Brevet FR2537990A1 — publié le 19840622

La présente invention concerne un film de lubrifiant d'un type nouveau destiné à être formé sur les surfaces de pièces métalliques glissantes soumises à une pression surfaces que élevée pour empêcher leur écorchage. Un écorchage se produit sur les surfaces métalliques qui sont en contact glissant sous une pression surfacique élevée, en particulier dans un cas ou le métal a une faible conductibilité thermique et un grand coefficient de dilatation thermique, comme l'acier inoxydable, ce qui cause souvent des pannes dans différentes machines industrielles. Par exemple, si le phénomène d'écorchage se produit lors du raccordement d'extrémités filetées de tuyaux de puits de pétrole, l'opération de raccordement doit être interrompue pour soulever le tuyau de manière à tronçonner son extrémité défectueuse et à tarauder un nouveau filetage sur ladite extrémité, ce qui se traduit par une perte considérable de temps et de travail. En addition aux tuyaux de puits de pétrole, le meme inconvénient est rencontré avec des parties métalliques glissantes qui sont soumises à une grande pression surfacique. On a par conséquent déjà mis au point, lubrifiants pour empêcher un écorchage de parties métalliques glissantes, différents lubri fiants , qui contiennent dans la plupart des cas un lubrifiant solide, un additif de lubrifiant et/ou une résine organique. Par exemple on a proposé un lubrifiant à base de résine-MoS2 dans les brevets US n0 3.051.586, 4.303.537, 3.146.142 et 4.206.060 ainsi que dans la demande de brevet japonais n0 51-43558, un lubrifiant correspondant au système MoS2-Sb203-résine a été décrit dans les brevets US NO 3.314.885 et 3.882.030 et dans le document"Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology" tandis qu'un lubrifiant correspondant à un système graphite-résine a été décrit dans le brevet US n0 2.335.958. Pour faire en sorte que la majeure partie des fonctions du composant d'un lubrifiant soient remplies et pour maintenir des propriétés lubrifiantes satisfaisantes dans les conditions sévères rencontrées sous une grande pression surfacique, les types et les rapports de mélange basés sur les corrélations des ingrédients respectifs constituent des facteurs importants qu'on doit prendre en considération à cet égard. Les lubrifiant correspondants aux systèmes ou compositions mentionnés ci dessus ne sont pas nécessairement satisfaisants pour assurer une lubrification de parties métal- liques glissantes sous une pression surfacique élevée et on ne peut pas s'attendre à ce qu'ils aient une influence suffisante pour empêcher un écorchage. La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients mentionnés ci-dessus et elle a trait plus particulièrement à la formation d'un film de lubrifiant qui soit capable d'empêcher efficacement un écorchage de parties métalliques glissantes soumises & une pression surfacique élevée. Conformément à un aspect de l'invention, il est prévu un film de lubrifiant contenant : un lubrifiant solide contenant de 60 à 80 % en poids de MoS2 ou MoS2 + graphite ; un additif de lubrifiant se composant d'au moins un constituant choisi entre 10 et 30 % en poids de Sb203, de poudre de Pe, de poudre de Zn et de poudre de Ag ; et un liant organique contenant plus de 3 % en poids, et moins de 15 % en poids. d'au moins un constituant choisi parmi une résine d'époxy-. ester, une résine acrylique et une résine d'urée. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention seront mis en évidence dans la suite de la description, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels - la fig. 1 est une représentation graphique donnant le temps de glissement Jusqu' l'apparition d'un écorchage initial en fonction de la teneur en Sb203, - les fig. 2 à 4 sont des vues schématiques d'un appareil d'essai de friction avec plaques mobiles, et - la fig. 5 est un diagramme donnant la durée de glissement en fonction du coefficient de frottement pour différents lubrifiants. Le film de lubrifiant conforme à la présente inven tion est constitué par un lubrifiant solide, un additif et un liant à base de résine organique.Le lubrifiant solide est choisi par exemple parmi MoS2 et MoS2 + graphite, l'additif de lubrifiant est choisi par exemple parmi Sb203, de la poudre de fer, de la poudre de zinc, de la poudre d'argent et un mélange desdites substances tandis que la résine organique est choisie par exemple parmi une résine d'époxy-ester, une résine acrylique, une résine d'urée et un mélange desdites résines. En ce qui concerne le lubrifiant solide, le film de lubrifiant conforme à la présente invention contient MoS2 ou MoS2 + graphite, comme mentionné ci-dessus, en quantité comprise entre 60 et 80 z en poids. Le lubrifiant solide, qui joue le rôle principal de la lubrification, diminue le coefficient de frottement et réduit par conséquent la quantité de chaleur produite par frottement dans les parties métalliques glissantes soumises à une