СМАЗОЧНАЯ КОМПОЗИЦИЯ Российский патент 2020 года по МПК C10M141/12 C10M169/06 C10N30/06 C10N30/08 

Область техники

Настоящее изобретение относится к смазочной композиции и, более конкретно, к алюминиевой комплексной смазочной композиции, предназначенной для использования в тяжелых условиях эксплуатации, при высоких температурах и экстремальных давлениях (EP).

Уровень техники

Детали машин, которые подвергаются скользящим и/или вращательным операциям, нуждаются в смазке, для удержания противоположных поверхностей раздельными, минимизации трения и обеспечения охлаждающего эффекта. Смазка может также способствовать очистке рабочей поверхности, предотвращению коррозии и способствовать средствам передачи гидромеханической энергии. Поэтому смазочные масла или смазочные материалы играют важную роль в продлении срока эксплуатации машин и увеличении периодов между техническим обслуживанием.

Более того, в последние годы, наряду с прогрессом, достигнутым в технологии машиностроения, материаловедении и точности механической обработки, значительно снизились усталостные разрушения и повреждения материалов, поэтому усилилось влияние эффективности смазочных масел и смазок на продолжительность срока эксплуатации механического оборудования. Следовательно, улучшение смазочных свойств смазки и решение связанных с этим проблем может сделать существенный вклад в повышение качества и надежности механического оборудования.

Конкретное использование и эксплуатационные характеристики механического оборудования, для использования в которых предназначена смазка, будут определять желательные свойства смазки. Например, для применений в горнодобывающей промышленности, необходимо обеспечивать превосходную защиту от износа и длительный срок эксплуатации подшипников для медленно двигающихся, но тяжело нагруженных подшипников и передач, работающих при высоких температурах и подвергающихся ударным нагрузкам. Часто горнодобывающие и карьерные работы проводятся в экстремальных условиях, таких, какие существуют в регионах с температурой стабильно ниже нуля, в которых может преобладать влажный или сухой климат, или в регионах типа пустыни и т.п. Все эти факторы следует учитывать при создании смазочной композиции, которая будет эффективно работать под воздействием различных внутренних и внешних факторов.

Особенно используемые смазки основаны на комбинации смазочного масла и комплексных мыл. Комплексные мыла часто используют в качестве загустителей смазки и проявляют прекрасную термостойкость по сравнению с их аналогами, простыми мылами. Как правило, комплексные мыла получают из двух несхожих жирных кислот, обычно в виде комбинации мыла короткоцепочечной жирной кислоты и мыла длинноцепочечной жирной кислоты. Такие мыла могут быть изготовлены омылением гидроксида металла специфической жирной кислотой(ами), которое часто происходит в части базового смазочного масла, когда смесь перемешивают или иным способом взбалтывают для инициирования реакции. Когда мыло сформировано, может быть добавлен остаток базового смазочного масла. В зависимости от желательных свойств конечной смазочной композиции, могут быть введены одна или более присадок.

Алюминиевые комплексные смазки особенно используемы, поскольку их легко закачивать при низких температурах, и они имеют хорошие показатели обратимости, иными словами, они обладают способностью возвращаться к нормальной консистенции после повторяющихся нагревов и охлаждений. Другое преимущество алюминиевых комплексных смазок состоит в их превосходной водоустойчивости в обоих аспектах, как сопротивления вымыванию из подшипника, так и смыванию с по существу плоской поверхности.

Особые проблемы возникают при смазке машин с открытыми зубчатыми передачами, которые подвержены не только экстремальным температурам окружающей среды, но и экстремальным условиям эксплуатации. Следовательно, требуется модифицировать алюминиевые комплексные смазки введением одной или более присадок, чтобы обеспечить нужную комбинацию свойств для использования в таком механическом оборудовании.

Соответственно, цель настоящего изобретения состоит в создании улучшенной алюминиевой комплексной смазочной композиции для использования в механическом оборудовании с открытыми зубчатыми передачами, таком, как экскаваторы и погрузчики, применяемые в горнодобывающей промышленности, особенно для решении вышеупомянутых проблем создания смазочной композиции, которая имеет эксплуатационные качества высокого уровня при экстремальном давлении, проявляя требуемое соотношение показателей износостойкости и нагрузки на сварной шов.

