МЕТАЛЛОПЛАКИРУЮЩИЙ КОНЦЕНТРАТ Российский патент 1999 года по МПК C10M163/00 C10M163/00 C10M125/04 C10M129/40 C10M159/04 C10N10/02 C10N20/06 C10N30/06 

Изобретение относится к металлоплакирующим составам, применяемым в качестве добавок к моторным, трансмиссионным и индустриальным маслам для снижения и устранения износа трущихся металлических поверхностей, преимущественно для герметичных пар трения, например, деталей автомобильных двигателей, коробках передач и других пар трения.

Известен металлоплакирующий смазочный состав, содержащий 0,06 - 1,4 мас. ч ультрадисперсного порошка меди, полученного методом электрического взрыва, на 100 мас. ч смазочного масла [Патент РФ N 2054030, МПК C 10 M 125/04, 1996 г.]
Известная композиция характеризуется недостаточно высокими металлоплакирующими показателями и недостаточной седиментационной устойчивостью.

Известна смазочная композиция, содержащая, мас.%: бронзовую пудру 25 - 50, олеиновую кислоту 20,0 - 30,0, глицерин 1,0 - 4,0, стеариновую кислоту 1,0 - 4,0, твердый нефтяной парафин 8,0 - 10,0, сульфат меди 1,0 - 4,0 и минеральное масло стальное [Заявка РФ N 93047162, МПК C 10 M 177/00, 1996 г.].

Известна также металлоплакирующая смазочная композиция, содержащая порошок сплава, включающего, мас.%: олово 14 - 20, свинец 30 - 36 и висмут - остальное, дисперсионную среду, являющейся основой мыльной пластичной смазки - 6,0 - 10,0 и мыльную пластичную смазку остальное [авторское свидетельство СССР N 1253990, МКИ C 10 M 159/04//(C 10 M 159/04, 117:02, 117:04, 117:06, 125:04, 171:06) C 10 N 10:08, 10:10, 20:06, 30:06, 1986 г.].

Известные композиции характеризуются высокой седиментационной стойкостью, однако, непригодны для эффективного использования в герметичных парах трения и не обеспечивают требуемого качества металлоплакирующего действия.

Наиболее близкими к предлагаемому являются составы, содержащие порошкообразный наполнитель, монокарбоновую кислоту и минеральное масло. Так, например, известна смазочная композиция, содержащая промышленный отход электрохимического процесса гальваники в виде металлического порошка, содержащего не более 10% меди, смешанного с олеиновой кислотой в соотношении 1:1, при содержании 0,5 - 2 мас.% смеси в базовой основе [патент РФ N 2050407, МПК C 10 M 125/04, 1995 г.].

Известна металлоплакирующая композиция, содержащая 0,5 - 1,0 мас.ч. медьсодержащего порошка, 0,025 - 0,4 мас.ч. стабилизатора, в качестве которого используют 2-алкилимидазолинформил и 10 мас. ч. минерального масла [патент РФ N 2010840, МПК C 10 M 169/04, 1994 г.].

Известен также состав приработочного масла, содержащий порошкообразный наполнитель с дисперсностью 80 - 100 полученный при охлаждении нагретой в электроискровой дуге латуни при следующем соотношении компонентов, мас.%: порошкообразный наполнитель 0,08 - 0,1, олеиновая кислота 0,02 - 0,025, октадециламин 0,004 - 0,009, минеральное масло до 100 [авт. свид. СССР N 1803419, МПК C 10 M 141/02, 1993 г.].

Введение в смазочные составы ультрадисперсных металлических порошков сопровождается их агрегированием, что приводит к снижению металлоплакирующего действия и потребительских показателей. Для снижения агрегирования металлических частиц, готовят композицию с повышенной вязкостью, что в свою очередь, приводит к ограничению в применении в герметичных узлах трения, а также ее потерям при извлечении из заправочной емкости. Ультрамелкие частицы порошка проявляют большую активность, в результате чего при приготовлении смазочных составов может произойти самовозгорание порошка при контакте с кислородом воздуха. Кроме того, известные составы могут быть использованы только для приведения в рабочее состояние новых механизмов или для сокращения износа работающих механизмов в процессе их эксплуатации, но не могут использоваться для восстановления уже изношенных узлов трения.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение качества металлоплакирующего концентрата для герметичных пар трения за счет расширения его технологических возможностей, т.е. создание эффективного состава, пригодного для использования в качестве добавки, позволяющей привести в рабочее состояние новые узлы трения, предотвратить износ работающих пар трения в процессе их эксплуатации и восстановить изношенную поверхность узлов трения при капитальном ремонте при одновременном повышении потребительских показателей добавки за счет повышения седиментационной устойчивости и достижения оптимальных реологических показателей. Это позволит повысить компрессию двигателя, снизить содержания CO в выхлопных газах, снизить расход масла и расход металлоплакирующей добавки.

