專利名稱：一種改性發動機油的制作方法
技術領域：
潤滑劑，涉及一種發動機的潤滑劑，改性發動機油。
背景技術：
發動機的潤滑劑，多在礦物油中加入各種添加劑，如加入清潔劑、抗氧抗腐劑、破乳劑、抗泡劑、極壓抗磨劑和油性劑等。在邊界潤滑狀態下，極壓抗磨劑是不可缺少的，現常用的是磷系極壓抗磨劑，但它會腐蝕機件，且不利于環保。近年也有加入納米金屬粉(Cu、Fe、Ni、Co…)和納米SiO2、Ti3(BO3)2等作為極壓抗磨劑，但這些材料納米顆粒的粒徑大都在20～100nm，其抗磨減摩性能還不夠好。
專利EP0445292、RU2162878和SU5042178均在泛指的潤滑油中加有金剛石顆粒，但未涉及發動機油，且RU2162878中的金剛石是微米級天然金剛石。專利CN1035440C是以0.1～30μm的石墨粉為潤滑油添加劑主要成分而內中無金剛石。只有專利WO9301261、JP05171169和SU5031536涉及到在發動機潤滑油中含有納米金剛石和非金剛石碳。但上述7個專利中它們的碳顆粒含量均為≥0.01％。
在非專利文獻中Tao Xu et al，Tribology Transactions，40(1)，178～182(1997)；沈明武等，機械工程學報，37(1)，14～18(2001)；喬玉林等，石油煉制與化工，30(2)12～15(1999)；劉美華等，合成潤滑材料，29(2)，19～22(2002)；和Mingmu Shen et al，Tribology Transactions，44(3)，494～498(2001)。這些論文均為納米金剛石潤滑油摩擦機理的研究，并未涉及將它用于發動機。張家璽等，摩擦學學報，22(1)，44～48(2002)。文中介紹在機油中分別加入0.05，0.1和0.15％的納米金剛石，研究它對潤滑發動機的減摩抗磨機理。張家璽等，潤滑與密封，29(2)，19～22(2002)。文中研究了含有0.1～1.0％納米金剛石的發動機磨合油使用情況。所有上述文獻中的納米金剛石含量遠高于0.01％，且無適用于內燃機正常運行時的發動機油。
上述文獻報導采用納米金剛石加入潤滑油中，其性能比加入其他納米顆粒均好，其加入量較多(≥0.01％)，且金剛石有團聚現象。所以摩擦系數還不夠小，性能改進有限。

發明內容
本發明的目的是提出一種以納米金剛石做極壓抗磨劑和油性劑的發動機潤滑油，其摩擦系數更小，對發動機的養護功能更好，用量更省的改性發動機油。它使發動機的動力性、經濟性和排放性均有顯著改善。
本發明提出的改性發動機油，是加入超分散納米金剛石和非金剛石碳顆粒做極壓抗磨劑和油性劑，其特征在于發動機潤滑油中加入的粒度小于20nm的超分散碳，平均為3～6nm，其濃度為1×10-7～9×10-5Vol.，即每升油液中含碳0.1mg～90mg，其中金剛石占10～98％，非金剛石碳占2～90％。
具體實施例方式
爆轟法(亦稱爆炸法、動壓法、沖擊法等)制造的納米顆粒可通過改變工藝條件而調節其中金剛石的含量為0～60％。納米金剛石需經化學處理才能使用。先用鹽酸處理，以除去有機物及金屬雜質。再以分析純或優級純的高氯酸作氧化劑，以清除非金剛石碳。為清除沙塵類雜質，需用氫氟酸處理，最后需用蒸餾水清洗至中性。酸的用量視原料量及其雜質含量來決定，注意除雜時不要將酸液煮干。對于爆轟法制造的純納米非金剛石碳，只需用鹽酸處理1～2小時即可達到除雜目的。
只有經過化學處理并已達到除雜目的納米顆粒才有可能做到超分散狀態。除雜后的納米粉末均需注意不要發生團聚，并保持其微粒表面的潔凈。只有做到納米顆粒表面潔凈(實際也是一種表面改性)，才能使金剛石顆粒長期(如2年)懸浮在油液中。
通過表面改性，可是納米金剛石顆粒表面上的官能團-CH2和-CH3等大大增多，從而有助于它的長期懸浮。例如，用等離子氫在800℃處理2小時，可獲得良好效果。
在各種發動機油的基礎油中，加入超分散金剛石和非金剛石碳，一定要使這些納米顆粒充分分散并無團聚。用攪拌器攪拌15min～60min，后用強力超聲波處理15min～60min。直至用強光束照射油，觀測其中的納米顆粒無團聚而均勻分散。