Сущность изобретения

Согласно первому аспекту, изобретение относится к смазочной композиции, предназначенной для использования в открытых зубчатых передачах, содержащей базовое масло и загуститель из алюминиевого комплексного мыла, причем композиция дополнительно содержит в качестве присадок графит, дисульфид молибдена, карбонат кальция и сульфид висмута.

С помощью настоящего изобретения, смазочная композиция обеспечивает улучшенные свойства при использовании в открытых зубчатых передачах с высокой нагрузкой. Более конкретно, в соответствии с настоящим изобретением, неожиданно было обнаружено, что смазочные композиции, содержащие комбинацию сульфида висмута с дисульфидом молибдена, совместно с комбинацией графита и карбоната кальция, проявляют неожиданное улучшение показателей в отношении переносимости высоких нагрузок и предотвращения износа в механическом оборудовании с открытыми зубчатыми передачами, как показали измерения при испытаниях на четырехшариковой машине трения в соответствии с ASTM D2596 и DIN 51350-5E.

В частности, смазочная композиция в соответствии с настоящим изобретением демонстрирует улучшенную комбинацию показателей нагрузки, износа и трения по сравнению с композициями, содержащими индивидуальные присадки или другие комбинации.

Существенные противоизносные эффекты при использовании в оборудовании с открытыми зубчатыми передачами помогают снизить частоту замены зубчатых передач и, следовательно, приводят также к сокращению простоя оборудования.

Подробное описание изобретения

Смазочная композиция по настоящему изобретению содержит базовое масло, загуститель из алюминиевого комплексного мыла и, в качестве присадок, графит, дисульфид молибдена, карбонат кальция и сульфид висмута как важные составляющие компоненты.

Предпочтительно, композиция согласно изобретению содержит графит в количестве от 1 до 15% мас., более предпочтительно, от 3 до 12% мас., наиболее предпочтительно, от около 5 до 10% мас. относительно общей массы смазочной композиции. Графит может быть природным или синтетическим графитом, предпочтительно, в порошковой форме. Например, предпочтительный исходный материал графита имеет плотность около 2,2 г/мл, а размер частиц D50 составляет 5 мкм и D90 - 15 мкм, так же, как материал, поставляемый Branwell Graphite Ltd, № CAS 7782-42-5.

Карбонат кальция, применяемый в композиции по изобретению, предпочтительно, содержится в ней в количестве от 1 до 15% мас., более предпочтительно, от 3 до 12% мас., наиболее предпочтительно, от около 5 до 10% мас. относительно общей массы смазочной композиции. Карбонат кальция, предпочтительно, применяется в порошковой форме, и может быть природным (как измельченный карбонат кальция) или синтетическим (как осажденный карбонат кальция). Из различных полиморфов карбоната кальция, для использования в композиции по настоящему изобретению, особенно предпочтителен кальцит. Предпочтительный исходный материал карбоната кальция имеет плотность около 2,7 г/мл, а размер частиц D50 составляет 1 мкм и D90 - 8 мкм, так же, как материал с торговым наименованием Hydrocarb OG, поставляемый Omya AG, № CAS 471-34-1.

Дисульфид молибдена, применяемый в композиции по изобретению, предпочтительно, содержится в количестве от 1 до 15% мас., более предпочтительно, от 3 до 12% мас., наиболее предпочтительно, от около 5 до 10% мас., относительно общей массы смазочной композиции. Дисульфид молибдена предпочтительно применяется в порошковой форме, в идеале, с категорией чистоты >98%, и может быть получен, например, разложением тиомолибдата аммония (ATM) или рафинированием минерального молибденита. Предпочтительный исходный материал дисульфида молибдена имеет плотность около 4,9 г/мл, а размер частиц D50 составляет 5мкм и D90 - 10 мкм, так же, как материал, поставляемый Climax Molybdenum Co., № CAS 1317-33-5.