Поставленная задача решается тем, что металлоплакирующий концентрат содержит порошок сплава на основе меди с размером частиц 0,01 - 10 мкм, а в качестве дисперсионной среды используют смесь органического масла, органического растворителя и жирной монокарбоновой кислоты и/или ее соли с медью или цинком при следующих соотношениях компонентов, мас.%:
Порошок сплава на основе меди с размером частиц 0,01 - 10,0 мкм - 2,0 - 80,0
Жирная монокарбоновая кислота C₁₂-C₂₂ и/или ее соль с медью или цинком - 0,01 - 5,0
Органический растворитель - 5,0 - 40,0
Органическое масло - До 100
В качестве медьсодержащего порошка используют сплав, полученный методом испарения и последующей конденсации в атмосфере инертного газа, содержащий до 0,5% серебра и/или до 20% олова, и/или до 40% свинца, и/или до 20% сурьмы, и/или до 10% никеля, и/или до 10% цинка, при этом содержание меди в сплаве составляет не менее 50%. По фазовому составу порошок представляет собой твердый раствор 2, 3 или n-ого компонента в меди.

В качестве жирной монокарбоновой кислоты используют стеариновую, олеиновую и другие кислоты с числом атомов углерода 12 - 22.

В качестве органического растворителя используют нефтяные растворители (нефрасы), представляющие собой бензиновые и керосиновые нефтяные фракции, ароматические углеводороды.

В качестве органического масла используют минеральное или синтетическое масло. В качестве минерального масла используют моторные, трансмиссионные и индустриальные масла. В масло могут быть введены реологические добавки, например, модифицированный или органофильный бентонит.

В качестве масла могут быть использованы карбюраторные: M-8-B₁, M-8-B₂, M-6₃/10-B, дизельные: MT-16T, M20A, авиационные: MC-20, трансмиссионные масла: TM-1-18, TM-2-9, TM-2-18, индустриальные масла: И-Л-А-10, И-ЛГ-А-15.

Порошок медьсодержащего сплава обладает высокой температурой плавления, а следовательно, зашпаклевывает поврежденную трением поверхность без образования каких-либо соединений с обрабатываемым материалом, что могло бы ослабить механические свойства деталей. Каждая частица порошка представляет собой твердый раствор, образующийся путем молекулярного синтеза сплава из элементов, находящихся в газовой фазе. Вводимый в концентрат твердый раствор обладает максимально возможной пластичностью и прочностью, не наклеивается и не образует хрупких твердых растворов в пределах рабочих температур с обрабатываемой поверхностью.

Использование металлических частиц заявляемого размера позволяет устранить забивание ячеек масляного фильтра тонкой очистки, обеспечить хорошую седиментационную устойчивость композиции, а также высокую их подвижность при запуске двигателя, позволяя тем самым добиться равномерного распределения активной части композиции по всей обрабатываемой поверхности в течение рабочего цикла. Кроме того, частицы заявляемого размера имеют достаточно большую удельную поверхность, принимающую участие в процессах избирательного растворения меди и определяющую активность меди в органических растворах. Это обеспечивает осуществление механизма избирательного переноса, сопровождаемое образованием медной пленки на трущихся поверхностях.

Заявляемое количество металлического порошка обеспечивает получение концентрата, пригодного для использования как в качестве добавки, способствующей эффективной приработке новых узлов трения при обкатке транспортных средств, так и в качестве добавки, вводимой в масло для предотвращения износа в процессе эксплуатации, а также средства для восстановления уже изношенной и поврежденной поверхности при проведении капитального ремонта.

