八水合磷酸钴纳米花及钛合金冷轧润滑剂制造技术

本发明专利技术公开了一种八水合磷酸钴纳米花及钛合金冷轧润滑剂，首先将二价可溶性钴盐溶液逐滴加入正在搅拌的磷酸缓冲溶液中，搅拌至由紫色溶液变为大量粉红色沉淀，分离粉红色沉淀物及得到磷酸钴纳米花。该八水合磷酸钴纳米花由生长方向不同的厚片组成，每个厚片由4nm左右的多层薄片堆积而成。然后将八水合磷酸钴纳米花分散在冷轧润滑基础液中，得到钛合金冷轧润滑剂，用于钛合金的冷轧加工过程，具有很好的润滑效果和边界润滑性能，也可显著提高抗磨性能，有效减少划痕、拉花、划伤、烧结、焊合、拉爆等现象的发生。爆等现象的发生。爆等现象的发生。

【技术实现步骤摘要】
八水合磷酸钴纳米花及钛合金冷轧润滑剂


[0001]本专利技术属于冷轧润滑剂领域，涉及一种冷轧润滑剂添加剂，尤其涉及一种八水合磷酸钴纳米花及钛合金冷轧润滑剂。

技术介绍

[0002]钛合金具有的良好的耐蚀、比强度、无磁性及高低温性能等特点成为令人瞩目的高性能新材料，二十世纪五十年代以后在军用和民用领域都充满活力，钛工业以平均每年约8％的增长速度发展。在航空航天领域，钛和其合金主要用于航空航天和军事工业上面，钛在航空航天上的应用约占钛总产量的80％左右；在民用方面，高尔夫球头、民用自行车、各种钛制容器(压力容器，化学、电镀液槽)等也进入了人们的生活；医学领域，医用钛合金无毒质轻、比强度高。具有的极好的生物相容性和耐腐蚀性，也是较为理想的医用金属材料、可用于作植入人体的植入物等。此外，建筑行业、农业和畜牧业、核工业、军械方面、汽车行业都出现了良好的发展势头。
[0003]虽然钛合金本身的材质特点使其在很多领域都有很大的优点，且成品价格高，利润空间大，但它的加工工艺复杂，加工难度高，废品率居高不下也是令很多钛合金加工企业头疼不已。所以选择可靠的钛合金冷轧润滑剂，也称为拉伸油、成型油等，就显得尤为重要。其中冷轧润滑剂的润滑性质是冷轧加工过程中重要的性能。
[0004]专利CN103409202A公开了一种钛及钛合金箔材冷轧润滑剂，采用7号工业白油作为基础油，配合多种复合添加剂，包括抗磨剂、油性剂、抗氧防腐剂、抗氧剂、抗泡剂、金属减活剂。该专利技术的钛及钛合金馅材冷轧润滑剂，具有良好的工艺洞滑性能，增加变形区内油膜强度，降低摩擦系数，组成和性能稳定，对金属和设备无腐蚀，无毒性，无刺激性气味。但是其采用的抗磨剂为硼酸盐、硫代磷酸胺盐组成，是油溶性液体抗磨剂，单个分子量有限，形成油膜厚度和油膜的承载能力均有限。而目前研究比较火热的纳米材料，是固体物质，不会溶解于基础油中形成小分子，微观机械性能较好，形成的油膜较厚，且油膜的承载能力更强。另一方面，油溶性抗磨剂是溶解在基础油中的，当处理废油时，含磷元素的废油需要采用化学沉淀法才能完全去除。而纳米材料含磷元素就很容易处理，因为是固体，可以直接过滤去除。纳米材料在废油处理和环保方面都更有优势。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的正是基于上述问题，提出了一种钛合金冷轧润滑剂。在冷轧润滑基础液中加入八水合磷酸钴纳米花，所述的八水合磷酸钴纳米花在冷轧润滑基础液中的质量百分含量为0.5
‑
80％。该八水合磷酸钴纳米花为由生长方向不同的厚片组成的球状结构，每个厚片由4nm左右的多层薄片堆积而成。在冷轧润滑基础液中加入八水合磷酸钴纳米花，用于钛合金的冷轧加工过程，具有很好的润滑效果和边界润滑性能，也可显著提高抗磨性能，有效减少划痕、拉花、划伤、烧结、焊合、拉爆等现象的发生。
[0006]为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0007]一种钛合金冷轧润滑剂，包括冷轧润滑基础液和分散在冷轧润滑基础液中的八水合磷酸钴纳米花，八水合磷酸钴纳米花的质量百分含量为0.5
‑
80％。
[0008]优选地，所述冷轧润滑基础液为油基润滑油，选自链烷烃、烯烃、炔烃、卤代烃、氢化烃、芳香烃、杂环化合物中任意一种或者多种混合物。
[0009]具体可以是500SN基础油、PAO8基础油、花生油基础油。
[0010]优选地，所述八水合磷酸钴纳米花的微观结构为：由生长方向不同的厚片聚集组成的球状结构，每个厚片由纳米级的多层薄片堆积而成。
[0011]优选地，所述薄片的厚度为3
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10纳米。