Сульфид висмута, применяемый в композиции по изобретению, предпочтительно, содержится в количестве от 0,1 до 15% мас., более предпочтительно, от 0,5 до 10% мас., наиболее предпочтительно, от около 1 до 5% мас., относительно общей массы смазочной композиции.

Сульфид висмута серийно выпускается в нескольких различных формах, включая формы, основанные на размере частиц. Сульфид висмута, предпочтительно, применяется в порошковой форме, и может быть получен из природных исходных материалов (таких как бисмутинит) или произведен синтетическим методом.

У сульфида висмута размер частиц D50 составляет 10 мкм, а D90 - 40 мкм, так же, как у материала, поставляемого под торговым наименованием Tribotecc BIS 83 компанией Tribotecc GmbH, № CAS 1345-07-9, который был определен как наиболее подходящий. Сульфид висмута, предпочтительно, имеет плотность около 6,9 г/мл.

Сульфид висмута предпочтительно имеет размер частиц примерно на 50% больший, чем размер частиц присадок графита, карбоната кальция и дисульфида молибдена. Например, сульфид висмута может иметь размер частиц D50 10 мкм или более и/или D90 40 мкм или более, а графит, карбонат кальция и дисульфид молибдена предпочтительно имеют размеры частиц D50 5мкм или менее и/или D90 15мкм или менее.

Нет особых ограничений в отношении состава базового масла, применяемого в настоящем изобретении, и можно успешно использовать различные традиционные минеральные масла и синтетические масла. Состав базового масла, применяемого в настоящем изобретении, может включать смеси одного или более минеральных масел и/или одного или более синтетических масел.

Минеральные масла, применяемые в смазочной композиции по настоящему изобретению, содержат любые базовые масла из Группы I, Группы II и Группы III . Базовое масло "Группы I", базовое масло "Группы II" и базовое масло "Группы III" обозначают базовые масла смазочных материалов в соответствии с определениями Американского института нефти (API) категорий I, II и III. Такие категории API определены в API Publication 1509, 15th Edition, Appendix E, April 2002.

Особенно подходящие для применения в настоящем изобретении минеральные масла включают жидкие нефтяные масла и обработанные растворителем или кислотой минеральные смазочные масла парафинового, нафтенового или смешанного парафинового/нафтенового типа, которые могут быть дополнительно очищены в процессах гидроочистки и/или депарафинизации.

Другие подходящие минеральные масла, которые удобно использовать в качестве базового масла или его компонента в смазочной композиции по настоящему изобретению, включают базовые масла, полученные в процессе Фишера-Тропша, такие как раскрытые, например, в EP 0 776 959, EP 0 668 342, WO 97/21788, WO 00/15736, WO 00/14188, WO 00/14187, WO 00/14183, WO 00/14179, WO 00/08115, WO 99/41332, EP 1 029 029, WO 01/18156 и WO 01/57166.

Синтетические масла, которые могут быть использованы в смазочных композициях по настоящему изобретению, включают базовые масла Группы IV, особенно углеводородные масла, такие как олигомеры олефинов (PAO), и базовые масла Группы V, такие как эфиры двухосновных кислот, эфиры полиола, депарафинированные восковидные рафинаты и полибутены. Могут быть удачно использованы синтетические углеводородные базовые масла, поставляемые Shell Group под наименованием "XHVI" (торговая марка).

Общее количество базового масла, внесенного в смазочную композицию по настоящему изобретению, находится, предпочтительно, в диапазоне от 30 до 95% мас., более предпочтительно, в количестве из диапазона от 45 до 90% мас. и, наиболее предпочтительно, в количестве из диапазона от 60 до 85% мас. относительно общей массы смазочной композиции. Все процентные содержания, определенные в данном документе, выражены относительно общей массы смазочной композиции.

Предпочтительно, у смазочной композиции по изобретению минимальная вязкость базового масла при 400°C составляет 3600 сСт. Такая вязкость дает возможность использовать композицию при экстремальных давлениях, обеспечивает превосходную адгезионную способность, пленку и покрытие, а также упрощает применение посредством закачки или распыления.

