验机原理图；图11轴承模拟试验前后45#钢轴试样表面形貌图；图12轴承模拟试验后45#钢试样横断面的SEM像；图13轴承模拟试验后45#钢试样表面保护层的EDX能谱图；图1445#钢轴试样磨粒磨损试验后表面的SEM二次电子像；图15轴承摩擦副抗粘着磨损的承载能力曲线；图1645#钢轴试样粘着磨损试验后表面的SEM像；图17实施例4中Falex试验后下试样断面的SEM照片；图18实施例4中基体材料(a)和保护层(b)的EDX元素分布；图19实施例5中Falex试验后下试样断面的SEM照片；图20实施例6中Falex试验后下试样断面的SEM照片。
具体实施例方式
本发明所提供的在金属摩擦与磨损表面生成保护层的制剂的作用原理如下1)氧化机械抛光作为自修复制剂主成分的层状羟基硅酸盐类天然矿石粉体在摩擦过程中极易解理破坏，并具有脱羟，进而释放O2-生成活性自由水的功能。解理破坏产生的第三体颗粒对摩擦表面具有机械抛光作用，而活性O2-和自由水氧化金属表面的微凸体，生成结合力远低于金属键的金属氧化物/金属键，对摩擦表面具有氧化抛光作用。因而氧化机械抛光是在摩擦副表面生成纳米晶保护层的第一个作用机理。以蛇纹石矿体粉为例，其主成分是Mg6Si4O10(OH)8，作用过程如下
Fe0(初生表面)；Fen+(EEE)(激发电子逸出表面)2)润滑油催化碳化石墨化在含自修复制剂的摩擦学系统中，铁基金属摩擦副和润滑油中的自修复制剂组分为基础油碳化和石墨化提供场所与催化物种。制剂成分中既含有酸碱催化反应的最活泼催化剂的组成元素，也含有氧化还原反应的最活泼催化剂的组成元素。因此，含自修复制剂的润滑油比同类油碳化程度高，且能生成大量高活性的纳米级碳质颗粒。存在于油液中的这类高活性纳米级碳质颗粒与铁氧体反应生成Fe3C相和石墨颗粒。因此，润滑油催化碳化石墨化是在摩擦副表面生成纳米晶保护层的第二个作用机理，其作用过程如下
3)机械合金化经过氧化机械抛光和润滑油碳化后，高化学活性的新鲜金属表面与充满大量纳米级铁氧体，铁碳体和碳质颗粒的油液构成产生修复保护层的反应体系。摩擦过程释放能量，在摩擦副表面产生电场和弱磁场，使油液中的颗粒富集在摩擦表面，首先在凹坑处聚集。摩擦副相对运动带动微凸体对这些颗粒施加剪切和挤压应力，进行机械合金化。微凸体不断运动碰撞，不能稳定存在，因此微凸体表面机械合金化也会发生。凹坑中机械合金化生成的纳米晶结构层不断生长，实现了对表面的平整修复，直至凹坑被完全填平，而后在整个摩擦表面生长形成修复保护层，完成修复作用。因此，机械合金化是在摩擦副表面生成纳米晶保护层的第三个，也是最终的作用机理。
纳米晶自修复保护层的元素构成、相结构和力学性能试验采用Falex-1506(美国，Falex公司)多功能摩擦磨损试验机及环-环面接触形式的试样进行。附图1所示为Falex试验机的试样装卡部分细部照片和试样尺寸图。上下试样的接触面积为506mm2，试验载荷范围为0.1MPa-0.44MPa，平均线速度1-7m/s。
表1
试验参数列在表3中。
表3轴承模拟试验参数
1)表面形貌和保护层的SEM像摩擦试验后，45#钢轴试样的表面粗糙度平均值Ra＝0.3859μm，低于原始轴试样表面粗糙度Ra＝0.5359μm；同样，轴瓦试样的表面粗糙度平均值Ra＝0.2605μm，也低于原始轴瓦试样表面粗糙度Ra＝0.3692μm。摩擦试验前后轴试样的典型表面二维形貌如附图11所示。
