Brevet FR2043569A1 — publié le 19710219

La présente invention concerne des compositions lubrifiantes contenant des matières lubrifiantes solides, et plus particulièrement des compositions pour lubrifier des interfaces titane-acier et llonel-acier, 5 II est connu depuis de nombreuses années que cer taines matières solides comme le graphite et le disulfure de molybdène sont d'excellentes matières lubrifiantes tant, quand elles sont appliquées sous une forme sèche comme par frottement que quand elles sont incorporées dans un véhicule liquide sur 10 les surfaces d'appui. . Evidemment, des matières lubrifiantes liquides comme des huiles minérales et des huiles de silicones sont également bien connues. Aucune matière, toutefois, ne fournit une absence complète de frottement et on a continué les recherches pour essayer de trouver de meilleures matières lu— 15 brifiantes. Un domaine d'utilisation des lubrifiants qui a posé des problèmes très difficiles est la lubrification du titane contre l'acier dans l'étirage de tubes de titane et durant le taraudage du titane. Bien que des matières disponibles dans le 20 commerce soient actuellement utilisées pour cette application, elles laissent beaucoup à désirer. Les interfaces entre le Monel et l'acier souffrent aussi de ce qu'on manque d'une bonne . matière lubrifiante, en particulier, par exemple, dans l'étirage de fils de Monel à travers des filières en acier. 25 Le brevet des Etats-Unis d'Amérique E° 3 223 626 décrit un lubrifiant sous la forme d'un film solide lié par une résine prévu pour fournir de bonnes propriétés d'inhibition de la corrosion sur une interface zinc-acier phosphaté. Ces systèmes liés par une résine comprennent des résines époxy-30 phénoliques et des résines de silicones dans lesquelles une quantité notable de disulfure de molybdène est incorporéeet qui contiennent un pourcentage relativement faible de tri-oxyde d'antimoine. Bien que des systèmes liés par une résine aient des applications dans des domaines où une lubrification per-35 manente est nécessaire, ces systèmes sont sans intérêt ou à peu près sans intérêt dans des domaines comme l'étirage de tubes et le tréfilage ou le taraudage de métaux. La présente invention a pour but général de fournir une composition améliorée pour la lubrification de métaux. 40 Elle a aussi pour btit de fournir des compositions 70 18120 2 2043569 lubrifiantes et des procédés pour lubrifier le titane et le Monel. Pour atteindre ces buts, et d'autres, il est prévu par la présente invention une composition lubrifiante compre-5 nant entre 10$ et 80$ en poids de tri-oxyde .d'antimoine en particules dispersé substantiellement uniformément dans un véhicule liquide qui constitue au moins 20$ du poids de la composition. Le véhicule liquide peut être n'importe quelle matière choisie parmi les huiles minérales, les fluides de si-10 licones, les fluides de fluorocarbyl-silicon.es, les esters phosphoriques, les huiles de fluorocarbures, les esters d'acides dibasiques, la glycérine et les glycols. En plus du trioxyde d'antimoine,- d'autres particules de lubrifiants solides peuvent être ajoutées à la composition. On peut lubrifier le s inter-15 faces titane—acier et Monel-acier en appliquant à ces interfaces la composition lubrifiante décrite ci-dessus. Des essais d'usure par flottement effectués en utilisant les compositions lubrifiantes définies ci-dessus montrent qu'un 'très bas coefficient de frottement et une très petite 20 vitesse d'usure résultent de .1'utilisation de ces matières. Bien que ces compositions lubrifiantes trouvent une application générale dans le domaine de la lubrification, on a trouvé qu'elles sont particulièrement intéressantes pour le travail du Monel et du titane, en utilisant des outils en acier. 