亞微米銅基磨合修復劑及其用途

《亞微米銅基磨合修復劑及其用途》是吉維群於2010年7月13日申請的專利，該專利的申請號為2010102252973，公布號為CN101886016A，授權公布日為2010年11月17日，發明人是吉維群。

《亞微米銅基磨合修復劑及其用途》提供了一種兼有磨合和修復功能且效果可靠的亞微米銅基磨合修復劑，其製備方法是以亞微米銅粉為基礎原料，經去離子水洗滌、用無水乙醇打漿反覆多次真空抽濾，置換出其中的水分，再進行油溶性處理，再次真空抽濾後用合成潤滑油所用的基礎油（聚α-烯烴油類）打漿，漿料比重範圍是0.86～0.95，按照漿料總體積的0.5～3.5％比例加入抗氧化劑攪拌熟化製得。該發明兼有磨合和修復功能且效果可靠、抗氧化性極強，兼有納米銅粉修復劑的優勢，又彌補了納米銅粉易氧化的缺陷，成為新一代的機械磨合修復劑。套用於機械磨合領域特別是發動機（包括汽車、輪船、機車等發動機），以潤滑油為稀釋分散介質，磨合和修復雙重功效，降低了能耗、減排、延長發動機壽命。

2016年12月7日，《亞微米銅基磨合修復劑及其用途》獲得第十八屆中國專利優秀獎。

基本介紹

• 中文名：亞微米銅基磨合修復劑及其用途
• 公布號：CN101886016A
• 授權日：2010年11月17日
• 申請號：2010102252973
• 申請日：2010年7月13日
• 申請人：吉維群
• 地址：重慶市南岸區匯龍路66號1幢1單元3-2
• 發明人：吉維群
• Int.Cl.：C10M161/00(2006.01)I；C10N40/25(2006.01)N；C10N30/10(2006.01)N；C10N30/06(2006.01)N
• 代理機構：重慶市前沿專利事務所
• 代理人：郭雲
• 類別：發明專利

專利背景

據統計，截至2010年7月發動機與機械運轉時摩擦消耗的能源占了世界一次性石化能源消費的50％左右，從材料與技術上解決摩擦導致的能源無謂消耗，就成了節能減排與發展低碳經濟的攻關重點。

截至2010年7月，潤滑油是能夠為市場與廣大客戶所能接受的最好的減磨與潤滑材料，但潤滑油只能減少與延緩發動機磨損，只具有減磨與潤滑作用，而沒有修復作用，不能改變發動機逐步磨損報廢的趨勢。在摩擦經濟研究領域，有人做過經濟投入與效益產出的分析，一旦在摩擦潤滑與機械修復產業方面形成實質性突破，付諸產業化與實際套用後的經濟投入與收益比將是1:30～70。因此，最近二十年來，中國國內外很多大企業（包括石化能源產業巨頭）與著名科研院所，都投入了巨大資金與力量，將最新的科研成果向這個領域轉化延伸，以期占領節能減排與發展低碳經濟的制高點，並獲得巨大經濟回報，因此最近市場上不斷有各種抗磨、磨合、修復與潤滑節能新材料問世。

然而這些節能新材料大部分屬於油性抗磨、抗極壓材料，且多以潤滑添加劑的形態出現。由於這種添加劑不能完全適應發動機高溫摩擦環境，高溫會導致機油粘度下降與材料結構分解，分解產物容易粘附在發動機表面，導致發動機摩擦阻力增加且清洗困難；部分高分子超微細填充材料低溫下效果還好，但在高溫下也會變軟影響使用；無機鹽類抗極壓材料：氯離子/硫酸根/硼酸鹽/鉬酸鹽等有一定的抗磨效果，但因填充修復量太少，經濟性不高、實用價值不大；納米陶瓷材料有一定的填充效果，但無法與金屬摩擦面有效結合也無修復作用，且大部分陶瓷顆粒太硬會損傷發動機摩擦金屬面。

高化學穩定的軟質金屬：金、銀、鉛、銅比較適合這種摩擦環境，除了金、銀材料貴、鉛有毒外，其粒子與潤滑油搭配使用時必須穿過機油濾芯的孔徑，因此這些金屬顆粒必須小於5微米，否則會堵塞油路，導致發動機供油不暢而遭損壞，而2010年7月前由於技術限制，工業化銅粉生產技術達不到這個細度，美國一個最好的著名品牌銅粉修復劑產品最細只能到達8微米，主要用於軍事裝備，同時發動機間隙增加而導致油耗明顯上升。

