МЕТАЛЛСОДЕРЖАЩАЯ МАСЛОРАСТВОРИМАЯ КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ СМАЗОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 2006 года по МПК C10M141/06 C10M133/12 C10M133/16 C10M133/38 C10M129/04 C10M129/26 C10M125/00 C10N30/06 

Изобретение относится к смазочным материалам на основе минеральных и синтетических масел, консистентных смазок, содержащих маслорастворимую композицию, повышающую антифрикционные, противозадирные и антиокислительные свойства, и может быть использована в двигателях внутреннего сгорания, машинах и механизмах автотранспорта, железнодорожного транспорта, станочного и прессового оборудования и других механизмах.

Для улучшения антифрикционных свойств масел в смазочную среду вводят соединения металлов, растворимые в маслах, либо растворимые в органических средах, хорошо совмещающихся с маслами. Так, известна смазочная композиция в виде дисперсии галогенидов редкоземельных элементов в масляной среде, содержащей соединения, имеющие гидрофобную и гидрофильную части в молекуле (ЕР №0365413).

Разработано приработочное масло, содержащее минеральное масло, галогенид меди, алифатический спирт и полимер сукцинимида (Авт. свид. СССР №1004452).

Известна также смазочная композиция, обладающая антифрикционными свойствами, на основе минерального масла или пластичной смазки Литол-24, содержащая галогенид металла переменной валентности, алифатический спирт и эпоксидную смолу (Авт. свид. СССР №825592).

С целью повышения антифрикционных свойств в смазочные композиции вводят комплексные соединения, например оксихинолинаты металлов (Си, Sn, Pb) (Пат. US №4431553).

Недостатком таких композиций является малая концентрация металла в них, что не обеспечивает автокомпенсацию износа пар трения при больших нагрузках.

Разработана антифрикционная металлоплакирующая смазка, обладающая высокими антифрикционными и противозадирными свойствами, благодаря наличию в ней добавочной композиции, содержащей закись меди, хлорид металла, алифатический спирт, эпоксидную смолу, производное бензилиденимина или 2-иминозамещенное индолина, полимер тетрафторэтилена и триэтаноламин (Пат. RU №2219225).

Недостатком такой композиции является нерастворимость в маслах. Для повышения антиокислительных свойств смазочных материалов, как известно, используют разного типа антиоксиданты.

Описаны смазочные композиции, содержащие в качестве антиоксидантов комплексы металлов, например тиобисалкилфенолы с никелем, кобальтом, медью. Отмечается, что их антиокислительная активность усиливается в присутствии гидроксиматериалов (спирты, фенолы) и при смешении с такими антиоксидантами как ариламины (Пат. US №4198303).

Усиление антиокислительной способности антиоксидантов наблюдалось при окислении синтетического масла (эфир-2) в присутствии гетероциклических соединений - иминопроизводных 2, 3 диоксоиндолина с добавкой солей меди (Бабель В.Г. Докт. дисс. Разработка смазочных композиций с улучшенными эксплуатационными свойствами. Лен. технол. институт им. Ленсовета, 1987).

Технической задачей данного изобретения является создание металлсодержащей маслорастворимой композиции для смазочных материалов, обеспечивающей повышенные антифрикционные, противозадирные, антиокислительные свойства, автокомпенсацию износа пар трения и защиту от водородного износа.

Поставленная задача решается тем, что металлсодержащая маслорастворимая композиция для смазочных материалов, содержащая соль металла неорганической кислоты, алифатический спирт, эпоксидную смолу и 2-иминозамещенное индолина, дополнительно содержит соль металла органической кислоты, ароматический амин и полимер сукцинимида при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Соль металла органической кислоты10-90Соль металла неорганической кислоты1,5-25Алифатический спирт3,0-55Ароматический амин1,0-8,0Эпоксидная смола2,0-10Полимер сукцинимида2,0-8,02-Иминозамещенное индолина0,5-6,0

Примерами соли металла неорганической кислоты являются соли металлов Cu, Со, Pb, Sn, Ni (хлориды, бромиды, иодиды). В качестве соли металла органической кислоты могут быть использованы соли металлов переменной валентности органических кислот с числом углеродных атомов C₁₅...C₁₈. В качестве ароматических аминов может использоваться дифениламин или его гомологи, полимер сукцинимида - промышленно выпускаемые присадки С-5А или Дипол-40. Ниже приведены примеры составов композиций, мас.%:

 Состав 1Состав 2Состав 3Соль металла непредельной органической кислоты с числом углеродных атомов C₁₈905010Хлорид металла переменной валентности1,51025Алифатический спирт с числом углеродных атомов С₄-С₁₀32455Дифениламин132Эпоксидная смола263,5Полимер сукцинимида (С-5А)2532-Иминозамещенное индолина0,521,5

Металлсодержащая маслорастворимая композиция для смазочных материалов (названная авторами МСК «Валена») представляет собой густую жидкость от темно-зеленого до темно-коричневого цвета, хорошо растворяется в маслах, образуя раствор, в котором металл находится в виде молекул и ионов, и легко проходит через фильтрующее устройство. Это позволяет использовать композицию в маслах, смазочно-охлаждающих жидкостях, гидравлических жидкостях, а также в пластичных смазках.