Введение в композицию заявляемого количества жирной монокарбоновой кислоты обеспечивает образование тонкой защитной пленки на каждой из частиц металлического порошка, что препятствует их слипанию и образованию агломератов, ухудшающих потребительские свойства композиции.

Жирная кислота при взаимодействии с обрабатываемой поверхностью обеспечивает преимущественно физическую абсорбцию и, кроме того, образует соответствующие соли с частицами медьсодержащего порошка, которые обеспечивают, преимущественно, химическую адсорбцию и катализируют процесс последующего осаждения частиц металла на обрабатываемую поверхность, способствуя улучшению качества и скорости залечивания имеющихся дефектов. Дополнительное введение солей цинка или меди с жирной монокарбоновой кислотой позволяет полнее реализовать процесс хемосорбции, что увеличивает количество центров зарождения металлической пленки, и как следствие, улучшает качество обработки поверхности пар трения. Количество соли жирной монокарбоновой кислоты с медью или цинком составляет не более 50% от массы жирной монокарбоновой кислоты.

Введение жирной монокарбоновой кислоты, образующей с частицами медьсодержащего порошка соответствующие соли и дополнительное введение солей с медью и/или цинком приводит к облегчению процесса диспергирования частиц порошка, улучшению свойств концентрата за счет повышения седиментационной устойчивости и реологических свойств, повышению эффективности действия суспензии за счет облегчения осаждения медьсодержащих частиц на обрабатываемую поверхность, модифицированную солями жирных кислот.

Введение органического растворителя в заявляемых интервалах обеспечивает растворение жирной монокарбоновой кислоты, создание среды для диспергирования порошка, и среды, совмещающей порошок с жидкой смазкой. Кроме того, при эксплуатации концентрата растворитель очищает поверхности трения от продуктов сгорания масла и способствует осаждению металлоплакирующей пленки и ее хорошему сцеплению с трущейся поверхностью. Таким образом, введение растворителя, имеющего большое химическое сродство к маслу, позволяет получить устойчивую суспензию, достичь оптимальной вязкости концентрата и улучшить его качество.

В качестве органического растворителя могут быть использованы нефрас C2-80/120, C3-80/120, c4-50/170, C3 70/85, C4 155/200, нефрас A.

Сравнение предлагаемого концентрата с известным позволяет утверждать, что предлагаемый нами концентрат отличается от известного введением металлического порошка твердого медьсодержащего раствора с размером частиц 0,01 - 10,0 мкм, солей жирных монокарбоновых кислот с цинком или медью, органического растворителя и соотношением ингредиентов в концентрате. Это позволяет сделать вывод о соответствии критерию "Новизна".

В науке и технике известно введение в металлоплакирующие составы солей жирных монокарбоновых кислот [Химическая энциклопедия. М.: Советская энциклопедия, т. 3, 1992]. Известно также введение порошков различных медьсодержащих сплавов. Введение в металлоплакирующие составы медьсодержащих порошков с размером частиц более 10 мкм приводит к быстрому их оседанию в жидких смазках и плохому взмучиванию, что исключает активную часть композиции из работы. Кроме того, крупные частицы забивают масляные фильтры, могут привести к заклиниванию герметичных пар трения и неэффективны при реализации механизма избирательного переноса, т.к. образование сервовидной пленки происходит очень медленно. Введение порошка с размером частиц менее 0,01 мкм неэффективно при реализации механизма механической адгезии, а также они чрезмерно активны и склонны к агрегированию, в связи, с чем плохо диспергируются. Фазовое состояние заявляемого порошка обеспечивает определенные механические свойства частиц, в частности их высокую пластичность, необходимую для реализации одного из механизмов металлоплакирования - механической адгезии или намазывания, а также избирательное растворение и перенос компонентов сплава, сопровождаемое образованием медной пленки на обрабатываемой поверхности. Введение порошков заявляемой дисперсности позволяет улучшить технологические показатели концентрата, повысить дисперсионную устойчивость, позволяющую длительное время поддерживать частицы во взвешенном состоянии в жидких средах и маслах, что особенно важно при остановках двигателей. Кроме того, частицы заявляемого состава и дисперсности могут внедряться в микротрещины и дефекты на поверхности трущихся деталей, т.к. размеры дефектов и частиц сопоставимы, реализуя при этом как механизм механической адсорбции, так и механизм избирательного переноса.