2010年7月前也有少量納米銅粉用於高檔專用潤滑油的抗磨與修復，在散熱與膜層修複方面較傳統二硫化鉬、鉛粉具有很好的效果，對改善軸承潤滑與穩定動力輸出等方面得到了專家們的認可。但是由於納米級銅粉太細，濃度增加到一定程度後自摩擦阻力大，與金屬摩擦面的粗糙度不匹配，填充修復效果因顆粒太細受到較大影響，特別是納米銅粉抗氧化能力不夠，易氧化為氧化銅，使用時間太長會對發動機造成一定損害，另外純納米銅粉由於易氧化導致保存困難、粒子太細收得率低，生產原料有毒、還原後再處理困難，這些因素導致納米銅粉的生產成本很高，加上產量低，無法大量滿足市場需求。

發明內容

專利目的

《亞微米銅基磨合修復劑及其用途》的目的是提供一種兼有磨合和修復功能且效果穩定可靠的亞微米銅基磨合修復劑，該發明的目的還在於提供了亞微米銅基磨合修復劑在基礎磨合修復中的用途，特別是在發動機磨合修復中的用途。

技術方案

《亞微米銅基磨合修復劑及其用途》的亞微米銅基磨合修復劑是按下述方法製備的：

（1）將亞微米銅粉加去離子水配成120～180克/升濃度的漿料，靜置90～120秒後取上面的漿料，用懸液分離法和過濾篩分法分離去除亞微米銅粉中大的銅粉粒子，使粒子大小是0.1～3.0微米；

（2）採用真空抽濾法，用去離子水反覆洗滌分離漿料中的可溶性鹽分，用50克/升濃度的氯化鋇溶液檢查直到無硫酸根離子為止；

（3）將步驟（2）所得濾餅用無水乙醇打漿並真空抽濾，洗滌置換其中所含水分，使濾餅中水分含量低於1.0％；

（4）再次將濾餅用無水乙醇打漿，控制銅粉濃度15～245克/升；

（5）攪拌狀態下，保持漿料溫度低於35℃，進行亞微米銅粉的油溶性表面處理，補加操作過程中揮發的無水乙醇，保持液位，熟化時間60～90分鐘；

（6）將步驟（5）所得漿料再次真空抽濾，濾餅為油溶性銅粉，備用；

（7）在敞口反應罐中加入聚α-烯烴油類合成潤滑油基礎油，再加入步驟（6）所得的油溶性銅粉，用高速攪拌機分散均勻，調整漿料比重0.86～0.95；

（8）按照步驟（7）所得漿料總體積的0.5～3.5％比例加入銅粉專用抗氧化劑，攪拌熟化10～50分鐘，稱量包裝即可。

其中經步驟（1）所用的微米銅粉可以採用常規技術製備，經處理後的銅粉粒子的大小是0.1～3.0微米，最好是0.5～1.5微米。

步驟（4）所述加入無水乙醇打漿的量是普通技術人員根據具體情況可以自行調整的。

步驟（5）經過普通的攪拌混勻即可，不能用高速攪拌機攪拌，溫度在35℃之內，是為了儘量減少乙醇的揮發。進行油溶性處理是該領域普通技術人員能夠實現的，包括處理時所用的試劑、含量、濃度都是可以自行調整控制的。

步驟（7）所加入聚α-烯烴油類合成潤滑油的基礎油量，依據分散均勻後調節漿料比重達到0.86～0.95的需求而定。

步驟（8）所用的銅粉專用抗氧化劑以抗氧化為主，兼有熱穩定等其它功效，可以選自上海亞荔公司生產的KemallAT-449DX、廣東金昊化工有限公司生產的JH-9000B。

《亞微米銅基磨合修復劑及其用途》將0.1～3.0微米粒徑範圍的亞微米銅粉用作發動機磨合修復基礎材料製成一種亞微米銅基磨合修復劑，使用量是發動機原來使用的潤滑油體積的1.0～10％兩者搭配混合使用，利用其中亞微米銅粉與金屬摩擦面粗糙度（0.508～25.4微米）相匹配的特性，以及亞微米銅粉高活性特點，在機械運轉過程中摩擦產生的高溫、高壓環境下，逐步完成金屬摩擦面的填充修復、形成金屬表面軟質銅合金保護層，加上亞微米銅粉在潤滑油膜中的滾珠與墊片作用，可以明顯減少發動機金屬摩擦面的間隙（正常在10～20微米），提高發動機壓縮比、增加動力輸出，減少摩擦阻力。《亞微米銅基磨合修復劑及其用途》較傳統納米銅粉及其它各種油性添加劑、高分子樹脂顆粒、納米陶瓷材料等能夠更好地解決機械運轉時摩擦部件（比如發動機）金屬摩擦面的磨合、修復與潤滑問題，體現在能逐步恢復並提高舊車發動機的功率、扭矩與動力輸出，減少油耗，大大延長發動機使用壽命，保護新車發動機磨合期間的安全性，減少磨損、提高磨合質量。還可套用於輪船、機車等的發動機的磨合修復。

