СМАЗОЧНАЯ МЕТАЛЛОПЛАКИРУЮЩАЯ КОМПОЗИЦИЯ Российский патент 1996 года по МПК C10M141/02 C10M141/02 C10M129/40 C10M125/04 C10M125/10 C10N30/06 

Прелагаемое изобретение относится к технологии получения смазочных материалов, в частности к антифрикционным смазочным композициям на основе масел, которые используются в узлах трения различных машин и механизмов.

Известна смазочная композиция, обладающая металлоплакирующими свойствами (1), которая для повышения износостойкости пар трения наряду с глицерином дополнительно содержит олеиновую кислоту (0,2- -2 вес.), коллоидную медь (1-20 вес.), глицерин остальное.

Недостатком данной смазочной композиции является высокий коэффициент трения при переменных и знакопеременных нагрузках в парах трения, а также ее высокая окисляемость из-за растворимости и наличия ионов Cu²⁺.

Наиболее близкой по технической сущности к предложенной нами является смазочная композиция (2), в которой в качестве плакирующей присадки к веретенному маслу добавляют высокодисперсные частицы железа в виде органозоля в количестве 2,5 мас.

Недостатком этой металлоплакирующей композиции является отсутствие каталитического эффекта дожигания топлива, низкий эффект снижения содержания токсичных газов и дымкости продуктов сгорания. Содержание СО составляет 2,7 мас. а NO_x 5,3 мас. Коэффициент трения при переменных и знакопеременных нагрузках в парах трения составляет 0,28.

Основной технической задачей предложенного решения является снижение коэффициента трения при переменных и знакопеременных нагрузках в парах трения, а также снижение содержания токсичных газов и дымности выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания. Заявляемое решение позволяет в 2,5 3,0 раза снизить коэффициент трения. Предложенная нами смазочная металлоплакирующая композиция снижает содержание окиси углерода примерно в 3,5 раза, а окислов азота в 1,8 раза. При этом наблюдается тенденция к росту эффекта с увеличением пробега (времени работы) двигателей. Аналогичные результаты были получены на бензиновых двигателях автомобилей типа ВАЗ, Москвич, УАЗ, ЗИД и др. При эксплуатации автомобилей также снижается дымность, расход топлива и масла, повышается компрессия и мощность двигателей. Каталитический эффект сохраняется при очередной замене масла еще 15 20 тыс. км пробега.

Поставленная задача решается тем, что металлоплакирующая смазочная композиция, содержащая базовое масло и ультрадисперсный порошок (УДП) железа, согласно предложенного решения содержит маслорастворимые и нерастворимые соединения железа (П) и/или железа (Ш) при следующем соотношении компонентов, мас.

маслорастворимые соединения железа (П) и/или железа (Ш) (в пересчете на железо) 0,005 0,60
маслонерастворимые соединения железа (П) и/или железа (Ш) (в пересчете на железо) 0,01 0,35
ультрадисперсный порошок железа 0,005 0,30
базовое масло остальное.

За счет использования в качестве добавки маслорастворимых соединений железа (П) и/или железа (Ш), нерастворимых в масле соединений железа (П) и/или железа (Ш) с низким коэффициентом трения, частиц ультрадисперсного порошка железа в базовом (моторном) масле при работе двигателей внутреннего сгорания (ДВС) происходит смазывание стенок цилиндров, вынос масла и его сгорание вместе с топливом.

металлоплакирующий смазочный состав, обладающий свойством образовывать пленки на поверхности пар трения, при повышенных температурах переходит в смесь оксидов железа (П) и (Ш), которая способствует снижению количества оксидов углерода (П) и азота за счет ее каталитического действия. Причем каталитическое действие заявляемого металлоплакирующего смазочного состава проявляется как при сгорании топлива в объеме, так и при контакте топлива стенками камеры сгорания, днища поршня и коллектора. Каталитический слой оксидов железа толщиной в несколько микрон формируется и возобновляется при работе ДВС.

В качестве маслорастворимых соединений могут быть использованы различные классы соединений железа: соли монокарбоновых кислот, соли дикарбоновых кислот, комплексные соединения (например, дициклопентадиенилжелезо), карбаматы, тиокарбаматы и дитиокарбаматы, а также карбонилы. Все испытанные маслорастворимые соединения железа (П) и железа (Ш) позволяют решить заявленную техническую задачу: снизить коэффициент трения и уменьшить токсичность выхлопных газов. Себестоимость испытанного олеата железа ниже по сравнению с другими выбранного соединениями.

