СМАЗОЧНАЯ КОМПОЗИЦИЯ Российский патент 1994 года по МПК C10M129/40 C10N30/06 

Изобретение относится к смазочным композициям и может быть использовано в различных областях машиностроения в качестве смазочного материала для редукторов, коробок передач, направляющих металлорежущих станков и в других аналогичных узлах трения.

Известна смазочная композиция для двигателей внутреннего сгорания, представляющая собой базовое масло с добавлением 0,05-1 мас.% металлических солей жирных кислот (главным образом лаураты и стеараты двухвалентного олова или свинца), которые применяются сами по себе или в комплексе с диметилсульфоксидом. Эта композиция обладает хорошими противоизносными свойствами [1] , но недостаточно высокими противозадирными и антифрикционными свойствами. Кроме того, как известно, эти соли плохо растворимы в маслах.

Известны смазочные композиции на основе минерального масла, используемые в промышленности, в частности, в качестве смазочных материалов для редукторов, коробок передач, и т. д. (см., например, масло МС-20 по ГОСТ 21743-76, применяемое для этой цели в автомобилях БелАЗ) [2]. Недостатком подобной композиции является значительный износ шестерен в ее присутствии (10 мкм за 60 часов испытания на зубчатом стенде IАЕ по квалификационному методу, утвержденному Госстандартом СССР для масла МС-20), низкая удельная нагрузка заедания (1600 МПа, невысокая температурная стойкость (160^оС для того же масла).

Известны смазочные композиции, включающие пакеты присадок различного значения, используемые в качестве трансмиссионных масел (трансмиссионные масла по ГОСТ 23.652-72: ТСп-10, ТАп-15В, ТСп-15к и т.д.) [3]. Недостатком подобных композиций являются низкие противоизносные свойства (износ зубьев шестерен при испытании на стенде IАЕ: 22 мкм для масла ТСп-10, 14-15 мкм для масла ТСп-15В, 10-12 мкм для масла ТСп-15к), а также низкая противопиттинговая стойкость.

Использование триолета циклопентадиенилолова в смазочных композициях в концентрации 0,4-1 мас.% не обеспечивает достаточной температурной стойкости [4].

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является смазочная композиция, содержащая минеральное масло и присадку МКФ-18, состоящую из олеиновой кислоты и олеата одновалентной меди [5]. Недостатком композиции являются низкие противоизносные и противозадирные свойства и низкая температурная стойкость.

Целью изобретения является разработка смазочной композиции, обладающей улучшенными противозадирными, противоизносными, противопиттинговыми свойствами и повышенной температурной стойкостью при трении.

Цель решается тем, что смазочная композиция, содержит базовое масло и присадку на основе олеиновой кислоты и производного карбоновой кислоты. В качестве производного карбоновой кислоты содержит соединение общей формулы R_n - Э - (ОСОR^I)_4-n или их смесь, где R - алкил С₁ - С₅ или циклопентадиенил; R¹ - алкил или алкенил С₁₇ - С₂₀; Э = Si, Ge, Sn, n = 0-2 при следующем соотношении компонентов в присадке, мас.%:
Олеиновая кислота 5-7
Производное карбоновой
кислоты указанной формулы 93-95 и при содержании присадки в масле 1,5-4 мас.%.

В качестве производных карбоновой кислоты могут быть использованы тетраолеаты кремния, германия, олова, триолеаты и диолеаты алкил- или циклопентадиенилкремния, - германия, - олова, или соответствующие производные стеариновой кислоты.

Композиции смазочных масел испытаны по критериям противоизносных, противозадирных и противопиттинговых свойств и критерию температурной стойкости.

Температурная стойкость сравниваемых смазочных композиций оценивалась с использованием метода экспериментальной оценки температурной стойкости материалов при трении по ГОСТ 23.221-84, сущность которого состоит в триботехническом испытании сопряжения при точечном контакте, образованном вращающимся с постоянной скоростью (0,24 мм/с) шаром диаметром 8 мм и тремя неподвижными шарами того же диаметра, зажатыми в специальной оправке, при постоянной нагрузке (108 Н) и ступенчатом повышении объемной температуры шаров и окружающего их смазочного материала от внешнего источника тепла. Во время испытаний (продолжительность испытания при каждой температуре - 60 с) регистрируют момент трения, по изменению которого судят о температурной стойкости смазочного материала. Минимальная температура, при которой для данного сочетания смазочных материалов и материалов трущихся образцов (для данного случая - стандартных шаров из стали ШХ-15) происходит разрушение смазочных слоев, образованных смазочным материалом и разделяющих трущиеся поверхности - что проявляется в резком повышении момента трения - называется критической температурой. По ее величине судят о температурной стойкости смазочного материала, т.е. о его способности сохранять свои смазочные свойства до определенной температуры.