附图12所示为27小时轴承模拟试验后45#钢轴试样横断面的SEM二次电子像。可以明显地看出，在45#钢摩擦表面已形成约2μm厚的自修复保护层，保护层沿着基材的珠光体结构骨架生长，与基材之间结合紧密，没有明显的物理界面。附图13为保护层的EDX能谱图，结果显示，保护层由Fe、C和O三种元素组成。保护层中含有比45#钢高得多的C含量，C元素来自润滑油的裂解；保护层中O含量也很高，O元素主要由磨损自修复材料主体成份蛇纹石(Mg6Si4O10(OH)8)与滑石(Mg3(Si4O10)(OH)2)分解提供。
2)保护层的抗磨粒磨损性能将400mg粒度100～125μm的Al2O3磨粒混入到3.3g牌号为W1.5的SiC研磨膏(SiC粒度1～1.5μm)中，作为磨料使用。将磨料加入到不含修复制剂的SD/CC级15W40通用油中在轴承模拟试验机进行抗磨粒磨损试验，试验载荷38.34N，表面平均压力0.70MPa，转速2100rpm，试验周期4.5h，浸油润滑。附图14是45#钢轴试样磨粒磨损试验后磨损表面的SEM二次电子像，a)为无保护层；b)为有保护层。很明显，无保护层的磨损表面的磨粒磨损损伤比有保护层的表面严重得多。Talysurf5-120型表面形貌仪测得的无保护层和有保护层的磨痕深度分别为46.59μm和15.01μm，前者的磨损量大3倍以上。
3)保护层的抗粘着磨损性能抗粘着磨损试验在轴承模拟试验机上进行，采用的润滑剂为不含修复制剂的SD/CC级15W40通用油，采用间歇甩油润滑，使摩擦副处于乏油状态。跑合后保持试验条件不变，每3min增加一次载荷，直至摩擦副发生胶合。附图15是有保护层和无保护层的轴承摩擦副抗粘着磨损的承载能力曲线。可以清楚地看到，有保护层摩擦副的胶合载荷是无保护层摩擦副的2.5倍。附图16是45#钢轴试样粘着磨损试验后的磨损表面SEM二次电子像，a)为无保护层；b)为有保护层，无保护层磨损表面的粘着磨损损伤严重得多。
实施例1本实施例所采用的配方如下(按重量份)蛇纹石(Mg6Si4O10(OH)8) 99；NDZ-131单烷氧基脂肪酸钛酸酯偶联剂 12；纳米Ni碳化石墨化催化剂 1；纳米Co碳化石墨化催化剂 1。
将上述配比蛇纹石颗粒和NDZ-131单烷氧基脂肪酸钛酸酯偶联剂加入一台高能球磨机(XQM2型行星式高能球磨机，南京科析实验仪器研究所生产)中研磨，研磨时间10小时，转速800转/分钟，研磨后粉体粒度范围为10nm-1μm。之后，加入纳米Ni和纳米Co碳化石墨化催化剂粉体(吉林省四平市高斯达纳米材料设备有限公司生产)继续研磨30分钟，即为可加入润滑油中使用的具有自修复功能的制剂。
将制备好的上述制剂按0.5‰的比例加入到博林高科(北京)石油化工有限公司的牌号为ZZT-动能油(秒美)润滑油中，对ZZT-动能油(秒美)润滑油(含本发明的制剂)与SF级汽油机润滑油在一台捷达轿车上进行了油耗(节能)和排放的对比试验。情况如下1车况4缸发动机，排量1.6，装三元催化器，已走行13万公里，缸压已降至8.2左右。
2采用SF级汽油机润滑油按试验规范运行200公里获得油耗和排放的基础数据，缸压没有提高。
3更换ZZT-动能油(秒美)润滑油后按试验规范运行2,000公里，获得对比数据如下1)缸压恢复至12；2)节能数据综合节油率为市区(30-50公里/时)3.1％；城间(70-90公里/时)3.3％；快速(∽110公里/时)3.7％。
3)排放数据SF级汽油机润滑油ZZT-动能油(秒美)润滑油HC+NOx 0.1800.138CO 0.7400.563实施例2本实施例所采用的配方如下(按重量份)蛇纹石(Mg6Si4O10(OH)8) 50；滑石(Mg3(Si4O10)(OH)2) 25；NDZ-133单烷氧基脂肪酸钛酸酯偶联剂 12；PdO碳化石墨化催化剂 0.5；