МСК «Валена» обеспечивает антифрикционные и противозадирные свойства смазочного материала благодаря реализации эффекта безызносности в парах трения (сталь-сталь, сталь-чугун, сталь-бронза и т.п.) в результате образования защитной (сервовитной) металлоплакирующей пленки на поверхностях деталей в местах фактического контакта толщиной 1-3 мкм и автокомпенсации износа пар трения. Образование сервовитной пленки обеспечивает защиту поверхностей деталей от проникновения водорода в них, устраняя тем самым водородный износ (Д.Н.Гаркунов. «Триботехника. Износ и безызносность» Изд. МСХА, 2001. 630 с.).

Оценка влияния металлсодержащей маслорастворимой композиции на триботехнические характеристики масел и смазок при трении пары сталь ШХ-15 по стали ШХ-15 ГОСТ 801-78 с твердостью 58-61 HRC проводилась при испытаниях на восьмипозиционной машине трения с возвратно-поступательным движением. Ход подвижного образца в виде плоской пластины составлял 40 мм. Площадь контакта неподвижного образца была равна 1,2×28 мм². На машине трения испытывались одновременно 8 пар образцов. Максимальная нагрузка на образцы составляла 250 Н. Каждая рабочая позиция машины трения была снабжена устройством для определения силы трения при помощи тензометрической системы.

Перед началом испытаний консистентных смазок проводилось одноразовое смазывание образцов. При проведении испытаний масел образцы находились в масляной ванне. Предварительно образцы прирабатывались до равномерного распределения следов износа по всей рабочей поверхности на том же смазочном материале, на котором проводились испытания. Нагрузка осуществлялась ступенчато: 0,2; 1,25; 2,5; 3,75; 5; 7,5; 10; 15; 20; 25; 30; 35; 40 МПа. Длительность испытаний на каждой ступени давления составляла 3,5 ч. В процессе испытаний определялись следующие триботехнические характеристики:

- интенсивность изнашивания J (подвижного и неподвижного) образца J=h/L, где h - величина изношенного слоя за путь трения L;

- коэффициент трения, f;

- предельная нагрузка до заедания образцов Рк.

Результаты испытаний образцов с пластичной смазкой Буксол, выпускаемой промышленностью на основе Литол-24 с присадкой 6% ДФ-11 (штатная смазка) и смазкой основа Буксол + 4% МСК «Валена» (экспериментальная смазка) приведены в таблице 1.

Таблица 1
Интенсивность изнашивания образцов в зависимости от давления пары трения сталь ШХ-15 по стали ШХ-15Давление, МПаИнтенсивность изнашивания (J×10^-9)J₁J₁'J₂J₂'50,20,10,230,1102,30,11,40,1153,30,11,70,1206,20,12,00,1256,80,11,90,1305,50,11,70,1356,00,11,80,140задир0,1задир0,1J₁, J₂ - интенсивности изнашивания соответственно неподвижного и подвижного образцов при смазке Буксол (штатная смазка);

J₁', J₂' - интенсивности изнашивания соответственно неподвижного и подвижного образцов при экспериментальной смазке.

Сравнительные испытания по определению интенсивности изнашивания стальных образцов подвижных и неподвижных показали, что при использовании экспериментальной смазки образцы практически не изнашивались в отличие от применения штатной смазки.

В таблице 2 приведены коэффициенты трения образцов при работе на смазке Буксол (штатная смазка) и экспериментальной смазке в зависимости от давления в условиях возвратно-поступательного движения.

Таблица 2Давление МПаКоэффициенты тренияf₁f₂50,070,07100,060,06150,050,05200,040,04250,030,03300,030,0235задир0,0240-0.02f₁ - коэффициент трения при смазке Буксол;
f₂ - коэффициент трения при экспериментальной смазке.