特別提出的是，《亞微米銅基磨合修復劑及其用途》的亞微米銅基磨合修復劑不能稱為潤滑油的添加劑，相反，發動機潤滑油是該亞微米銅基磨合修復劑的稀釋材料與分散介質，在搭配使用過程中兩者共同完成減磨、磨合、修復、潤滑作用，保護髮動機與壓縮機、齒輪機等各種設備的傳動部件，提高動力輸出、減少摩擦阻力，延長潤滑油的使用壽命，推動節能減排與低碳經濟發展。該發明除了對各種新舊發動機具有磨合修復作用外，同時適合所有添加潤滑油進行潤滑保護的各種運轉機械的摩擦修復，所以可作為一種通用機械磨合修復材料。

在磨合修復原理方面，《亞微米銅基磨合修復劑及其用途》採用超細亞微米銅粉作為發動機磨合修復的基礎材料，主要是利用了亞微米銅粉質軟、粒徑合適、耐磨性好、抗壓能力強、抗菌殺菌效果突出、活性高、銅合金化溫度低等特點，潤滑油中微米銅粉通過機油泵的輸送作用，首先填充在金屬面的磨損處起填充修復作用，潤滑油膜中數百萬個經過油溶性處理的抗壓能力極強的亞微米銅球作為滾珠可以間隔摩擦金屬面，減少金屬面的直接磨損，減少摩擦阻力。另外，亞微米銅粉容易與發動機磨損下來的金屬粉末（鐵屑或鋁屑）及其它相關材料，利用高溫、高壓、材料電勢差和磨合作用時間，逐步形成一層軟質、耐磨、彈性銅合金修復層，最終到達並實現磨損與修復的自動平衡，起到減少發動機間隙、提高輸出動力、減少震動、降低油耗與增加發動機壽命的作用。

多餘的銅粉在運轉過程中相當於大量滾珠，將滑動摩擦變為滾動摩擦，摩擦係數大大降低（滾動摩擦係數僅為滑動摩擦係數的八到十分之一左右），能耗與損耗也會大大降低。

銅還是很好的燃燒催化劑，有利於燃料氣體的充分燃燒，達到節油與減排之目的，甚至可以用低標號油替代高標號油，達到節約資源與降低客戶使用成本的目的。

《亞微米銅基磨合修復劑及其用途》特別套用於發動機的磨合修復，具體用法是：首先停發動機，檢查機油是否清亮，將該發明按照發動機潤滑油總體積的1～8％直接加入到機油箱中，開啟發動機，空檔運行10分鐘，然後直接使用即可。待運行2000公里後，根據發動機動力與振動情況，再分次每次按照機油1～2％體積比例補加亞微米銅基磨合修復劑後繼續運行修復，直到與新車發動機動力與振動情況接近為止。

為了證實《亞微米銅基磨合修復劑及其用途》的磨合修復效果，做了以下試驗：

2010年1月初到2月中旬，在重慶力帆集團，選用了一台進行過6000千米（相當於強化試驗50小時，狀態較佳）道路試驗的162FMJ型（CG150）發動機，按照機油使用量（1000毫升）添加6％銅基磨合修復劑（60毫升），在試驗台架上按照重慶力帆公司相關強化試驗標準進行了200小時強化耐久試驗，後又根據試驗進展情況增加了100小時，加上通路運行前後共進行350小時發動機強化耐久試驗。

試驗要求為：在初始0小時時測試發動機外特性性能指標：最大功率、扭矩、最低燃油消耗率，隨後加入發動機所需機油總體積量6％的《亞微米銅基磨合修復劑及其用途》產品，在普通發動機油中開始進行耐久試驗，分別在20、60、100、150、200、250、300小時測試發動機外特性性能，每30小時查看機油工作情況，根據機油消耗狀況補充機油，結果如下表所示：

該發明對發動機磨合修複試驗結果數據表

試驗時間（小時）	性能指標
	最大功率（千瓦） 8500轉/分	最大扭矩（牛·米） 7500轉/分	最低油耗率 （克/千瓦·小時）
力帆發動機出廠標準	8.2	9.8	354
（初始）0	8.38	10.23	358
20	8.25	9.9	370
60	8.52	10.48	354
100	8.69	10.57	344
150	8.46	10.39	329
200	8.55	10.65	339
250	8.51	10.58	328
300	8.62	10.53	332

