МЕТАЛЛОПЛАКИРУЮЩАЯ МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНАЯ КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ МОТОРНЫХ, ТРАНСМИССИОННЫХ И ИНДУСТРИАЛЬНЫХ МАСЕЛ Российский патент 2023 года по МПК C10M141/06 C10M129/26 C10M133/12 C10M133/16 C10N10/00 C10N30/00 

Изобретение относится к смазочным материалам на основе минеральных и синтетических масел, содержащих металлоплакирующую, многофункциональную композицию, повышающую антифрикционные, противозадирные, антиокислительные и моюще-диспергирующие свойства и может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания (ДВС) грузовых и легковых автомобилей, локомотивов, речного и морского флота, а также в трансмиссионных и индустриальных маслах.

Аналогом заявленного изобретения является металлоплакирующая маслорастворимая присадка (патент РФ №2398010, опубл. 27.08.2010), которая содержит, мас. %:

Наиболее близким аналогом к заявленному изобретению является композиция для масел (заявка РСТ WO 2012107649, опубл. 16.08.2012), которая содержит, мас. %:

Техническая проблема известных аналогов заключается в том, что из-за наличия солей металлов неорганических кислот в процессе работы на поверхностях трения происходит восстановление металлов и образование "сильной" неорганической кислоты, присутствие эпоксидной смолы затрудняет процесс образования металлической защитной пленки на поверхности трения, а наличие абразивных материалов приводит к засорению масляных каналов системы смазки двигателей внутреннего сгорания.

Задачей настоящего изобретения является устранение вышеуказанных недостатков.

Технический результат заключается в исключении повреждения масляных каналов системы смазки двигателей внутреннего сгорания, а также в улучшении противоизносных свойств, обеспечении длительной работоспособности пары трения на скорости скольжения до 2,46 м/сек.

Технический результат достигается тем, что металлоплакирующая маслорастворимая присадка состоит из соли металла органической кислоты, полученной при взаимодействии технической олеиновой кислоты, представляющей собой смесь карбоновых непредельных кислот C₁₅-C₁₈, с окисью одновалентной меди, ароматического амина, производного сукцинимида и маслорастворимой органической кислоты в виде олеиновой кислоты, при следующем соотношении компонентов, мас. %:

В качестве соли металла органической кислоты могут быть использованы соли металлов 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 С-1500.

Металлоплакирующую присадку к смазочным композициям получают следующим образом. В непредельную карбоновую кислоту, выбранную из ряда фракций С₁₅-С₁₈, например, техническую олеиновую марки Б-115, представляющую собой смесь карбоновых непредельных кислот C₁₅-C₁₈, вводят окись одновалентной меди, проводят перемешивание, например, пропуская смесь через гидродинамический аппарат при критерии перемешивания Re=10000-60000 и диапазоне температур от 30 до 180°С. Диспергирование и растворение проводят в течение 30-60 мин, при этом образуются соли карбоновых непредельных кислот. После растворения оксидов в кислоте отделяют непрореагировавшие окислы фильтрованием.

В результате реакции самоокисления-самовосстановления (диспропорционирования) образуются одно- и двухвалентные соли карбоновых непредельных кислот, соотношение между которыми регулируется длительностью процесса и значением критерия Рейнольдса. Затем в очищенный раствор вводят с перемешиванием ароматический амин (дифениламин), непредельную карбоновую кислоту (выбрана из ряда фракций С₆-С₂₂) и производное сукцинимида (С-5А или С-1500) при комнатной температуре.

Контроль качества готового продукта осуществляют по процентному содержанию меди, которое определяют, растворяя навеску продукта в ледяной уксусной кислоте с последующим титрованием с использованием иодометрии. Содержание меди Cu⁺¹ и Cu^+II в присадке можно определить методом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС).

Использование непредельных карбоновых кислот позволяет получить необходимую молекулярную структуру металлоплакирующей присадки к смазочным композициям, обеспечивающую достижение требуемых физико-химических свойств.