В предпочтительной композиции по настоящему изобретению, базовое масло содержит полибутен в качестве своего существенного компонента, в идеале - в качестве основного компонента. Например, полибутен, предпочтительно, содержится в количестве от 20% мас. до 50% мас., более предпочтительно, в количестве от 30% мас. до 45% мас., и, наиболее предпочтительно, в количестве от 35 до 40% мас. относительно общей массы смазочной композиции. Предпочтительный полибутен для использования в композиции по настоящему изобретению имеет плотность в области 0,9 г/мл, так же, как материал, поставляемый INEOS, № CAS 9003-29-6.

Базовое масло смазочной композиции по настоящему изобретению предпочтительно содержит также парафиновое базовое масло, предпочтительно, в количестве от 10% мас. до 40% мас., более предпочтительно, в количестве от 15% мас. до 30% мас., и, наиболее предпочтительно, в количестве от 20% мас. до 25% мас. относительно общей массы смазочной композиции. Пример парафинового базового масла для использования в композиции представляет собой депарафинизированное растворителем тяжелое парафиновое дистиллятное масло, такое как материал, поставляемый Shell, № CAS 64742-65-0.

Композиция может содержать другие дистиллятные базовые масла, включая, например, гидрооочищенное тяжелое нафтеновое дистиллятное масло, один из примеров которого поставляет Nynas, № CAS 64742-52-5. Последнее, в случаях, когда оно присутствует, обычно включено в меньших количествах по сравнению с тяжелым парафиновым дистиллятным маслом, предпочтительно, в количестве 5% мас. или менее относительно общей массы композиции, и, наиболее предпочтительно, в количестве 1% мас. или менее.

Преимущественно, базовое масло может дополнительно содержать нафтеновое базовое масло, в частности, в количестве из диапазона от 1 до 15% мас., более предпочтительно, в количестве от 5% мас. до 10% мас. относительно общей массы композиции. Пример нафтенового масла для использования в смазочной композиции по изобретению представляет собой масло, поставляемое Shell, № CAS 64742-52-5.

Загуститель из алюминиевого комплексного мыла, включенный в композицию по изобретению, добавляют, предпочтительно, в количестве от 0,5% мас. до 15% мас., более предпочтительно, от 1% мас. до 10% мас., и наиболее предпочтительно, от 2% мас. до 8% мас. относительно общей массы смазочной композиции. Предпочтительно, комплексное мыло формируют на месте (in situ) добавлением разнородных кислот и исходного материала алюминия к базовому маслу или к части базового масла, или к компоненту базового масла.

Загуститель, предпочтительно, формируют из длинноцепочечной алифатической кислоты, имеющей 12-25 атомов углерода, такой как стеариновая кислота, пальмитиновая кислота, линолевая кислота и кислоты таллового масла, и карбоновой кислоты ароматического ряда, имеющей 10 или менее атомов углерода, такой как бензойная кислота, толуиловая кислота и этилбензойная кислота. Особенно предпочтителен для использования в изобретении загуститель из алюминиевого комплексного мыла, полученный из стеариновой кислоты и бензойной кислоты. Например, такой загуститель может быть получен из ацилата алюминия, стеариновой кислоты и бензойной кислоты.

Другие традиционные добавки могут быть включены в смазочную композицию по изобретению, предпочтительно, в количествах 5% мас. или менее. Такие традиционные добавки могут, например, включать, но не ограничены этим, ингибиторы коррозии, антиокислительные присадки, детергенты, антивспениватели, полимеры, красители, и гидрофобные агенты.

Особенно предпочтительно применение в качестве ингибитора коррозии димеркаптотиадиазола или его производных.

Смазочная композиция по настоящему аспекту может быть приготовлена с помощью общеизвестных способов производства смазки. Например, базовое масло(а) и компоненты жирной кислоты могут быть внесены в бак для производства смазки, с последующим добавлением соли алюминия, после чего происходит омыление с генерацией комплексного мыла в базовом масле. Чтобы обеспечить гарантированное плавление всех компонентов и последующее обезвоживание композиции, можно использовать нагрев. Смешивание обеспечивают интенсивным перемешиванием, и смеси дают возможность остыть до комнатной температуры. Добавки могут быть введены одновременно с загущающими компонентами или после омыления. Может потребоваться гомогенизация получившейся смазочной композиции, и, в таком случае, ее обычно осуществляют с помощью роликового смесителя, такого как трехвалковая мельница.