纳米Pt碳化石墨化催化剂0.5。
将上述配比蛇纹石与滑石组合物颗粒和NDZ-133单烷氧基脂肪酸钛酸酯偶联剂加入高能球磨机中研磨，研磨时间10小时，转速800转/分钟，研磨后粉体粒度范围为10nm-1μm。之后，加入PdO和纳米Pt碳化石墨化催化剂粉体继续研磨30分钟，即为可加入润滑油中使用的具有自修复功能的制剂。
将制备好的上述制剂按1wt‰的比例加入到SD/CC级15W40汽油机/柴油机通用油中，在大型水平轴抽水泵的轴承摩擦副模拟试验机上进行的试验。轴承模拟试验机的原理图如附图10所示，轴试样和轴承试样的材质分别为45#钢和巴氏合金。经27小时轴承模拟试验后在45#钢摩擦表面形成了约2μm厚的保护层，保护层沿着基材的珠光体结构骨架生长，与基材之间结合紧密，没有明显的物理界面。附图12是27小时轴承模拟试验后45#钢轴试样横断面的SEM二次电子像。附图13是保护层的EDX能谱图，保护层由Fe、C和O三种元素组成。保护层表现出优良的抗磨粒磨损和抗粘着磨损性能，参见附图14-16。
实施例3本实施例所采用的配方如下(按重量份)蛇纹石(Mg6Si4O10(OH)8) 70；海泡石(Mg8Si12O30(OH)4(OH2)4·8H2O)29；HD-22硅烷偶联剂 7；RhCl3碳化石墨化催化剂1；RuO2碳化石墨化催化剂 1。
将上述配比蛇纹石与海泡石组合物颗粒和HD-22硅烷偶联剂加入高能球磨机中研磨，研磨时间10小时，转速800转/分钟，研磨后粉体粒度范围为10nm-1μm。之后，加入RhCl3和RuO2组合物碳化石墨化催化剂粉体继续研磨30分钟，至纳米至微米量级，即为可加入润滑油中使用的具有自修复功能的制剂。
将制备好的上述制剂按5wt‰的比例加入到SD/CC级15W40汽油机/柴油机通用油中，进行Falex摩擦磨损试验机的面接触摩擦试验。试样采用45#钢和铸铁两种材质，润滑方式为浸油润滑。45#钢摩擦副的试验时间为400小时，铸铁试样的试验时间为80小时。扫描电子显微镜(SEM)观测表明，试验结束后在45#钢基体和铸铁基体上均形成了保护层，见附图2和附图3。进一步用光电子能谱仪(XPS)、纳米硬度计和原子力显微镜(AFM)以及高分辨率透射电子显微镜(HRTEM)等手段对保护层进行分析检测表明，保护层的元素构成为Fe、C和O三元素，以Fe3C、Fe3O4、Fe2O3以及-OH(羟基)和其他Fe、C合金形式存在，构成纳米晶系，参见附图4、5和6。保护层具有金属陶瓷材料的高硬度并保有优质合金钢的弹性模量以及超滑的摩擦学性能，参见附图7、8和9。
实施例4本实施例所采用的配方如下(按重量份)蛇纹石(Mg6Si4O10(OH)8) 50；阳起石(Ca2(Mg，Fe)5Si8O22(OH)2)25；HD-22硅烷偶联剂 7；纳米Ni碳化石墨化催化剂 1；纳米Fe碳化石墨化催化剂 1。
将上述配比蛇纹石与阳起石组合物颗粒和HD-22硅烷偶联剂加入高能球磨机中研磨，研磨时间10小时，转速800转/分钟，研磨后粉体粒度范围为10nm-1μm。之后，加入纳米Ni和纳米Fe组合物碳化石墨化催化剂粉体继续研磨30分钟，即为可加入润滑油中使用的具有自修复功能的制剂。