本發明提出的改性發動機油具有良好的抗磨減摩性，使用它摩擦系數可減少20～40％，表面磨損減少20～90％，潤滑油可節省1～4倍，摩擦副具有自修復功能，設備運轉更加平穩，噪聲明顯降低，對發動機的維護功能勝過某些專用抗磨劑或鍍金屬(如銅)保護劑。
使用它可使發動機功率提高4～8％，燃油節省5～10％，HC排放降低30～70％，NOx排放降低10～30％。發動機的動力性、經濟性和排放性均有顯著改善，氣缸壓力大幅增加，減摩效果良好。
下面結合實施例進一步說明實施例1一輛96年出廠的華利微型車，該車已行駛8萬公里。平時燃油油耗為7.5L/100km，上坡乏力，振動噪聲大。滿載時上立交橋速度約為50km/h，機油消耗為3L/5000km。
換新機油后行駛12km，加入本專利制造的狗魚牌發動機油精，它是濃度為4.0×10-3Vol.的改性發動機油精，其中金剛石占90％。取該油精15ml加入已裝有3L普通汽油機油的油箱中，使超分散碳的濃度為2×10-5Vol.。只需在怠速狀態下運行1～2分鐘，即可使納米碳分散均勻。此時即可感到噪聲明顯降低，行駛較前平穩多了，滿載上立交橋時車速亦可達70km/h。燃油油耗降至6.7L/100km，即節省燃油10.6％。機油油耗降至3L/20000km。
經濟效益顯著，每投入100元，可節省500～2000元，且發動機的壽命大大延長尚未計算在內。
實施例2改性發動機油臺架實驗。原機油為SE15W/40發動機油，改性發動機油為在其中加入6×10-5超分散碳，其中金剛石占30％。發動機型號為EQ6100-1，由中國二汽集團公司制造。
外特性試驗。轉速為2700r/min功率比較原機油為83.4kW，改性發動機油為88.8kW，功率增加6.47％，同時燃油消耗由426.51降至417.51g/kW·h。
負荷特性試驗。轉速為1600r/min，原機油功率為52.7kW時，燃油耗油率為385.05g/kW·h；而改性發動機油功率為58.0kW時，燃油耗油率僅為348.58g/kW·h。
怠速對比。當發動機不作任何調整的情況下，用原機油轉速為597r/min，而用改性發動機油轉速升至658r/min，提高了10.2％。
氣缸壓力對比。用原機油轉速為4.5kgf/cm2，而用改性發動機油升至5.8kgf/cm2，增加了28.9％。
怠速排放對比。用原機油時，HC和NOx排放分別是875ppm和166ppm；而用改性發動機油后分別降至350ppm和132ppm。
實施例3中速船用柴油機，缸徑×沖程＝φ600mm×2250mm。每缸功率為2360KW，柴油耗油率為175g/kW·h，潤滑油耗油率為1.4g/kW·h。在現用潤滑油中加入9×10-6超分散納米碳，其中金剛石占60％。柴油耗油率降至162g/kW·h，潤滑油耗油率降至0.7g/kW·h。同時，減摩抗磨效果明顯。耐磨鋼頂環的磨耗率由 且無燒剝損傷。
本發明提出的改性發動機油，包括汽油機油，柴油機油和汽油機柴油機通用油等。它廣泛用于汽車、船舶、鐵路機車、飛機及坦克等發動機，均能節省燃油和機油用量，改善發動機的運行且延長使用壽命。
權利要求
1.一種改性發動機油，其特征在于發動機潤滑油中加入粒徑小于20nm平均為3～6nm的超分散碳作為極壓抗磨劑和油性劑，其濃度為1×10-7～9×10-5Vol.，其中金剛石占10～98％。
2.據權力要求所述的一種改性發動機油，其特征在于加入的超分散的納米碳顆粒是經表面改性處理的，因而可長期存放而無沉淀。
全文摘要
一種改性發動機油，用于各種發動機的潤滑油。于礦物潤滑油中加入粒徑小于20nm平均為3～6nm的超分散碳顆粒作為極壓抗磨劑和油性劑，加入濃度為1×10
文檔編號C10M125/02GK1414074SQ02131228
公開日2003年4月30日 申請日期2002年9月17日 優先權日2002年9月17日
發明者張書達, 張文剛 申請人:張書達