25 D'une façon un peu surprenante, lors du travail d'ex périmentation concernant les compositions et les procédés de la présente invention, on a trouvé aussi que la stabilité à l'oxydation des fluides de fluorocarbyl-silicones est grandement améliorée par l'addition du trioxyde d'antimoine en particules. 30 Bien que les fluides de fluorocarbyl-silicones aient trouvé antérieurement une application comme matières lubrifiantes, leur utilisation était limitée par leur faible stabilité à l'oxydation à chaud. Dans les applications"où il se produit un échauffement notable, une fluoro-carbyi-silicone se volatilise 35 en atmosphères oxydantes et perd son efficacité. Quand on a-joute du trioxyde d'antimoine au fluide de fluorocarbyl-silicones dans des proportions comprises entre 10 pour cent et 300 pour cent en poids environ par rapport au fluide, la perte de poids du fluide à des températures de l'oardre de 40 23?°C est réduite notablement par rapport à celle qui se pro 70 18120 5 2043569 duit quand le fluide est utilisé seul. Par conséquent., dans les compositions à base de fluides- de fluoroearbyl-silicones de la présente invention, on obtient à la fois les qualités lubrifiantes du trioxyde d'antimoine comme lubrifiant solide forma-5 teur de film dans la composition et la lubrification liquide fournie par les fluides de fluorocarbyl-silicones. D'autres buts et avantages de l'invention résulteront encore de la description ci-après. Selon la présente invention, il est prévu un procédé 10 de lubrification dans lequel une composition contenant entre 10 et 80 i° environ en" poids-de trioxyde d'antimoine en particules est dispersée substantiellement uniformément dans un véhicule liquide qui constitue au moins 20$ du poids de la composition. Les véhicules liquides utilisables comprennent 15 des huil-es minérales de divers types, des fluides de silicones (organopolysiloxanes), fluides de fluorocarbyl-silicones (organopolysiloxanes fluorés), esters phosphoriques, fluides de fluorocarbures, des esters d'acides dibasiques, la glycérine et des glycols comme lréthylène~glycol. 20 On prépare la composition simplement en mélangeant le trioxyde d'antimoine dans le véhicule liquide. Aux basses concentrations en matières solides, la matière résultante est simplement une composition liquide ou huileuse dans laquelle les particules solides sont en suspension. Dans le cas de 25 concentrations plus fortes, la composition résultante devient " une graisse ou une pâte lubrifiante suivant le pouvoir lubrifiant du fluide lui-même et la concentration des particules solides présentes. En plus du trioxyde d'antimoine, on a trouvé que 30 d'autres particules de lubrifiants solides peuvent aussi être incluses dans la composition. Ces matières comprennent, par exemple, MoSg, -WSeg» NbSe2» HbSg» CaCOH)^, ZnPgO^, Ca^PO^g» CaO, le graphite et AlPO^. Le véhicule liquide utilisable dans la présente in-35 vention peut être choisi parmi les huiles minérales, les fluides de silicones, les fluides de fluorocarbyl-silicones, la glycérine et les glycols. Les huiles minérales utilisables comprennent, par exemple, l'huile minérale blanche, des huiles de pétrole et dès compositions d'huiles de pétrole du commerce. 70 18120 4 2C43569 Les fluides de silicones sont des organopolysiloxanee ' et comprennent, par exemple, des fluides de diméthylpolysilo-xanes et des fluides de phénylméthylpolysiloxanes, entre autres, les fluides de fluoroearbyl-silicones comprennent 5 des fluides comme les trifluoroprQpylsiloxan.es et des mélanges ou des copolymères de trifluoropropylmétliylsiloxanes et de diméthylsilaxanes. les fluides de glycols utilisables comprennent n'importe lesquels des fluides couramment utilisés comme véhi-10 oulos pour des dispersions de lubrifiants, comme par exemple 1!éthylène-glycol. On a trouvé que les compositions résultantes scat dfexcellents lubrifiants dans'diverses situations et sont5 en particulier, d'excellents lubrifia.nts pour la lubrification. 