论纳米硼酸盐润滑油添加剂的研究进展

高永强（沧州华海炼油化工有限责任公司河北 任丘061000）

长期以来使用的润滑剂是以矿物油为基础，在机械生产中所发挥的作用是节约能源、减少机械摩擦所造成的磨损，从而延长机械的使用寿命和满足苛刻条件下的润滑需求等功效。硼酸盐具有较好的摩擦学性能，是受到极大关注的润滑油添加剂。因硼酸盐具有良好的极压抗磨性能，能够在高温的情况下对铜、铁等金属产生不产生腐蚀作用，并且对金属还具有一定程度的防锈功能。虽然硼酸盐具有可观的实用性，但在研究开发中存在一些阻碍性的问题，因其在润滑剂基础油中具有分散性和油溶性的特点，导致硼酸盐不能充分发挥减小摩擦的特点，在生产应用受到限制。硼酸盐的纳米粒子因其粒径小并且表面能高，极易发生团聚现象，这种团聚现象在热力学上是不可逆的。纳米粒子在团聚后的二次粒径要比一次粒径大几十倍。因此，如何合成有机无机混合物，并通过其表面改性来控制其形貌和尺度，成为了各个领域争相关注的热点。

1 硼元素及其润滑化合物

硼大多以矿物质的形式存在于自然界，具有非常大的实用性能。运用在工业添加剂中的硼化合物被用于抗菌、防霉和抗氧化。在摩擦学领域，硼酸、氮化硼、碳化硼、过渡金属硼化物等硼的化合物被广泛运用在机械生产中，它们以薄膜或块状形式来减轻机械摩擦和防止机械磨损。其中氮化硼是由碳原子和氮原子构成的晶体，具有以下四种不同变体：立方氮化硼、六方氮化硼、纤锌矿氮化硼和菱方氮化硼。常温下的立方氮化硼润滑性能较弱，常与石墨、二硫化钼及氟化石墨混合组成高温润滑剂；而六方氮化硼结构类似于石墨的层状晶体结构，又被称为白色石墨，经常被用作润滑脂或润滑油的添加剂或是固体润滑剂，其在高温高压的情况下还能转化成立方晶体型的氮化硼。碳化硼相对氮化硼来说具有高耐磨性和高硬度的特点，被广泛用作抗冲击硬质材料和耐磨材料。近年来，硼酸在摩擦学的运用日渐受到关注，因其与六方氮化硼具有相似的层状结构，表现为三斜轴面鳞片状结晶或白色粉末状结晶，具有解理性的特点，在潮湿的环境中有很好的润滑性。另外，如硼酸酯、有机硼化物等多种含硼化合物也被用做润滑油添加剂或金属加工液。

2 无机纳米硼酸盐添加剂的合成方法

2.1 研磨法

利用研磨法，可以将含有一定数量或是不含结晶水的硼酸盐按比例的与基础油混合，在加入分散剂后，将混合物置于研钵或球磨罐中进行研磨，经过胶体磨的碾磨或震动膜的振磨，可以方便的制备硼酸盐-油分散体系，但其缺点是不易获取粒度小的硼酸盐分散体系。

2.2 复分解法

利用复分解的方法，将B(OH)3、Na2CO3或NaOH分别溶于水中，然后将B(OH)3与Na2CO3或NaOH的水溶液放置反应，在含有分散剂的油中乳化所得产物，最后将产物升温脱水，即可制得硼酸盐-油分散体系。通过复分解法值制得的硼酸盐-油分散体的稳定性强、粒度较小。但在实际操作中脱水操作的难度大，硼酸盐在脱水时较易凝结析出，从而导致其稳定性降低。

2.3 超声波乳化法

超声波乳化法是指运用较强超声波使将溶液内不溶固体粉碎成微粒，并将粉碎产物与液体充分混合得到乳化液的技术。微乳液通常由溶剂、水、表面活性剂和助表面活性剂组成。利用微乳液可以精准控制纳米材料的稳定性，限制纳米粒子的聚结等过程，使形成的纳米粒子具有一定凝聚态结构，包裹一层表面活性剂。

2.4 直接沉淀法

直接沉淀法被广泛运用在制取超细微粒操作中，其操作原理是将沉淀剂加入到金属盐溶液中，得到析出沉淀物。对沉淀物进行洗涤和热分解等处理后得到超细微产物。直接沉淀法的操作方法简单易行，对操作设备的要求不高，成本较低，并且产品纯度较高。但是难以清除原溶液内的阴离子，得到的粒子分布较宽。

3 纳米硼酸盐作为润滑油添加剂的作用机制

硼酸盐润滑油添加剂拥有良好的摩擦学性能，能适用于润滑脂、齿轮油、发动机油、金属切削油、拖拉机液压油和金属成型润滑剂。但是，由于摩擦学在摩擦热、接触压力、接触面积等方面存在的复杂性，以及含硼化合物自身结构的多样性，致使人们对硼酸盐润滑油添加剂在抗磨作用方面的认识存在争议。现阶段人们对含硼化合物润滑油添加剂作用机制存在两种观点，一种是沉积成膜，另一种是渗硼。

3.1 沉积成膜

针对硼酸盐润滑油添加剂的作用机制，有人提出沉积成膜的观点，认为硼酸盐会在机械摩擦表面生成几种固体反应物膜：硼酸盐聚合成为大分子膜，长时间沉积在机械摩擦的表面起的抗磨作用;硼酸盐分解后的两种或两种以上的润滑膜，部分或全部沉积在金属机械表面起润滑作用。添加剂分子在机械金属表面进行异化从而构成新物质并表现出抗磨性能。

3.2 渗硼

从事油品应用教学和科研工作的专家董浚修对含硼有机化合物添加剂进行了相关测试分析，并提出渗硼的观点。在相关测试中他们发现，被测金属表面具有坚实并完整的表面膜，其中B与Ca、Fe、O、Na的原子数之比分别为：163:1、7.3:1、18:1和729:1。据他们分析认为，实验中被测金属表面覆盖既不是硼酸钠和硼酸钙，也不是B的氧化物和硼酸，而是在金属表面形成的间隙化合物FexBy，这种间隙化合物能够溶解游离态的物质B从而形成的固溶体，最后覆盖在金属表面，减少剪切应力和提高机械的承载能力，达到减摩抗磨的最终目的。从其实质上看，渗硼作用是化学反应的一种。因此，结合渗硼观点可以得出：在极压情况下硼酸盐能与摩擦副表面进行化学反应，产生金属硼化物，进而达到减摩抗磨的目的。

4 结语

纳米技术是兴起于20世纪80年代末，在90年代初逐渐发展起的交叉性强的新型综合学科，被广泛运用在各个领域。随着纳米技术的迅猛发展，我国现阶段工业技术领域发生了革命性的改变。在纳米技术支持下，硼酸铜作为润滑油的纳米添加剂，改善了硼酸盐在减磨性能方面的弱点，为无机纳米材料在实际生产中的运用提供了参考凭证。

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