В качестве нерастворимого соединения испытаны: сульфиды, оксалаты, тиоционаты, силициды железа (П) и железа (Ш) которые также позволяют решить заявляемую техническую задачу снизить коэффициент трения и уменьшить токсичность. Выбранный в качестве примера магнетит является одним из наиболее дешевых продуктов химической промышленности и химического синтеза.

Пример конкретного выполнения. Композицию приготавливали на основе моторного масла М-10 (ГОСТ 8581-78). Испытания проводили на автомобильном ДВС ЯМЗ-740 и топливе Л-05 по ГОСТ 305-82. Контроль содержания оксидов углерода (П) и азота проводили с помощью газоаналитической системы "Бекман Индастриал". Измерение характеристик двигателя проводили через 60 часов его работы, что соответcтвовало пробегу примерно 500 км. Коэффициент трения измеряли на машине трения СМГ-l в условиях трения скольжения (образец чугун АС-4, контртело сталь Ст. 20). Нагрузка в узле трения в стационарном режиме составляла 90 МПа, скорость скольжения 3,05 м/с. В качестве маслорастворимого соединения железа использовали олеаты железа (П) и железа (Ш), нерастворимого соединения железа(П) и железа (Ш) с низким коэффициентом трения магнетит Fe₃O₄ ультрадисперсного порошка железа порошок железа, полученный методом испарения конденсации в среде аргона со среднеповерхностным размером частиц 0,1 мкм. Соотношение между магнетитом и железом определяли методом количественного рентгенофазового анализа с помощью дифрактометра ДРОН -3,0 по соотношению интенсивности рентгеновских рефлексов. Общее содержание железа определяли весовым методом (весовая форма Fe₂O₃).

Для определения оптимального содержания компонентов в заявляемом смазочном составе был приготовлен 21 состав с различным соотношением химических форм железа при постоянном общем содержании железа 0,30 мас. Результаты испытаний этих составов приведены в таблице.

Для определения оптимального содержания маслорастворимого олеата железа (см. табл.) в смазочной композиции были испытаны составы с концентрацией от 0,002 1,00 мас. (опыты 1 7). Из данных таблицы следует, что при содержании маслорастворимого олеата железа от 0,005 до 0,60 мас. (по железу) содержание СО и NO_x в выхлопе минимально и составляет 1,1 0,8 мас. и 3,6 3,1 мас. соответственно. При концентрации менее 0,005 содержание токсичных примесей в выхлопе возрастает, т. к. снижается содержание железа и его каталитическое действие. При концентрации более 0,60 мас. ухудшаются триботехнические характеристики возрастает коэффициент трения из-за избытка материала в плакирующем слое.

Для определения оптимального содержания нерастворимой в масле составляющей были испытаны составы с концентрацией от 0,003 0,60 мас. (опыты 8 14). Минимальному содержанию СО и NO_x в выхлопе соответствует 0,010 0,35 мас. нерастворимой в масле составляющей при оптимальном содержании остальных компонентов. При уменьшении концентрации магнетита менее 0,010 мас. (по железу) недостаточен каталитический эффект для дожигания топлива. При повышении концентрации магнетита более 0,35 мас. эффект дожигания и снижения токсичности не увеличивается. Внесение дополнительно магнетита в смазочную композицию не целесообразно, т.к. происходит резкое удорожание композиции.

Для определения оптимального содержания УДП железа в смазочной композиции были испытаны составы с концентрацией железа 0,001 0,50 мас. (опыты 15 - 21). Минимальному содержанию СО и NO_x в выхлопе соответствует содержание железа 0,005 0,30 мас. При снижении концентрации менее 0,005 мас. каталитический эффект не достаточен, а при концентрации более 0,30 мас. ухудшаются триботехнические характеристики смазочного состава увеличивается коэффициент трения.

Металлоплакирующая смазочная композиция содержит в проц.: маслорастворимые соединения железа (2) и/или железа (3) в пересчете на железо 0,05-0,60, маслонерастворимые соединения железа (2) и/или железа (3) в пересчете на железо 0,01-0,35, ультрадисперсный порошок железа 0,005-0,30, базовое масло до 100. 1 табл.

Смазочная металлоплакирующая композиция, содержащая базовое масло и ультрадисперсный порошок железа, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит маслорастворимые и маслонерастворимые соединения железа (II) и/или железа (III) при следующем соотношении компонентов, мас.

Маслорастворимые соединения железа (II) и/или железа (III) в пересчете на железо 0,005 0,60
Маслонерастворимые соединения железа (II) и/или железа (III) в пересчете на железо 0,01 0,35
Ультрадисперсный порошок железа 0,005 0,30
Базовое масло До 100