通過以上數據，得到如下結論：

（1）經過350小時強化耐久試驗後拆機查看，相關零件沒有異常磨損，機油顏色粘度正常，說明《亞微米銅基磨合修復劑及其用途》可以在發動機上長期安全使用；

（2）在加入《亞微米銅基磨合修復劑及其用途》後，發動機三大基礎性能參數均出現好的發展趨勢，有不同程度的提升，而且明顯超過了出廠標準，說明在磨合修復過程中逐步找到了系統的最佳平衡點；

（3）加入《亞微米銅基磨合修復劑及其用途》後，發動機機油使用壽命較普通機油有明顯的延長，減少了機油的更換次數和使用量。

（4）通常情況下，（CG150）發動機的強化試驗周期只有100小時，出口檢驗按照200小時進行，通過以上強化運行350小時後各項指標判斷，添加了《亞微米銅基磨合修復劑及其用途》亞微米銅基磨合修復劑後發動機壽命大大延長，從理論上講可以無限延長發動機壽命，這對機械再造工程，可實現節能減排與資源綜合利用意義重大。

對於新車汽車發動機的磨合，除了具有保護作用外，還可減少磨損量、縮短磨合周期，更重要的是提高發動機磨合後的各項性能參數，接近並超過原來產品標準，不妨這樣理解，發動機加工安裝出來後只是初品，而磨合過程也可以稱為精加工過程，磨合也作為新發動機必需的精加工過程。

有益效果

《亞微米銅基磨合修復劑及其用途》的有益效果是該產品以亞微米銅粉為原料，經抗氧化處理和油溶性處理，使所得的產品磨合和修復效果好、抗氧化性極強，兼有納米銅粉的優勢，又彌補了納米銅粉易氧化的缺陷，成為新一代通用機械磨合修復劑。套用於機械磨合領域特別是汽車發動機，以潤滑油為稀釋分散介質，兼有磨合和修復功能，降低了能耗，減排，延長發動機壽命。

技術領域

《亞微米銅基磨合修復劑及其用途》涉及一種機械磨合修復劑，特別涉及一種亞微米銅基磨合修復劑，該發明還涉及該亞微米銅基磨合修復劑在機械磨合修復中套用，特別是在發動機磨合修復中的套用。

權利要求

1.一種亞微米銅基磨合修復劑，其特徵是按下述方法進行製備：

（1）將亞微米銅粉加去離子水配成120～180克/升濃度的漿料，靜置90～120秒後取上面的漿料，用懸液分離法和過濾篩分法分離去除亞微米銅粉中大的銅粉粒子，使粒子大小是0.1～3.0微米；