Как видно из данных табл.2, коэффициенты трения испытываемых образцов до нагрузки 30 МПа остаются одинаковыми для обеих смазок и не превышают 0.07. Начиная с давления 35 МПа при штатной смазке, коэффициент трения резко возрастает и происходит задир (35 МПа-предельная нагрузка), в то время как при экспериментальной смазке коэффициент трения остается равным 0,02 и при нагрузке 40 МПа. Большее нагружение на образцы не проводилось в связи с возможной поломкой машины трения.

Антифрикционные свойства масла М-14В₂ с МСК «Валена» проверялись на восьмипозиционной машине трения с возвратно-поступательным движением с образцами (чугун - чугун) применительно к цилиндропоршневой группе ДВС.

Результаты испытаний дизельного масла М-14В₂ с композицией МСК «Валена» и без нее приведены в таблице 3.

Таблица 3Испытуемое маслоИнтенсивность изнашиванияКоэффициент трения J₁J₂fМ-14 В₂0,1107,8800,026М-14В₂ + 0,1%   МСК «Валена»0,0181,9040,021J₁ - интенсивность изнашивания подвижного образца;
J₂ - интенсивность изнашивания неподвижного образца.

Влияние металлсодержащей маслорастворимой композиции на антиокислительную стабильность масел можно объяснить следующим образом.

Как известно, торможение процесса окисления углеводородных сред связано с подавлением оксидных и пероксидных радикалов (RO^• RO₂ ^•), ведущих к автокатализу. Акцепторами таких радикалов являются соединения (ингибиторы окисления), активно взаимодействующие с радикалами с образованием молекулярных продуктов (обрыв цепей). Примером ингибиторов окисления являются комплексы металлов переменной валентности с органическими лигандами.

Было установлено, что азоторганические основания, которые сами являются эффективными антиоксидантами масел, в присутствии солей меди повышают свою антиокислительную активность в несколько раз [В.Г.Бабель и др. «Производные изатина как стабилизаторы синтетического масла». Деп. ВИНИТИ. Л. 1977, 14 с., №1373/72]. В табл.4 приведены результаты окисления синтетического сложноэфирного масла (эфир-2) с производными изатина (иминозамещенными 2, 3 диоксоиндолина) и с добавкой соли меди (стеарата меди) и без нее.

Таблица 4
Результаты окисления масла (эфир-2) с иминозамещенными 2,3 диоксоиндолина с добавкой стеарата меди и без нее (метод ВТИ, 240°С, [JnH]=0,03 моль/л, [Cu(St)₂]=1,5×10^-4 моль/л, t=25 ч, V=3 л/ ч№Ингибитор, Ингибитор + Cu(St)₂Кислотное число, Мг КОН/гВязкость, мм²/сОсадок, нерастворимый в изооктане, %-40°С+100°С12-[4^/-(2-фенилпропил)-фенилимино]-3-оксоиндолин + Cu(St)₂7.93
3.0538000
1800011,0
5,211,90
0,2022,3-ди(4^/-бутилфенил)иминоиндолин + Cu(St)₂2,55
0,7030980
191886,34
5,681,43
0,223Эфир-2 + Cu(St)₂7,1
6,885060
720008,57
7,970,54
0,194Неозон - А7,2710007,940,64

Сравнительные данные окисленного масла показали явное преимущество композиции ингибитора с добавкой соли меди по всем эксплуатационным параметрам. Производные изатина, имея сопряженную систему с азометиновой связью, легко образуют комплексы с переходными металлами, чем и объясняется антиокислительная эффективность такой композиции.

Таким образом, предлагаемая металлсодержащая маслорастворимая композиция для смазочных материалов содержит компоненты, соответствующие условиям для повышения антифрикционных, противозадирных и антиокислительных свойств смазочного материала.

Использование: для улучшения антифрикционных, противозадирных и антиокислительных свойств смазочных материалов. Сущность: композиция содержит, мас.%: соль металла органической кислоты 10-90 соль металла неорганической кислоты 1,5-25 алифатический спирт 3-55 ароматический амин 1-8 эпоксидная смола 2-10 полимер сукцинимида 2-8 2-иминозамещенное индолина 0,5-6. Технический результат - улучшение антифрикционных, противозадирных и антиокислительных свойств смазочных материалов, устранение водородного износа. 4 табл.

Металлсодержащая маслорастворимая композиция для смазочных материалов, содержащая соль металла неорганической кислоты, алифатический спирт, эпоксидную смолу и 2-иминозамещенное индолина, отличающаяся тем, что дополнительно содержит соль металла органической кислоты, ароматический амин и полимер сукцинимида при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Соль металла органической кислоты10-90Соль металла неорганической кислоты1,5-25Алифатический спирт3-55Ароматический амин1-8Эпоксидная смола2-10Полимер сукцинимида2-82-иминозамещенное индолина0,5-6