将制备好的上述制剂按3wt‰的比例加入到SD/CC级15W40汽油机/柴油机通用油中，进行Falex摩擦磨损试验机的面接触摩擦试验。试样采用铸铁材质，润滑方式为浸油润滑。试验以24小时为一个周期，共进行4个周期，96个小时。附图17是Falex试验后下试样横断面的扫描电子显微像(SEM像)，可以看出在基体材料表面有一层厚度约2-3μm的保护层生成，与基体材料组织明显不同。附图18是铸铁基体和保护层的X射线能量散射谱(EDX)元素分布图，保护层的元素分布特点是C和O两种元素的含量比例较基体有较大程度的增加，计算Fe/C原子比，可以发现基体材料Fe/C为0.43，而保护层中Fe/C为0.14，二者的差别很大。
实施例5实施例所采用的配方如下(按重量份)蛇纹石(Mg6Si4O10(OH)8)75；NDZ-133单烷氧基脂肪酸钛酸酯偶联剂6；NDZ-131单烷氧基脂肪酸钛酸酯偶联剂6；
IrO2碳化石墨化催化剂 2。
将上述配比蛇纹石颗粒和NDZ-133及NDZ-131单烷氧基脂肪酸钛酸酯偶联剂组合物加入高能球磨机中研磨，研磨时间10小时，转速800转/分钟，研磨后粉体粒度范围为10nm-1μm。之后，加入IrO2碳化石墨化催化剂粉体继续研磨30分钟，即为可加入润滑油中使用的具有自修复功能的制剂。
将制备好的上述制剂按5wt‰的比例加入到SD/CC级15W40汽油机/柴油机通用油中，进行Falex摩擦磨损试验机的面接触摩擦试验。试样采用铸铁材质，润滑方式为浸油润滑。试验以24小时为一个周期，共进行7个周期，148个小时。附图19是下试样的横断面扫描电子显微像，可以看出在试样表面已生成厚度为3μm左右的保护层。铸铁基体与保护层的纳米硬度平均值分别为Hv20mN＝572和Hv20mN＝1158。
实施例6实施例所采用的配方如下(按重量份)滑石(Mg3(Si4O10)(OH)2) 99；HD-22硅烷偶联剂 10；NDZ-131单烷氧基脂肪酸钛酸酯偶联剂10；RuCl石墨化催化剂3。
将上述配比滑石颗粒和HD-22硅烷偶联剂及NDZ-131单烷氧基脂肪酸钛酸酯偶联剂组合物加入高能球磨机中研磨，研磨时间10小时，转速800转/分钟，研磨后粉体粒度范围为10nm-1μm。之后，加入RuCl碳化石墨化催化剂粉体继续研磨30分钟，即为可加入润滑油中使用的具有自修复功能的制剂。
将制备好的上述制剂按3.5wt‰的比例加入到SD/CC级15W40汽油机/柴油机通用油中，进行Falex摩擦磨损试验机的面接触摩擦试验。试样采用45#钢材质，润滑方式为浸油润滑。试验以24小时为一个周期，共进行6个周期，144个小时。Falex试验后下试样横断面的扫描电子显微像(SEM像)表明(见附图20)，基体材料表面有一层厚度约2μm的保护层生成。下试样表面显微硬度平均值从试验前的Hv100g＝298升高至试验后的Hv100g＝785。
实施例7本实施例所采用的配方如下(按重量份)海泡石(Mg8Si12O30(OH)4(OH2)4·8H2O)60；
NDZ-131单烷氧基脂肪酸钛酸酯偶联剂3；纳米Ni碳化石墨化催化剂 0.025；纳米Co碳化石墨化催化剂 0.025。
将上述配比的海泡石颗粒和NDZ-131单烷氧基脂肪酸钛酸酯偶联剂加入高能球磨机中研磨，研磨时间10小时，转速800转/分钟，研磨后粉体粒度范围为10nm-1μm。之后，加入纳米Ni和纳米Co碳化石墨化催化剂组合物粉体继续研磨30分钟，即为可加入润滑油中使用的具有自修复功能的制剂。