Примеры

Далее настоящее изобретение будет описано на следующем примере, но оно им не ограничивается.

Смазочная композиция по настоящему изобретению приготовлена смешиванием следующих компонентов, все количества которых выражены в % мас. относительно общей массы композиции:

Загуститель

Ацилат алюминия 4,0

Стеариновая кислота 1,0

Бензойная кислота 0,5

Базовое масло

Парафиновое базовое масло 22,0

Нафтеновое базовое масло 9,0

Алкилбензолы 2,3

Полибутен 38,0

Гидроочищенный тяжелый нафтеновой дистиллят 0,8

Присадки

Сульфид висмута 1,0

Графит 5,0

Карбонат кальция 5,0

Дисульфид молибдена 5,0

Другие присадки

Пакет присадок для горнорудных работ 4,5

Производное димеркаптотиадиазола 1,9

_________

100,0

Полевые испытания, включающие использование смазочной композиции по настоящему изобретению, были проведены на базе Shell Albian Sands, Канада, путем введения композиции в систему зубчатых передач подъемного устройства электрического одноковшового экскаватора (экскаватор CAT 7495 HF). Периодические проверки и замеры температуры производили в течение шестимесячного периода (около 4000 часов), когда это допускалось условиями производства. Проверка зубчатой передачи, проведенная через пять месяцев в течение испытательного периода показала, что пластическая деформация отсутствует и не наблюдается никаких признаков износа. Смазочное покрытие и эксплуатационные показатели были признаны исключительными.

Предложена алюминиевая комплексная смазочная композиция, содержащая от 60 до 85 мас.% базового масла и от 2 до 8 мас.% алюминиевого комплексного мыла в качестве загустителя, причем композиция дополнительно включает в качестве присадок (i) 3-12 мас.% графита, (ii) 3-12 мас.% дисульфида молибдена, (iii) 3-12 мас.% карбоната кальция и (iv) 0,5-10 мас.% сульфида висмута. Композиция демонстрирует преимущества в показателях устойчивости к нагрузке, износостойкости и фрикционных характеристик, особенно в условиях экстремального давления, и подходит для использования в машинах с открытыми зубчатыми передачами. 7 з.п. ф-лы.

1. Алюминиевая комплексная смазочная композиция, содержащая от 60 до 85 мас.% базового масла и от 2 до 8 мас.% алюминиевого комплексного мыла в качестве загустителя, причем композиция дополнительно включает в качестве присадок (i) 3-12 мас.% графита, (ii) 3-12 мас.% дисульфида молибдена, (iii) 3-12 мас.% карбоната кальция и (iv) 0,5-10 мас.% сульфида висмута;

при этом мас.% выражены относительно общей массы смазочной композиции.

2. Смазочная композиция по п. 1, содержащая графит в количестве от около 5 до 10 мас.% относительно общей массы смазочной композиции.

3. Смазочная композиция по п. 1 или 2, содержащая дисульфид молибдена в количестве от около 5 до 10 мас.% относительно общей массы смазочной композиции.

4. Смазочная композиция по любому из пп. 1-3, содержащая карбонат кальция в количестве от около 5 до 10 мас.% относительно общей массы смазочной композиции.

5. Смазочная композиция по любому из пп. 1-4, содержащая сульфид висмута в количестве от около 1 до 5 мас.% относительно общей массы смазочной композиции.

6. Смазочная композиция по любому из пп. 1-5, отличающаяся тем, что сульфид висмута предпочтительно имеет размер частиц по меньшей мере на около 50% больше, чем размер частиц графита, карбоната кальция и дисульфида молибдена.

7. Смазочная композиция по любому из пп. 1-6, отличающаяся тем, что сульфид висмута имеет размер частиц D50 10 мкм или больше и D90 40 мкм или больше.

8. Смазочная композиция по любому из пп. 1-7, отличающаяся тем, что базовое масло содержит смесь полибутена, парафинового базового масла и нафтенового базового масла.