Противозадирные, противоизносные и противопиттинговые свойства сравниваемых композиций оценивали на шестеренном стенде IАЕ-3¹/4 (Англия). Методика испытаний соответствует квалификационному методу комплексной оценки смазывающих свойств масел, утвержденному Госкомиссией по испытанию масел, топлив и специальных жидкостей при Госстандарте СССР решением N 23/1-123 от 1986 г. Машина IАЕ имеет привод от синхронного двигателя, который передает вращение замкнутому контуру через клиноременную передачу со сменными шкивами. Испытательными образцами служат цилиндрические прямозубные шестерни пятой-шестой степени точности со шлифованными зубьями, цементированные и закаленные до НРС 61 из никель-молибденовой стали. Расстояние между центрами - 82,6 мм, ширина зуба - 4,8 мм, модуля - 5,2 мм, числа зубьев на шестернях 15 и 16, отношение максимальной скорости скольжения к окружной скорости - 0,475.

Применялись три типа испытаний. Оценка противозадирных свойств масел производилась при частоте вращения шестерен 4000 мин^-1 и ступенчатом нагружении узла трения. Длительность испытания при каждой ступени нагружения - 5 мин. Критерием достижения заедания является задирание минимум 60% поверхностей головок зубьев двух шестерен, резкое повышение температуры масла на выходе из зацепления шестерен, увеличение тока электродвигателя главного привода. При этом регистрируется удельная нагрузка заедания шестерен в полюсе зацепления зубьев.

При оценке противоизносных свойств смазочных композиций испытания проводились при частоте вращения шестерен 3000 мин^-1 постоянной удельной нагрузке 1500 МПа. Определялся линейный износ шестерен в полюсе зацепления до 60 ч испытания с использованием метода вырезанных лунок.

Противопиттинговые свойства сравниваемых смазочных композиций проводились при постоянной удельной нагрузке в защеплении 2400 МПа, постоянной частоте вращения шестерен 1000 мин^-1 и оценивались по числу циклов нагружения до появления питтинга.

Чем выше удельная нагрузка заедания, тем выше уровень противозадирных свойств масел. Чем ниже линейный износ шестерен, тем выше уровень противоизносных свойств сравниваемых композиций. Чем больше число циклов до появления питтинга, тем выше противопиттинговые свойства исследуемых масел.

В табл. 1-3 приведены результаты исследований функциональных свойств смазочных композиций.

Таким образом, добавка тетраолеата кремния обеспечивает повышение уровня противозадирных свойств по классификации АРI масла МС-20 с GL-1 до GL-3, т. е. увеличивает удельную нагрузку заедания в 1,45 раза, а также противопиттинговые свойства в 2 раза, снижает износ зубьев шестерен в 1,43 раза.

В отличие от большинства используемых присадок добавки типа ТОК нетоксичны для теплокровных и человека, обладают высокой скорость биодеградации и поэтому экологически безопасны. Для тетраолеата кремния получены следующие токсикологические характеристики: LD₅₀ более 5000 мг/кг для крыс; раздражающее действие на кожу и слизистые, аллергическое действие и кожно-резорбтивный эффект отсутствуют; класс опасности по ГОСТ 12.1.007-76 - IV; установление ПДК не требуется.

Использование: в производстве смазочных материалов. Сущность изобретения: смазочная композиция содержит в базовом масле 1,5 - 4 мас.% присадки. Последняя включает, мас.% 5 - 7 олеиновой кислоты и 93 - 95 соединения общей ф-лы: R-Э-(OOCR′)_4-n или их смесь, где R - (C₁-C₅) -алкил, циклопентадиенил; R′ - (C₁₇-C₂₀) -алкил(или алкенил); Э - Si, Ge, Sn; n - 0 - 2. 3 табл.

СМАЗОЧНАЯ КОМПОЗИЦИЯ, содержащая базовое масло и присадку на основе олеиновой кислоты и производного карбоновой кислоты, отличающаяся тем, что в качестве производного карбоновой кислоты композиция содержит соединение общей формулы R - Э - (OOCR′ )_4-n′ или их смесь, где R - C₁ - C₅ - алкил циклопентадиенил, R' - C₁₇ - C₂₀-алкил C₁₇ - C₂₀ - алкенил Э - Si, Ge, Sn, n = 0 - 2, при следующем соотношении компонентов в присадке, мас.%:
Олеиновая кислота 5 - 7
Производное карбоновой кислоты указанной формулы 93 - 95
и при содержании присадки в масле 1,5 - 4 мас.%.