pression surfacique élevée afin d'empêcher l'êcorchage, de sorte que sa teneur doit être comprise entre 60 et 80 % en poids. Les lubrifiants solides tels que WS2, (CF)n (fluorure de carbone), PTFE (polytétrafluoréthylène) et des substances semblables ont de trop faibles propriétés lubrifiantes de sorte que le lubrifiant solide intervenant dans la présente invention est limité à MoS2 ou MoS2 + graphite dans la gamme de teneurs indiquée ci-dessus. Une teneur en lubrifiant solide inférieure à 60 Z en poids se traduit par une diminution de la durée de service et par un grand coefficient de frottement, la réduction de durée de service se manifestant meme avec une teneur en lubrifiant solide supérieure à 80 % en poids. En conséquence, la teneur en lubrifiant solide doit etre comprise entre 60 et 80 % en poids. En ce qui concerne l'additif qui améliore la stabilité thermique du film contenant le lubrifiant solide, on ajoute Sb203 , de la poudre de fer, de la poudre de zinc, de la poudre d'argent ou un mélange desdites substances en quantité comprise entre 10 et 30 % en poids. Notamment l'additif de lubrifiant sert à supprimer l'oxydation de MoS2 contenue dans le lubrifiant solide (MoS2 est oxydé en MoO3quia de mauvaises propriétés de lubrification) . La teneur en additif doit être comprise entre 10 et 30 Z en poids puisqu'on ne peut pas obtenir l'effet mentionné ci-dessus Si la teneur est inférieure à 10 z en poids alors que les propriétés de lubrification du film contenant le lubrifiant solide sont au contraire diminuées lorsque la teneur en additif est supérieure à 30 % en poids. Sur la fig. 1, on a représenté graphiquement des résultats d'essais de glissement effectués avec des films dl de lubrifiant contenant une résine /époxy-ester et MoS2 + Sb2O3 dans un rapport pondéral constant de 8:92 mais avec des variations de la teneur en Sb203. Comme le montre clairement la figure, la durée de service du film de lubrifiant est améliorée nettement lorsque la teneur en Sb2 3 est comprise entre O 10 et 30 Z en poids, du fait qu'il est possible devoir plus de 500 mouvements de glissement avant apparition d'un écor- chage. Comme exemples d'autres additifs de lubrifiant, on peut citer Pb0, MnCl2.4H2O, AS2O3 et les substances semblables. Cependant le tableau 1 montra clairement que, à l'exception des additifs conformes à l'invention, l'écorchage apparat relativement plus tot du fait d'un effet insatisfaisant de l'additif de lubrifiant. En ce qui concerne le liant organique, celui-ci se compose d'une résine/epoxy-ester, d'une résine acrylique, d'une résine d'urée ou d'un mélange desdites résines et il est ajouté dans une teneur comprise entre 3 et 15 Z en poids. Plus particulièrement, le liant organique,qui joue un rôle important pour la liaison des particules de la poudre de lubrifiant solide et de la poudre d'additif de lubrifiant entre elles ainsi qu'avec la surface métallique de base, doit intervenir avec une teneur supérieure à 3 % en poids pour avoir une efficacité suffisante mais sa teneur ne doit pas dépasser 15 Z à cause de la faible propriété lubrifiante du liant proprement dit sous l'effet d'une grande pression surfacique, la gamme préférée tant comprise entre 3,5 et 12 Z en poids. TABLEAU 1 Echantillon Lubrifiant Lubrifiant Additif de Temps de Temps de n0 solide organique lubrifiant glisse- glissement ~~~~~~~~~~~~~~~ ment (A) (B) 1 MoS2 Résine ZnSO4.7H2O 153 387 d'époxy- ester 2 " " Fe2O3 160 > 500 3 " " MnCl2.4H2O 370 > 500 4 " " NaHC03 320 405 5 " " AS203 201 305 6 " " Bi2O3 280 > 500 7 " " SiO2 305 > 500 8 " " PbO 380 420 9 " " TiO2 345 > 500 10 tr p, Poudre de Cu 374 > 500 11 " " Poudre de Pb 374 > 500 12 " " CaO 418 13 " " Poudre d'Ag 500 > 500 14 " " Poudre de Zn # 500 > 500 15 " " Poudre de Fe > 500 > 500 16 " " Su203 > 500 > 500 Note : Les temps de glissement A et B représentent respecti vement un nombre moyen de mouvements de glissement avant apparition d'un écorchage et un nombre moyen de mouvements de glissement jusqu'à un instant d'augmen tation brusque du coefficient de frottement dans un essai de glissement qui a été répété trois fois dans la même condition. En outre, en considération de la fonction précitée du liant résineux, sa nature doit être considérée comme un facteur important qui a une influence sur la durabilité du film de lubrifiant. Les liants organiques qui sont généralement connus dans le domaine comprennent des résines phénoliques des#résines époxy + des réines phénoliques ou des résines d'alkyde, des-résines d'uréthane et semblables. A cet égard, d1 la présente invention limite le liant S des résines/époxyester, des résines acryliques, des résines d'urée et des mélanges desdites résines pour les raisons suivantes. Le tableau 2 donne le temps de glissement jusqu'à l'instant ou se manifeste initialement un écorchage, pour des films de lubrifiant correspondant au système MoS2-Sb2O3- résine organique et qui sont formés sur les parties métalli- ques glissantes soumises à une