Использование металлоплакирующей присадки к смазочным композициям позволяет значительно снизить коэффициент трения для различных пар трения, в том числе при большой степени нагружения и высоких частотах взаимного перемещения, а также исключить повреждение масляных каналов системы смазки двигателей внутреннего сгорания и улучшить противоизносные и моющие свойства.

Изобретение поясняется следующими примерами осуществления изобретения.

Пример 1

Металлоплакирующая маслорастворимая присадка содержит соль металла органической кислоты, ароматический амин, производное сукцинимида, при этом она дополнительно содержит маслорастворимую органическую кислоту, при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Пример 2

Металлоплакирующая маслорастворимая присадка содержит соль металла органической кислоты, ароматический амин, производное сукцинимида, при этом она дополнительно содержит маслорастворимую органическую кислоту, при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Пример 3

Металлоплакирующая маслорастворимая присадка содержит соль металла органической кислоты, ароматический амин, производное сукцинимида, при этом она дополнительно содержит маслорастворимую органическую кислоту, при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Влияние состава присадки на коэффициент трения при различных значениях температуры в зоне трения и давления для различных пар трения представлено в таблице 1.

Таблица 1

№примера Пара трения: Чугун (СЧ 18-36)-Сталь А (А-18) Давление (Р),
25 кг/см² Давление (Р),
50 кг/см² Давление (Р),
100 кг/см² f,
коэф. трения Т, °С
Температура в зоне трения f,
коэф. трения Т, °С
Температура в зоне трения f,
коэф. трения Т, °С
Температура в зоне трения 1 0,14 26 0,18 50 0,24 62 2 0,11 22 0,13 45 0,17 50 3 0,10 21 0,12 40 0,16 46

При использовании других соотношений компонентов присадки в пределах заявленных диапазонов также достигается снижение коэффициента трения.

Использование металлоплакирующей присадки к смазочным композициям позволяет значительно снизить коэффициент трения для различных пар трения, в том числе при большой степени нагружения и высоких частотах взаимного перемещения.

Трибологические испытания смазочных материалов производятся на машине трения, имитирующей работу тяжело нагруженного узла трения в условиях проскальзывания.

Для проведения сравнительных испытаний использовались:

- образец 1 - базовое масло 3 группы модифицированное металлоплакирующей присадкой по патенту РФ №2398010

- образец 2 - базовое масло 3 группы модифицированное металлоплакирующей присадкой по примеру №1

- образец 3 - базовое масло 3 группы модифицированное металлоплакирующей присадкой по примеру №2

- образец 4 - базовое масло 3 группы модифицированное металлоплакирующей присадкой по примеру №3

Испытания проводились на машине трения на максимальной нагрузке G_max,нач = 2600 МПа в течение 1 часа при скорости вращения шайбы 50 - 3500 об/мин.

Главными критериями для сравнения работоспособности смазочных материалов являлись:

- диаметр пятна контакта на шарике,

- приращение температуры шарика за время испытаний,

- изменение коэффициентов трения за время испытаний.

Значения диаметра пятна контакта, коэффициенты трения и температурные характеристики пар трения приведены в Таблице 2.