将制备好的上述制剂按5wt‰的比例加入到SD/CC级15W40汽油机/柴油机通用油中，进行Falex摩擦磨损试验机的面接触摩擦试验。试样采用45#钢材质，润滑方式为浸油润滑。试验以24小时为一个周期，共进行4个周期，96个小时。Falex试验前后下试样表面显微硬度的对比为，从试验前的平均值Hv100g＝275升高至试验后的平均值Hv100g＝750。下试样横断面的SEM像显示在试样表面已生成0.5-1μm的保护层。
实施例8实施例所采用的配方如下(按重量份)阳起石(Ca2(Mg，Fe)5Si8O22(OH)2)60；HD-22硅烷偶联剂 20；纳米Fe碳化石墨化催化剂 3；将上述配比阳起石颗粒和HD-22硅烷偶联剂加入高能球磨机中研磨，研磨时间10小时，转速800转/分钟，研磨后粉体粒度范围为10nm-1μm。之后，加入纳米Fe碳化石墨化催化剂粉体继续研磨30分钟，即为可加入润滑油中使用的具有自修复功能的制剂。
将制备好的上述制剂按4wt‰的比例加入到SD/CC级15W40汽油机/柴油机通用油中，进行Falex摩擦磨损试验机的面接触摩擦试验。试样采用45#钢材质，润滑方式为浸油润滑。试验以24小时为一个周期，共进行4个周期，96小时。下试样横断面的SEM像显示在试样表面已生成1μm左右的保护层，下试样表面显微硬度从试验前的Hv100g＝298升高至试样后的Hv100g＝780。
实施例9实施例所采用的配方如下(按重量份)蛇纹石(Mg6Si4O10(OH)8) 50；
滑石(Mg3(Si4O10)(OH)2)49；NDZ-133单烷氧基脂肪酸钛酸酯偶联剂 3；纳米Ni碳化石墨化催化剂1.5；RuO2组合物碳化石墨化催化剂 1.5。
将上述配比蛇纹石与滑石组合物颗粒和NDZ-133单烷氧基脂肪酸钛酸酯偶联剂加入高能球磨机中研磨，研磨时间10小时，转速800转/分钟，研磨后粉体粒度范围为10nm-1μm。之后，加入纳米Ni和RuO2碳化石墨化催化剂组合物粉体继续研磨30分钟，即为可加入润滑油中使用的具有自修复功能的制剂。
将制备好的上述制剂按3.5wt‰的比例加入到SD/CC级15W40汽油机/柴油机通用油中，进行Falex摩擦磨损试验机的面接触摩擦试验。试样采用45#钢材质，润滑方式为浸油润滑。试验以24小时为一个周期，共进行4个周期，96个小时。Falex试验后下试样横断面的扫描电子显微像表明，基体材料表面有一层厚度约1μm的保护层生成。下试样表面显微硬度平均值从试验前的Hv100g＝275升高至试验后的Hv100g＝710。
实施例10实施例所采用的配方如下(按重量份)蛇纹石(Mg6Si4O10(OH)8) 35；海泡石(Mg8Si12O30(OH)4(OH2)4·8H2O)10；HD-22硅烷偶联剂 1；RhCl3碳化石墨化催化剂 0.025；RuO2碳化石墨化催化剂 0.025。
将上述配比蛇纹石与海泡石组合物颗粒和HD-22硅烷偶联剂加入高能球磨机中研磨，研磨时间10小时，转速800转/分钟，研磨后粉体粒度范围为10nm-1μm。之后，加入RhCl3和RuO2碳化石墨化催化剂组合物粉体继续研磨30分钟，即为可加入润滑油中使用的具有自修复功能的制剂。
将制备好的上述制剂按5wt‰的比例加入到SD/CC级15W40汽油机/柴油机通用油中，进行Falex摩擦磨损试验机的面接触摩擦试验。试样采用45#钢材质，润滑方式为浸油润滑。试验以24小时为一个周期，共进行5个周期，120小时。下试样横断面的SEM像显示在试样表面已生成1μm左右的保护层，下试样表面显微硬度从试验前的Hv100g＝256升高至试样后的Hv100g＝720。