В открытых источниках информации нами не обнаружено данных об известности использования в составе металлоплакирующей композиции порошкообразного медьсодержащего порошка заявляемого состава и дисперсности, обеспечивающим, в совокупности с остальными ингредиентами концентрата, решение поставленной задачи. Введение жирных монокарбоновых кислот в сочетании с их солями и органическим растворителем обеспечивают одновременное протекание процессов физической и химической адсорбции, что улучшает металлоплакирующее действие концентрата, а также седиментационную устойчивость композиции в целом. Соли металлов в заявляемой композиции облегчают образование сервовитной (медной) пленки при реализации механизма избирательного переноса.

Все вышеизложенное позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого концентрата критерию "Изобретательский уровень".

Металлоплакирующий концентрат готовят следующим способом.

Порошок жирной монокарбоновой кислоты, например стеариновой (ГОСТ 6484-96) и соль жирной монокарбоновой кислоты смешивают с растворителем и загружают медьсодержащий порошок с размером частиц 0,01 - 10 мкм, получаемый методом испарения и конденсации в атмосфере нейтрального газа на вакуумной установке, и обрабатывают ультразвуком в диспергаторе. Полученную смесь в виде гомогенизированной суспензии заливают в емкость и добавляют масло. Полученный концентрат разливают в емкости и направляют потребителю.

В качестве нефтяного растворителя использован нефрас C4 155/200 - уайт-спирит. В качестве масла использовано масло марки И-Л Г-А-15.

При использовании смазочного концентрата его разбавляют минеральным маслом заливают в герметичные пары трения, например в двигатель внутреннего сгорания.

В таблице 1 приведены составы металлоплакирующего концентрата.

Составы 1 - 4 обладают хорошими потребительскими и эксплуатационными свойствами. Хорошие потребительские свойства проявляются в том, что образующиеся при длительном хранении концентрата осадки легко взмучиваются и хорошо перемешиваются, быстро и без потерь выливаются из заправочной емкости.

Эксплуатационные свойства составов приведены в таблице 2.

Состав 5. Малое содержание порошка приводит к недостаточному металлоплакирующему эффекту, т.е. малое количество металла неэффективно для создания защитного металлоплакирующего действия. Большое количество растворителя приводит к снижению вязкости концентрата и ускорению оседания частиц. Использование растворителя в таких количествах не приводит к достижению заявленного эффекта. Кроме того, при его содержании в количестве более 40% ухудшаются условия диспергирования порошка: из-за сильного разбавления раствора ПАВ, в результате чего последний оседает не на всех частицах.

Состав 6. Большое количество порошка приводит к получению очень густого концентрата с малым содержанием жидких компонентов. Это усложняет его приготовление за счет нехватки растворителя для полного смачивания порошка раствором ПАВ, плохой обработки ПАВ, образования комков в суспензии, седиментационной неустойчивости. Кроме того, это усложняет использование концентрата из-за сложности при введении в двигатель, неполного и неравномерного распределения концентрата в масле.

Состав 7. Отсутствие ПАВ. Частицы порошка находятся в суспензии в агломерированном виде, т.к. они лиофобны и плохо смачиваются используемыми в составе органическими веществами. Комки из частиц могут оседать на дне двигателя при его остановках, оставаться в масляных фильтрах, т.е. использоваться неэффективно. Кроме того, агломерация снижает активность частиц.

Оболочки ПАВ способствуют стабильности суспензии и уменьшению скорости оседания частиц. Соответственно, при отсутствии ПАВ, суспензия нестабильна.

Кроме этого, ПАВ облегчает удаление продуктов коррозии с поверхностных слоев пары трения.

Состав 8. При избытке ПАВ концентрат образует плотные, трудно перемешиваемые осадки, он медленно и не полностью выливается из емкости. Потери материала при этом достигают 3 - 5%. Так как вокруг частицы образуется несколько слоев ПАВ, то активность металла снижается (это особенно важно при реализации механизма избирательного переноса).

При малом количестве растворителя не происходит полного растворения ПАВ и полного смачивания порошка при приготовлении суспензии.

Данные, приведенные в таблице 2 по эксплуатационным свойствам, показывают эффективность использования заявляемого концентрата при обкатке двигателей внутреннего сгорания, при восстановлении изношенных двигателей с большим пробегом, при профилактике износа двигателей, при профилактике износа в трансмиссионном узле.