Таблица 2 Наименование смазок, частота вращения/скорость линейная Диаметр пятна контакта, мкм Коэффициент
Трения μ=kM
старт/уст. реж. Рост Т°С 50 об/мин
Vлин.=0,044 м/сек Образец 1 478,85 15/15 0,263 Образец 2 469,66 13/13 0,82 Образец 3 474,95 13/12 -1,27 Образец 4 567,25 16/15 0,26 500 об/мин
Vлин.=0,44 м/сек Образец 1 475,93 15/14 3,34 Образец 2 826,95 14/13 3,24 Образец 3 705,29 12/12 2,43 Образец 4 666,24 11/11 2,16 1000 об/мин
Vлин.=0,88 м/сек Образец 1 681,28 14/14 4,32 Образец 2 707,01 14/14 7,99 Образец 3 777,25 12/12 3,76 Образец 4 713,27 12/12 3,62 1500 об/мин
Vлин.=1,32 м/сек Образец 1 818,26 16/13 9,16 Образец 2 791,46 16/14 10,6 Образец 3 749,84 14/13 7,2 Образец 4 719,7 11/12 6,96 2000 об/мин
Vлин.=1,64 м/сек Образец 1 1669,68 разрушение пары трения Образец 2 867,41 15/13 11,47 Образец 3 907,85 13/13 10,44 Образец 4 857,93 13/13 8,86 2500 об/мин
Vлин.=2,05 м/сек Образец 1 0 0 0 Образец 2 718,58 15/13 10,17 Образец 3 939,76 15/14 15,2 Образец 4 1653,93 разрушение пары трения 3000 об/мин
Vлин.=2,46 м/сек Образец 1 0 0 0 Образец 2 1895,94 разрушение пары трения Образец 3 671,44 12/11 8,19 Образец 4 0 0 0

Контактную (удельную) нагрузку Рк, кг/мм², рассчитывают по формуле:

Pк = Робщ/S, кг/мм² ,где

Робщ. - нагрузка на образец, кг.

S - площадь пятна контакта на шарике, мм², S=D²/4, где D - диаметр пятна контакта шарика, мм.

По контактной нагрузке оцениваем несущую способность пары трения. Таблица 3.

Таблица 3 Наименование смазок Диаметр пятна контакта, мкм Несущая способность пары трения (контактная нагрузка, Р_{к ,}кг/мм² 50 об/мин Образец 1 478,85 35,09 Образец 2 469,66 36,48 Образец 3 474,95 35,67 Образец 4 567,25 25,01 500 об/мин Образец 1 475,93 35,53 Образец 2 826,95 11,77 Образец 3 705,29 16,18 Образец 4 666,24 18,13 1000 об/мин Образец 1 681,28 17,34 Образец 2 707,01 16,1 Образец 3 777,25 13,32 Образец 4 713,27 15,82 1500 об/мин Образец 1 818,26 12,02 Образец 2 791,46 12,85 Образец 3 749,84 14,31 Образец 4 719,7 15,54 2000 об/мин Образец 1 1669,68 0 Образец 2 867,41 10,69 Образец 3 907,85 9,76 Образец 4 857,93 10,93 2500 об/мин Образец 1 0 0 Образец 2 718,58 15,58 Образец 3 939,76 9,11 Образец 4 1653,93 0 3000 об/мин Образец 1 0 0 Образец 2 1895,94 0 Образец 3 671,44 17,85 Образец 4 0 0

Мощность трения после испытаний оцениваем по формуле:

W=Рк×10×Vлин, где

Рк×10-контактная (удельная) нагрузка в МПа

V лин. - линейная скорость перемещения образца, м/с,

V лин. = , где

n - обороты шайбы в минуту;

l - длина окружности дорожки износа, l=, где D - диаметр окружности дорожки износа. В условиях испытаний на данной машине трения длина дорожки условно постоянна и составляет 0,053 м.

Расчетная величина мощности трения характеризует работу силы трения при износе контактирующих поверхностей на каждом этапе данного эксперимента, данные приведены в Таблице 4.