15 d[interfaces titane-acier et Monel-acier. la lubrification du titane et du Monel est particulièrement utile, dans les domaines du tréfilage, de l'étirage de tubes, du taraudage et d'autres formes de travail des métaux où la lubrification constituait jusqu'à présent un problème particulièrement difficile. 20 De plus, d'autres additifs pour lubrifiants couram ment utilisés peuvent être incorporés dans la composition en petites quantités. Ces matières comprennent, par exemple, des matières anticorrosives et des particules de résines synthétiques. 25 II est déjà connu que les fluides de fluoroearbyl- silicones sont des lubrifiants raisonnablement bons pour certaines applications. Il existait toutefois une difficulté dans le cas de l'utilisation de ces matières à des températures élevées, c'est-à-dire de l'ordre de 200 à 235°C. A ces tempé-30 ratures, ces matières ont tendance à se dégrader en raison de l'oxydation et à se volatiliser à partir des surfaces d * appui. On a trouvé que l'addition du trioxyde d'antimoine dans les quantités convenables pour la composition lubrifiante 35 de la présente invention améliore la stabilité à l'oxydation à chaud de la composition de fluorocarbyl-silicones. Bien que cet effet soit notable dans tout le domaine prévu pour la composition, on a trouvé qu'il est optimal quand il y a de 40 à 60 pour cent de trioxyde d'antimoine dans la composition; c'est— 40 à-dire que l'addition de trioxyde d'antimoine à raison d'une 70 18120 5 2C43569 10 quantité comprise entre 80$ et 120$ du poids du fluide fournit une stabilisation optimale. De plus grosses pertes de poids du fluide au voisinage de 232°C sont observables quand les concentrations sont au-dessus ou au-dessous de cet intervalle. On pourra mieux comprendre l'invention d'après les exemples particuliers suivants de procédés de lubrification et de compositions selon la présente invention et par com-paraison avec des compositions de la technique antérieure dans des conditions similaires# Sauf spécification contraire, toutes les parties et tous les pourcentages sont en poids, et toutes les viscosités sont mesurées à 25°C. Exemple 1 On prépare des compositions par mélange conformément au tableau suivants 15 Echantillon N° Véhicule liquide ($) Sb205 ($) Autres additifs m A 29 huile minérale blanche 71 20 B 27?5 huile minérale blanche 15,4 graisse au lithium 12 25 C 89 huile de pétrole 10 D 31 glycérine 69 30 E 31 silicone-glycol 69 F 32 éthylène-glycol 68 & 32 25 s 75 glycol-glycérine 68 35 H 32 75î25 glycol-glyc érine 68 I 40 diméthylpoly- siloxane (350 cSt) 60 J 40 trifluoropropylméthyl-polysiloxane (10 000 cSt) 60 40 K 1 39 trifluoropropylméthyl-polysiloxane (300 cSt) 39,2 trifluoropropyl- 61 méthylpolysiloxane 24,5 7,7 ZnP2°7 38,4 Ca(OH), 1,6 ester de sawao. métallique cire synthétique 1 DuPont 10A 565 1,6 9,8 PbPO, 2,0 Si0o 24,5 MoS^ 70 18120 6 2043569 On effectue des essais en comparant le couple de taraudage dans le titane avec du Cutzol 400-A, un fluide de refroidissement pour coupe du commerce largement utilisé avec le titane et vendu par la firme Rust-Lick, Inc., de Boston, Massa-5 chusetts. En considérant comme 100$ le couple nécessaire au taraudage en utilisant cette matière, l'efficacité pour le taraudage des échantillons ci-dessus dans des conditions identiques est la suivantes G = 100$ ? D = 141$ ; S = 162$; E = 163$ I G = 135$ | H =■ 139$ ; J =■ 173$ 5 K = 139$ 1 = 202$. 10 On effectue des essais sur une machine Alpha LEW-1 par la méthode oscillatoire. En utilisant un collier en acier standard et un bloc d'acier R.30 à un arc de 10°, à 75 cycles par minutes, l'Echantillon I donne une cicatrice d'usure de 0,8 mm après 5000 cycles sous une charge de 68 kg. 15 En utilisant un "bloc d'acier Rc30 et un collier d'essai en alliage de titane T1-6A1-4V, après 5000 cycles sous une charge de 68 kg, la cicatrice d'usure sur le bloc en utilisant l'Echantillon A est de 0,5 mm et le coefficient de frottement durant l'essai est mesuré comme étant de 0,097. 