При проведении испытаний определены следующие эксплуатационные характеристики:
компрессия двигателя;
содержание CO в выхлопных газах;
уровень масла в двигателе;
оценка работы по внешним признакам;
отказы и неисправности двигателя.

Для исследования эффективности действия состава при обкатке двигателей внутреннего сгорания использованы транспортные средства с малым пробегом (новые машины). Составы 1 и 5 введены в количестве 100 г в моторное масло двигателей ВАЗ 2006 с пробегом 6000 км.

Для исследования эффективности восстановления изношенных двигателей, были использованы транспортные средства с большим пробегом. Состав 2 введен в моторное масло двигателя ВАЗ 2002 с пробегом 156000 км в количестве 100 г.

Для исследования эффективности профилактики износа двигателей были использованы транспортные средства со средним пробегом. Состав 3 введен в количестве 100 г в моторное масло двигателя ВАЗ 2006 с пробегом 72000 км.

Для исследования эффективности износа в трансмиссионном узле использована коробка передач и редуктор заднего моста автомобиля ВАЗ 2006 с пробегом 90000 км. Состав 4 введен в количестве 100 г в трансмиссионное масло.

Замеры показателей проведены до введения заявляемого концентрата и после его введения и последующей эксплуатации транспортного средства. Металлоплакирование осуществлялось в процессе эксплуатации.

Результаты испытаний показали улучшение основных показателей работы двигателей внутреннего сгорания и коробки передач после введения металлоплакирующего концентрата заявляемого состава.

Изобретение относится к металлоплакирующим составам, применяемым в качестве добавок к моторным, трансмиссионным и индустриальным маслам для снижения и устранения износа трущихся металлических поверхностей, преимущественно для герметичных пар трения, например деталей автомобильных двигателей, коробок передач и других пар трения. Состав содержит, мас.%: порошок медьсодержащего сплава 2,0-80,0; жирная монокарбоновая кислота С₁₂-С₂₂ и/или ее соль с медью или цинком 0,01-5,0; органический растворитель 5,0-40,0; органическое масло-до 100. Используют порошок сплава на основе меди с размером частиц 0,01-10,0 мкм. В качестве медьсодержащего порошка используют сплав, полученный методом испарения и последующей конденсации в атмосфере инертного газа, содержащий до 0,5% серебра, и/или до 20% олова, и/или до 40% свинца, и/или до 20% сурьмы, и/или до 10% никеля, и/или до 10% цинка, при этом содержание меди в сплаве составляет не менее 50%. По фазовому составу порошок представляет собой твердый раствор 2-го, 3-го или n-го компонента в меди. Изобретение позволяет повысить качество металлоплакирующего концентрата и расширить технологические возможности его применения. Использование концентрата в маслах обеспечивает повышение компрессии двигателя, снижение содержания СО в выхлопных газах, снижение расходов масла и металлоплакирующей добавки. 2 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. Металлоплакирующий концентрат, включающий медьсодержащий порошок и дисперсионную среду, отличающийся тем, что в качестве медьсодержащего порошка используют сплавы на основе меди с размером частиц 0,01-10,0 мкм, а в качестве дисперсионной среды используют смесь органического масла, органического растворителя и жирной монокарбоновой кислоты C₁₂-C₂₂ и/или ее соли с медью или цинком при следующих соотношениях компонентов, мас.%:
Порошок сплав на основе меди с размером частиц 0,01-10,0 мкм - 2,0-80,0
Жирная монокарбоновая кислота C₁₂-C₂₂ и/или ее соль с медью или цинком - 0,01 - 5,0
Органический растворитель - 5,0 - 40,0
Органическое масло - До 100
2. Концентрат по п.1, отличающийся тем, что в качестве медьсодержащего порошка используют сплав, полученный методом испарения и последующей конденсации в атмосфере инертного газа, содержащий до 0,5% серебра, и/или до 20% олова, и/или до 40% свинца, и/или до 20% сурьмы, и/или до 10% никеля, и/или до 10% цинка, при этом содержание меди в сплаве составляет не менее 50%. 3. Концентрат по п. 1, отличающийся тем, что в качестве органического масла используют минеральное или синтетическое масло.