实施例11实施例所采用的配方如下(按重量份)蛇纹石(Mg6Si4O10(OH)8) 40；滑石(Mg3(Si4O10)(OH)2) 20；NDZ-133单烷氧基脂肪酸钛酸酯偶联剂 20；纳米Ni碳化石墨化催化剂 0.025；IrCl3碳化石墨化催化剂 0.025。
将上述配比蛇纹石与滑石组合物颗粒和NDZ-133单烷氧基脂肪酸钛酸酯偶联剂加入高能球磨机中研磨，研磨时间10小时，转速800转/分钟，研磨后粉体粒度范围为10nm-1μm。之后，加入纳米Ni和IrCl3碳化石墨化催化剂组合物粉体继续研磨30分钟，即为可加入润滑油中使用的具有自修复功能的制剂。
将制备好的上述制剂按3.5wt‰的比例加入到SD/CC级15W40汽油机/柴油机通用油中，进行Falex摩擦磨损试验机的面接触摩擦试验。试样采用45#钢材质，润滑方式为浸油润滑。试验以24小时为一个周期，共进行4个周期，96个小时。Falex试验后下试样横断面的扫描电子显微像表明，基体材料表面有一层厚度约1μm的保护层生成。下试样表面显微硬度平均值从试验前的Hv100g＝245升高至试验后的Hv100g＝685。
实施例12实施例所采用的配方如下(按重量份)蛇纹石(Mg6Si4O10(OH)8) 45；NDZ-131单烷氧基脂肪酸钛酸酯偶联剂25；NDZ-133单烷氧基脂肪酸钛酸酯偶联剂25；纳米Ni碳化石墨化催化剂 0.05。
将上述配比蛇纹石颗粒和NDZ-131及NDZ-133单烷氧基脂肪酸钛酸酯偶联剂组合物加入高能球磨机中研磨，研磨时间10小时，转速800转/分钟，研磨后粉体粒度范围为10nm-1μm。之后，加入纳米Ni碳化石墨化催化剂粉体继续研磨30分钟，即为可加入润滑油中使用的具有自修复功能的制剂。
将制备好的上述制剂按5wt‰的比例加入到SD/CC级15W40汽油机/柴油机通用油中，进行Falex摩擦磨损试验机的面接触摩擦试验。试样采用45#钢材质，润滑方式为浸油润滑。试验以24小时为一个周期，共进行4个周期，96个小时。Falex试验前后下试样表面显微硬度的对比为，从试验前的平均值Hv100g＝250升高至试验后的平均值Hv100g＝670。下试样横断面的SEM像显示在试样表面已生成0.5-1μm的保护层。
实施例13实施例所采用的配方如下(按重量份)阳起石(Ca2(Mg，Fe)5Si8O22(OH)2) 45；HD-22硅烷偶联剂 0.5；NDZ-131单烷氧基脂肪酸钛酸酯偶联剂 0.5；纳米Co碳化石墨化催化剂3；纳米Fe碳化石墨化催化剂3。
将上述配比阳起石颗粒和HD-22硅烷偶联剂及NDZ-131单烷氧基脂肪酸钛酸酯偶联剂组合物加入高能球磨机中研磨，研磨时间10小时，转速800转/分钟，研磨后粉体粒度范围为10nm-1μm。之后，加入纳米Co和纳米Fe碳化石墨化催化剂组合物粉体继续研磨30分钟，即为可加入润滑油中使用的具有自修复功能的制剂。
将制备好的上述制剂按4wt‰的比例加入到SD/CC级15W40汽油机/柴油机通用油中，进行Falex摩擦磨损试验机的面接触摩擦试验。试样采用45#钢材质，润滑方式为浸油润滑。试验以24小时为一个周期，共进行4个周期，96小时。下试样横断面的SEM像显示在试样表面已生成1μm左右的保护层，下试样表面显微硬度从试验前的Hv100g＝298升高至试样后的Hv100g＝780。
实施例14实施例所采用的配方如下(按重量份)蛇纹石(Mg6Si4O10(OH)8) 50；滑石(Mg3(Si4O10)(OH)2) 49；NDZ-133单烷氧基脂肪酸钛酸酯偶联剂 1；RuO2碳化石墨化催化剂 3；RhCl3碳化石墨化催化剂 3。
