[发明专利]一种基于颗粒表面处理的水基纳米液压液及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于流体传动及控制领域，具体涉及一种基于颗粒表面处理的水基纳米液压液及其制备方法和应用。

背景技术

在液压传动过程中，进行能量传递、交换和控制的工作介质称为液压液。矿物油液压液以其优异的润滑性能成为液压传动最主要的介质，但是，油液压液不仅耗费大量石油资源，还在很大程度上污染了环境以及存在易燃隐患。近几十年来，随着节能环保意识的提高，水压传动技术则重新被人们所重视。但是以纯水作为液压液体现出许多劣势，如成膜能力差、极限剪应力低、润滑性能不好等。人们采用工程塑料、陶瓷、高分子材料等来减小传动中的摩擦磨损问题，然而这些技术在实际的应用推广上有很大限制。后来人们又尝试在纯水中加入某些功能性的辅助添加剂来改善水的润滑性，现有的添加剂大部分基于薄膜润滑原理，但是其薄膜厚度在绝大多数情况下都小于或接近表面粗糙度，因此很难形成有效的薄膜润滑。

近些年，人们尝试在润滑剂中加入纳米颗粒添加剂，而含有纳米颗粒的润滑剂在使用中能同时起到固体润滑和流体润滑的双重作用，并在高载荷、高温等方面表现出优异的摩擦学性能。然而，在基液中添加的纳米颗粒容易发生自聚，经过长时间的静置会产生沉淀，为保持纳米颗粒的离散状态，主要通过以下两种方法来增强纳米颗粒添加剂的悬浮稳定性：（1）使用表面活性剂或分散剂；（2）使用超声振荡。方法（1）的目的在于增加颗粒间的排斥力，抑制颗粒团聚的发生；方法（2）通过机械手段打破颗粒团聚，以获得悬浮稳定的一种水基纳米液压液。但以上两种方法只能制备短期内稳定分散的一种水基纳米液压液，不能从根本上解决水基纳米液压液的稳定性问题。

发明内容

为解决现有技术中水基纳米液压液稳定性差的问题，本发明提供一种基于颗粒表面处理的水基纳米液压液及其制备方法。本发明通过对二氧化硅纳米颗粒表面处理制备了一种稳定性能优异的水基纳米颗粒，在纯水中添加这种新型的水基纳米颗粒，可以提高纯水的抗磨减摩性能，提高纳米颗粒在纯水中的分散均匀性，减少纳米颗粒的沉淀。本发明的水基纳米液压液可应用在液压传动系统中，具有广泛的应用前景。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种基于颗粒表面处理的水基纳米液压液的制备方法，包括以下步骤：

（1）硅烷溶液的制备：将3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷与蒸馏水混合，用HCl溶液对溶液进行PH值滴定，直至PH值为2，室温下搅拌，然后用NaOH溶液将溶液PH值调节至10；

（2）纳米颗粒水溶液的制备：将二氧化硅纳米颗粒加入到蒸馏水中，超声分散制成纳米颗粒水溶液；

（3）表面改性纳米颗粒的制备：将步骤（1）制备的硅烷溶液滴加到步骤（2）制备的纳米颗粒水溶液中，并对混合液依次进行加热均质处理，透析处理，冷冻处理，抽吸冻干处理，制得表面改性纳米颗粒；

（4）水基纳米液压液的制备：将步骤（3）制得的表面改性纳米颗粒分散到纯水中，并在40℃~50℃下搅拌或静置10~12h，即制得所述水基纳米液压液。

优选的，所述步骤（1）中制备的硅烷溶液中3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷的质量分数为2%~2.5%。

优选的，所述步骤（1）中在600~700r/min下搅拌，更优选为，在700r/min搅拌速率下搅拌5小时。

优选的，所述步骤（2）中制备的纳米颗粒水溶液中二氧化硅纳米颗粒的质量分数为2.3%~2.8%。

优选的，所述步骤（2）中超声分散时间为10~12h。

优选的，所述步骤（3）中硅烷溶液与纳米颗粒水溶液质量比为1∶3.6~1∶4.2。

优选的，所述步骤（3）中加热均质处理是指：在67℃~74℃的环境下对溶液进行超声搅拌45~50h；

所述透析处理是指：在室温条件下，将加热均质处理后的溶液放入到蛇皮式透析膜中用蒸馏水进行透析，每4~5h更换一次蒸馏水，透析共持续40~48h；

所述冰冻处理是指：将透析处理后的溶液置于零下5℃~零下20℃下放置，冷冻成冰块；

所述抽吸冻干处理是指：用冻干机将冰块进行在零下50℃~零下60℃，抽吸压力≤0.7Pa下抽吸制得表面改性纳米颗粒。

优选的，所述步骤（3）制得的表面改性纳米颗粒为白色膨松状。

一种根据上述制备方法制备出的基于颗粒表面处理的水基纳米液压液。

优选的，所述水基纳米液压液中表面改性纳米颗粒的质量分数为0.5%~10%。