（2）採用真空抽濾法，用去離子水反覆洗滌分離漿料中的可溶性鹽分，用50克/升濃度的氯化鋇溶液檢查直到無硫酸根離子為止；

（3）將步驟（2）所得濾餅用無水乙醇打漿並真空抽濾，洗滌置換其中所含水分，使濾餅中水分含量低於1.0％；

（4）再次將濾餅用無水乙醇打漿，控制銅粉濃度15～245克/升；

（5）攪拌狀態下，保持漿料溫度低於35℃，進行亞微米銅粉的油溶性表面處理，補加操作過程中揮發的無水乙醇，保持液位，熟化時間60～90分鐘；

（6）將步驟（5）所得漿料再次真空抽濾，濾餅為油溶性銅粉，備用；

（7）在敞口反應罐中加入聚α-烯烴油類合成潤滑油基礎油，再加入步驟（6）所得的油溶性銅粉，用高速攪拌機分散均勻，調整漿料比重0.86～0.95；

（8）按照步驟（7）所得漿料總體積的0.5～3.5％比例加入銅粉專用抗氧化劑，攪拌熟化10～50分鐘，稱量包裝即可。

2.如權利要求1所述的亞微米銅基磨合修復劑，其特徵是經步驟（1）處理後的銅粉粒子大小是0.5～1.5微米。

3.如權利要求1所述的亞微米銅基磨合修復劑在機械磨合修復中的套用。

4.如權利要求1所述的亞微米銅基磨合修復劑在發動機磨合修復中的套用。

實施方式

實施例1 製備亞微米銅基磨合修復劑

（1）取亞微米超微細銅粉250克，加去離子水按照125克/升濃度製成漿料2000毫升，用懸浮法攪拌靜置95秒後，取上麵漿料並用60目銅篩過濾；

（2）用真空抽濾，去離子水反覆洗滌其中的可溶性鹽分，至用50克/升的氯化鋇溶液檢查未見白色沉澱物析出，確定不再含有硫酸根離子；

（3）將濾餅用無水乙醇2000毫升打漿反覆並真空抽濾五次，置換其中所含水分，使濾餅中水分含量低於1.0％；

（4）用無水乙醇打漿，按照125克/升濃度配置，漿液體積為2000毫升；

（5）攪拌狀態下，控制溫度低於35℃，進行油溶性處理，即依次加入銅粉重量1.5％雙十六烷基二硫代磷酸3.75克、2.5％油酸6.25克、1.0％矽氧烷偶聯劑即成都道奇威公司提供的7033B（2.5克）進行有機化處理，補加操作過程中揮發的無水乙醇保持液位，熟化時間90分鐘；

（6）漿料再次真空抽濾，濾餅為油溶性銅粉，備用；

（7）在反應罐中加入合成潤滑油基礎油（聚α-烯烴油）2000毫升，再加入製備好的油溶性銅粉245.8克，用高速攪拌機（轉速2500轉/分）分散均勻後檢查所得漿料比重，補加基礎油調節比重0.87；

（8）按照漿料總體積的0.8％比例加入抗氧化劑KemallAT-449DX計16毫升，攪拌熟化30分鐘即可。

實施例2 製備銅基磨合修復劑

（1）取銅粉150克加去離子水打成漿料1000毫升，靜置120秒後取上麵漿料，用懸浮法與60目銅網過濾篩分離出大於3微米的銅粉；

（2）採用真空抽濾，去離子水洗滌其中的可溶性鹽分，至用50克/升的氯化鋇溶液檢查未見白色沉澱物析出，確定不再含有硫酸根離子；

（3）將濾餅用無水乙醇1500毫升打漿反覆真空抽濾五次，置換其中所含水分，使濾餅中水分含量低於1.0％；

（4）用無水乙醇打漿，使漿液中銅粉的濃度是150克/升；漿液體積為1000毫升；

（5）攪拌狀態下，控制溫度低於35℃，進行油溶性處理，即依次加入3％雙十六烷基二硫代磷酸4.5毫升、3.0％油酸4.5毫升、1％矽氧烷偶聯劑1.5毫升進行有機化處理，補加操作過程中揮發的無水乙醇保持液位，熟化時間90分鐘；

（6）漿料再次真空抽濾，濾餅為油溶性銅粉，備用；

（7）在反應罐中加入合成潤滑油基礎油（聚α-烯烴油）1500毫升，再加入製備好的油溶性銅粉145.6克，用高速攪拌機（轉速2200～2500轉/分）分散均勻後檢查所得漿料比重，補加基礎油調節比重0.89；

（8）按照漿料總體積的1％比例加入抗氧化劑廣東金昊化工有限公司生產的JH-9000B10毫升，攪拌熟化50分鐘即可。

實施例3

2010年6月10日，將一台2004年生產的桑塔納3000（已運行21萬公里，車牌號是渝AZ8785）送國家機動車質量監督檢驗中心（重慶）進行發動機性能檢測。先按照國家相關標準進行空白檢測，每百公里油耗為9.36升（93號汽油）。6月11日，使用《亞微米銅基磨合修復劑及其用途》的亞微米銅基磨合修復劑一瓶248毫升直接加入到潤滑油箱中（添加比例6.1％），與原來已經運行了2500公里的機油進行直接混合，然後直接前往重慶東南墊江、彭水、酉陽及重慶周邊進行發動機的磨合修復。6月23日，經過2100公里的運行與磨合修復，送檢測中心按照國家標準檢測，每百公里油耗為9.05，節油率達到3.3％，而該中心自建立起，檢測了中國國內外數百個節能產品與方案，節油率從來沒有超過2.9％。

實施例4

2009年9月23日，將《亞微米銅基磨合修復劑及其用途》的亞微米銅基磨合修復劑液按照機油5％比例添加到一輛跑了11.5萬公里的北京現代車（渝BW2931）發動機中進行磨合修復，後根據發動機狀況，先後補加4次亞微米銅基磨合修復劑，2009年11月，開始改使用90號汽油替代93號汽油，2010年2月10日跑了1.5萬公里才換機油，換機油後按照5％比例添加修復劑，2010年4月下旬，將試驗汽車送重慶七公里尾氣檢測站做尾氣排放，尾氣中碳氫化合物只有14毫克/升，比標準170毫克/升低91％以上，說明減排效果非常明顯。

榮譽表彰

2016年12月7日，《亞微米銅基磨合修復劑及其用途》獲得第十八屆中國專利優秀獎。