将上述配比蛇纹石与滑石组合物颗粒和NDZ-133单烷氧基脂肪酸钛酸酯偶联剂加入高能球磨机中研磨，研磨时间10小时，转速800转/分钟，研磨后粉体粒度范围为10nm-1μm。之后，加入RuO2和RhCl3碳化石墨化催化剂组合物粉体继续研磨30分钟，即为可加入润滑油中使用的具有自修复功能的制剂。
将制备好的上述制剂按3.5wt‰的比例加入到SD/CC级15W40汽油机/柴油机通用油中，进行Falex摩擦磨损试验机的面接触摩擦试验。试样采用45#钢材质，润滑方式为浸油润滑。试验以24小时为一个周期，共进行4个周期，96个小时。Falex试验后下试样横断面的扫描电子显微像表明，基体材料表面有一层厚度约1μm的保护层生成。下试样表面显微硬度平均值从试验前的Hv100g＝275升高至试验后的Hv100g＝710。
权利要求
1.一种在金属摩擦与磨损表面生成保护层的制剂，其特征在于包括的组分和各组分的重量份数如下层状羟基硅酸盐粉 45-99；表面改性剂 1-50；碳化石墨化催化剂 0.05-6。
2.根据权利要求1所述的在金属摩擦与磨损表面生成保护层的制剂，其特征在于包括的组分和各组分的重量份数如下层状羟基硅酸盐粉 60-99；表面改性剂 3-20；碳化石墨化催化剂 0.05-3。
3.根据权利要求2所述的在金属摩擦与磨损表面生成保护层的制剂，其特征在于包括的组分和各组分的重量份数如下层状羟基硅酸盐粉 75-99；表面改性剂 7-12；碳化石墨化催化剂 1-2。
4.根据权利要求3所述的在金属摩擦与磨损表面生成保护层的制剂，其特征在于所述层状羟基硅酸盐粉为羟基硅酸镁矿石粉。
5.根据权利要求4所述的在金属摩擦与磨损表面生成保护层的制剂，其特征在于所述羟基硅酸镁矿石粉是指蛇纹石、滑石、海泡石、阳起石矿石粉中的一种或所述矿石粉的任意组合。
6.根据权利要求3所述的在金属摩擦与磨损表面生成保护层的制剂，其特征在于所述的表面改性剂为钛酸脂偶联剂或硅烷偶联剂中的一种或所述偶联剂的任意组合。
7.根据权利要求3所述的在金属摩擦与磨损表面生成保护层的制剂，其特征在于所述碳化石墨化催化剂为元素周期表VIIIA族元素的单质、氧化物或氯化物中的一种或所述单质、氧化物或氯化物的任意组合。
8.权利要求1-7任意一项所述的在金属摩擦与磨损表面生成保护层的制剂的制备方法，包括如下步骤1)将天然羟基硅酸镁矿石粉体与表面改性剂研磨成纳米至微米量级的油溶性粉体；2)加入碳化石墨化催化剂继续研磨形成均匀组合物粉体。
9.一种含有权利要求1-7任意一项所述的在金属摩擦与磨损表面生成保护层的制剂的润滑剂。
10.权利要求1-7任意一项所述的在金属摩擦与磨损表面生成保护层的制剂的使用方法如下将所述制剂按质量比0.1-5‰的比例直接加入到润滑剂中使用。
全文摘要
本发明涉及一种在金属摩擦与磨损表面生成保护层的制剂及其制备方法。本发明提供一种在金属摩擦与磨损表面生成保护层的制剂，包括的组分和各组分的重量份如下层状羟基硅酸盐粉45－99；表面改性剂1－50；碳化石墨化催化剂0.05－6。本发明还提供上述在金属摩擦与磨损表面生成保护层的制剂的制备方法。本发明提供的在金属摩擦与磨损表面生成保护层的制剂在金属摩擦与磨损表面原位生成减摩耐磨的纳米晶保护层，同时具备金属陶瓷的高硬度和优质合金钢的弹性模量。
文档编号F16C33/12GK1858294SQ20061007583
公开日2006年11月8日 申请日期2006年4月20日 优先权日2006年4月20日
发明者金元生, 杨鹤 申请人:金元生