Таблица 4 Наименование смазок Несущая способность пары трения (контактная нагрузка, Р_{к ,}кг/мм² Мощность трения, МПа*м/сек 50 об/мин Vлин.=0,044 м/сек Образец 1 35,09 15,44 Образец 2 36,48 16,05 Образец 3 35,67 15,7 Образец 4 25,01 11 500 об/мин Vлин.=0,44 м/сек Образец 1 35,53 156,31 Образец 2 11,77 51,78 Образец 3 16,18 71,18 Образец 4 18,13 79,77 1000 об/мин Vлин.=0,88 м/сек Образец 1 681,28 152,57 Образец 2 707,01 141,66 Образец 3 777,25 117,22 Образец 4 713,27 139,19 1500 об/мин Vлин.=1,32 м/сек Образец 1 818,26 158,64 Образец 2 791,46 169,57 Образец 3 749,84 188,91 Образец 4 719,7 205,07 2000 об/мин Vлин.=1,64 м/сек Образец 1 Разрушение пары 0 Образец 2 10,69 175,4 Образец 3 9,76 160,12 Образец 4 10,93 179,29 2500 об/мин Vлин.=2,05 м/сек Образец 1 0 0 Образец 2 15,58 319,47 Образец 3 9,11 186,79 Образец 4 Разрушение пары 0 3000 об/мин Vлин.=2,46 м/сек Образец 1 0 0 Образец 2 Разрушение пары 0 Образец 3 17,85 439,08 Образец 4 0 0

Расчет критических нагрузок для данного узла трения при применении смазочного материала Cupper 10W-40 и модифицированного металлоплакирующей присадкой (М.п.) смазочного материала Cupper 10W-40 выполнен на основе полученных экспериментальных данных, а также рассчитанных мощностей трения и допущения прямолинейной зависимости (Р_к=W_к/10V_лин) между Р_к (критической нагрузкой) и W_к (критической мощностью трения) во всем диапазоне линейных скоростей.

Таблица 5 Наименование смазки Расчетная критическая нагрузка при оборотах: 50 об/мин 500 об/мин 1000 об/мин 1500 об/мин 2000 об/мин 2500 об/мин 3000 об/мин Образец 1 360,55 36,05 18,03 12,02 0 0 0 Образец 2 726,07 72,61 36,6 24,20 19,48 15,58 0 Образец 3 997,91 99,79 49,9 33,26 26,77 21,42 17,85 Образец 4 466,07 46,61 23,3 15,54 12,50 10,00 0

Модификация смазочного материала на основе базового масла 3 группы разработанной металлоплакирующей присадкой позволила обеспечить длительную работоспособность пары трения на скорости скольжения до 2,46 м/сек.

Прогнозный расчет критической нагрузки показывает значительное (многократное) преимущество противоизносных свойств смазочного материала, модифицированного разработанной присадкой во всем диапазоне линейных скоростей.

Изобретение относится к смазочным материалам на основе минеральных и синтетических масел, содержащих металлоплакирующую многофункциональную композицию, повышающую антифрикционные, противозадирные, антиокислительные и моюще-диспергирующие свойства, и может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания (ДВС) грузовых и легковых автомобилей, локомотивов, речного и морского флота, а также в трансмиссионных и индустриальных маслах. Предложена металлоплакирующая маслорастворимая присадка, состоящая из следующих компонентов, мас.%: соль металла органической кислоты, полученная при взаимодействии технической олеиновой кислоты, представляющей собой смесь карбоновых непредельных кислот C₁₅-C₁₈, с окисью одновалентной меди, - 3-10; ароматический амин - 15-35; производное сукцинимида - 45-65; маслорастворимая органическая кислота в виде олеиновой кислоты - 5-15. Технический результат – предложенная композиция позволяет исключить повреждение масляных каналов системы смазки двигателей внутреннего сгорания, а также улучшить противоизносные свойства, обеспечить длительную работоспособность пары трения на скорости скольжения до 2,46 м/с. 5 табл., 3 пр.

Металлоплакирующая маслорастворимая присадка, состоящая из соли металла органической кислоты, полученной при взаимодействии технической олеиновой кислоты, представляющей собой смесь карбоновых непредельных кислот C₁₅-C₁₈, с окисью одновалентной меди, ароматического амина, производного сукцинимида и маслорастворимой органической кислоты в виде олеиновой кислоты, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

соль металла органической кислоты 3-10 ароматический амин 15-35 производное сукцинимида 45-65 органическая кислота 5-15