[0012]优选地，所述八水合磷酸钴纳米花的球状结构的直径为3
‑
15微米。
[0013]本专利技术还提供一种八水合磷酸钴纳米花的制备方法，具体如下：
[0014]将二价可溶性钴盐溶液逐滴加入正在搅拌的磷酸缓冲溶液中，搅拌至由紫色溶液变为大量粉红色沉淀，分离粉红色沉淀物及得到磷酸钴纳米花。
[0015]优选地，所述磷酸缓冲溶液的pH为8
‑
12。
[0016]优选地，所述二价可溶性钴盐溶液与磷酸缓冲溶液的摩尔浓度比为：1:0.7
‑
1.5。
[0017]优选地，所述磷酸缓冲溶液的搅拌速度大于200转/分钟。
[0018]优选地，所述二价可溶性钴盐溶液包括乙酸钴、硝酸钴、硫酸钴、氯化钴中的任意一种或者几种混合物。
[0019]本申请与申请人在先专利“一种提高润滑油润滑性能的方法”(专利号：ZL202210587306.6)中的多孔结构磷酸铜采用了不同的制备方法和使用原理。
[0020]制备方法不同：已申请专利中的磷酸铜的制备方法为一步沉淀法，利用磷酸根与铜离子的沉淀结晶。申请人在实验中发现，采用一步沉淀法能够得到磷酸钴纳米花，但是无法得到八水合磷酸钴纳米花。本申请中八水合磷酸钴纳米花的SEM图如图1所示，纳米花整体为球状，由生长方向不同的厚片组成，每个厚片由4nm左右的多层薄片堆积而成，如图2所示。XRD图谱如图3所示，纳米片厚度测定如图4所示。而简单沉淀法得到的八水合磷酸钴的微观结构如图5所示，为大片无规则且团聚的小颗粒。本申请只有在搅拌的情况下，溶液充分接触的情况下才可形成八水合磷酸钴纳米花。
[0021]润滑机理不同：本申请的机理主要是2个：
[0022](1)吸附形成保护层—抗磨。钛合金由于自身的化学性质活泼，很容易吸附氮氧等元素，八水合磷酸钴纳米花与钛合金接触，可通过P
‑
O
‑
Ti键吸附在钛合金表面，从而形成保护层，有效保护钛合金在冷轧加工过程中出现严重的磨损和粘附现象，实现优异润滑性能。单独使用润滑油或润滑液进行加工时，钛合金表面会出现大量的磨屑粘附在表面，粗糙度大，如图6所示。而采用含有八水合磷酸钴纳米花的润滑油进行润滑时，可观察到表面沉积有一层物质，且表面变光滑，沉积层在钛合金表面的SEM图和EDS分析如图7所示。所形成的P
‑
O
‑
Ti键已通过XPS测试被证实，如图8所示。
[0023](2)特殊纳米花结构中纳米片界面的低剪切力—润滑。该八水合磷酸钴纳米花由生长方向不同的厚片组成，每个厚片由4nm左右的多层薄片堆积而成。大量研究已经表明，二维纳米片层之间的界面剪切力是非常低的。本申请中的厚纳米片吸附在钛合金表面之后，在机械摩擦力的作用下，厚纳米片中的薄纳米片之间发生片片间的滑移，该滑移阻力很低，从而促进润滑。为证明片片之间的低剪切力滑移，斯特里贝克曲线被测定，如图9所示，
加入八水合磷酸钴纳米花的润滑剂，曲线在边界润滑、混合润滑和流体润滑区域内的摩擦学系数均降低，曲线整体下移，由于吸附保护层的存在，是油膜厚度增大，曲线向右移。
[0024]与现有技术相比，本专利技术的优点在于：
[0025](1)制备方法简单易行，实验过程温和简单，无特殊设备，无需高温等激烈实验方法，符合绿色环保路线。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钛合金冷轧润滑剂，其特征在于：包括冷轧润滑基础液和分散在冷轧润滑基础液中的八水合磷酸钴纳米花，八水合磷酸钴纳米花的质量百分含量为0.5
‑
80％。2.根据权利要求1所述的钛合金冷轧润滑剂，其特征在于：所述冷轧润滑基础液为油基润滑油，选自链烷烃、烯烃、炔烃、卤代烃、氢化烃、芳香烃、杂环化合物中任意一种或者多种混合物。3.根据权利要求1所述的钛合金冷轧润滑剂，其特征在于：所述八水合磷酸钴纳米花的微观结构为：由生长方向不同的厚片聚集组成的球状结构，每个厚片由纳米级的多层薄片堆积而成。4.根据权利要求3所述的钛合金冷轧润滑剂，其特征在于：所述薄片的厚度为3
‑
10纳米。5.根据权利要求1所述的钛合金冷轧润滑剂，其特征在于：所述球状结构的直径为3
‑
15微米。6.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾丹，段林林，段海涛，詹胜鹏，凃杰松，章武林，金义杰，
申请(专利权)人：中国机械总院集团武汉材料保护研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：