20 Pour l'Echantillon B dans les mêmes conditions, le coefficient de frottement mesuré est de 0,083; la. cicatrice d'usure résultante est de 0,4 mm. On essaie aussi l'Echantillon A en utilisant un bloc d'acier R„30 et un collier en Monel. Après 5500 cycles, une cicatrice d'usure de 0,3 mm de longueur est ob-25 servée sur le bloc. Exemple^ Un mélange de (en poids) 37,4$ de trifluoropropyl-méthylpolysiloxane (1 000 cSt), 56$ de Sb^O^, 4,7$ de PbPO^ et 1,9$ de SiOg (Mélange 1) est essayé par comparaison avec 30 un mélange identique dans lequel du MoS2 est substitué au SbgO^ (témoin). Dans l'essai oscillatoire sur machine Alpha 1W-1 comme décrit à l'Exemple 1 en utilisant de l'acier sur de l'acier, la cicatrice d'usure après 5 000 cycles est de 0,9 mm pour le Mélange 1 et de 1,4 « pour le témoin. D'une 35 manière similaire, dans l'essai dit f,LW-4 E. P. Press Eit test" (ASTM) à petite vitesse (1,52 cm/min), le Mélange 1 présente un coefficient de frottement de 0,14 et une entrée de 100$ tandis que le témoin est défaillant â une entrée de 32$. Dans l'essai d'usure lalex, le Mélange t présente une charge 40 maximale sur les mâchoires à grande vitesse d'usure de 408 kg 70 18120 2043569 tandis que le témoin présente une charge maximale sur les mâchoires à grande vitesse d'usure de 272 Kg, Exemple 5 On effectue un essai comparatif de perte de poids • 5 fluide de fluoroearbyl-silioones (trifluoropropylméthylpo lj--siloxane, 10 000 cSt) à 252°0 sous la pression atmosphérique pendant une période de 14 Dours pour des compositions ne contenant pas de Sl^O^ e"k contenant 40$ (en poids) de Le pourcentage de perte de poids dans le cas du fluide sans 10 additif est de 41,1$, tandis que dans le cas du fluide avec additif il est de 34? Sfo du f l'aide seul. Il est évident que l'invention n'est pas limitée aux modes de mise en oeuvre décrits et qu'on peut y apporter toutes variantes. 70 18120 2043569 HEYDÏTDI0 A fIOUS 1. Composition lubrifiante caractérisée en ce qu'elle comprend de 10 $ à 80 f> en poids de trioxyde d'antimoine en particules dispersé de façon substantiellement uniforme dans 5 un véhicule liquide constituant au moins 20 du poids de la composition et choisi parmi les huiles minérales, les fluides de silicones, les fluides de fluorocarbylsilicones, les esters phosphoriques, les fluides de fluorocarbures, les esters d'acides dibasiques, la glycérine et les glycols, 10 2, Une composition lubrifiante selon la revendication 1? caractérisée en ce qu'elle comprend, en outre, des particules d'autres lubrifiants solides. 3. Une composition lubrifiante selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée en ce qu'elle comprend, 15 en outre, du phosphate de plomb. 4» Un procédé pour lubrifier des interfaces titane-acier et Monel-acier, caractérisé en ce qu'on applique à ces interfaces un mélange de 10 fa à 80 % en poids de trioxyde d'antimoine en particules dispersé de façon substantiellement uni-20 forme dans un véhicule liquide constituant au moins 20 fo du poids de la composition et choisi parmi les huiles minérales, les fluides de silicones, les fluides de fluoroearbyl-silicones, les esters phosphoriques, les fluides de fluorocarbures, les esters d'acides dibasiques, la glycérine et les glycolB. 25 5. Un procédé pour lubrifier des interfaces titane- acier et Monel-acier selon la revendication 4» caractérisé en ce qu'on applique avec la dispersion de trioxyde d'antimoine dans le véhicule liquide une certaine quantité de particules d'autres lubrifiants solides. 30 6. Un procédé pour améliorer la stabilité à l'oxyda tion à chaud de fluides de fluorocarbyl-silicones, caractérisé en ce qu'on ajoute du trioxyde d'antimoine à ces fluides à raison de quantités comprises entre 10 f> et 300 fo du poids du fluide. 35 7. Un procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la quantité de trioxyde d'antimoine ajoutée est comprise entre 80 f> et 120 f du poids du fluide.