grande pression surfacique et contenant différents types de liants organiques. On se rend d1 compte que les résines acryliques, les résines/époxy-ester et les résines d'urée qui sont utilisées dans la présente invention possèdent d'excellentes propriétés en ce qui concerne la durabilité du film de lubrifiant par comparaison à d'autres liants organiques. Comme exemples de résines acryliques, de résines d' époxy-ester et de résines d'urée utilisables dans la présente invention, on peut citer, bien que cette énumération ne soit pas limitative, des résines acryliques telles que des copolymères de méthylméthacrylate9 d'éth#lméthacrylate, de propylméthacrylate et semblables et des résines d'Epoxy-ester telles que des résines époxy du type épichlorhydrine-bisphénol A estérifiées avec un acide gras insaturé provenant par exemple d'huile de graines de lin,.d'huile de ricin et semblables, et des résines d'urée telles que des substances obtenues par condensation de polymères d'urée et de formaldéhyde. Echantillon lubrifiant Additif de Temps de Temps de n0 solide lubrifiant résine organique glisse- glisse ~ ~~~~~~~~~~ ~~~~~~~~~~ ~~~~~~~~~~~~~~~~ment(1) ment(2) 1 MoS2 Sb2O3 résine d'uréthanne 190 > 500 2 " " résine d'époxy-ester 195 310 + résine phénolique 3 1, tr résine phénolique 250 90 4 " l1 résine d'alkyde 325 470 5 " " résine de silicone 210 320 6 " " résine/époxy 450 > 500 7 " " résine acrylique > 500 > 500 8 " " résine époxy-ester > 500 > 500 9 " " résine d'urée 7500 )500 Le film de lubrifiant conforme d la présente invention est formé sur les parties métalliques glissantes de la manière suivante. En premier lieu, on mélange les composants respectifs du film de lubrifiant dans les proportions indiquées cidessus puis on ajoute au mélange un solvant organique tel que du toluène ou une substance semblable. On dépose la suspension résultante uniformément et en couche mince par exemple sur les parties de raccordement filetées de tuyaux en acier inoxydable â l'aide d'une brosse ou d'un pulvérisateur, puis on enlève le solvant organique par séchage è l'air de façon à former un film contenant les constituants précités.Bien que le séchage naturel soit suffisant, il est préférable que le film qui a été formé de cette manière soit traité thermiquement pendant une période comprise entre plusieurs minutes et 5 heures dans une plage de températures comprises entre 200 et 300 C. Le film de lubrifiant décrit ci-dessus et conforme à la présente invention possède une bonne durabilité lorsqu'il est déposé sur des parties métalliques glissantes soumises a une grande pression surfacique, en éliminant le problème de l'écorchage qui est rencontre avec les lubrifiants elassi- ques. Le film de lubrifiant conforme à l'invention peut être déposé sur différentes parties métalliques glissantes qui sont soumises à une grande pression surfacique dans des applications diversifiées, par exemple sur des tuyaux en acier inoxydable destinés a etre utilisés comme des tuyaux de puits de pétrole. Bien que de la graisse (auxiliaire de filetage) soit habituellement déposée sur les extrémités filetées de tels tuyaux avant leur raccordement bout- & bout, certaines parties des extrémités filetées sont soumises, lors du serrage, à une pression surfacique se rapprochant de la limite élastique de l'acier inoxydable (par exemple 70 X 107 Paves apparition du phénomène dticorchage mentionné ci-dessus. Cependant, le serrage et le desserrage des parties filetées de raccordement comportant le film de lubrifiant selon l'invention peuvent être effectués uniformément et sans être affectées par le phénomène d'écorchage.En outre, la graisse précitée qui est déposée sur les parties filetées de raccordement des tuyaux en acier inoxydable dans les opera tions classiques de raccordement de tuyaux risque d'être contaminée par de l'eau boueuse ou de l'eau de mer, en fonction de l'environnement dans lequel elle doit être utilisée. Le film de lubrifiant conforme a l'invention peut conserver de bonnes propriétés lubrifiantes et posséder une grande dura bilité même dans de tels environnements difficiles. L'invention va être décrite de façon plus détaillée dans la suite en référence a un exemple Exemple 1 On a préparé trois compositions de lubrifiant conte nant MoS2, Sb2O3 et une résine d'époxy-ester dans les proportions pondérales suivantes 52:13:35 (n 1) 9 72:18:10 (n 2) ; après mélange avec un solvant organique , on a déposé chaque suspension sur la plaque 1 de l'appareil de contrôle comme indiqué sur les figures 2 à 4.Après séchage naturel, le film résultant a été soumis a un essai de frottement sur plaque mobile, dans lequel une charge apparente de contact de 100X107 Pa a été exercée sur la plaque 1, c'est-a#dire une pièce de contrôle formée de SUS 410, a l'aide d'un élément frotteur 2. Dans l'essai mis en évidence sur la fig 2, on a mesuré la durée de glissement en comptant le nombre de mouvements unidirectionnels de glissement de la plaque 1 vers la gauche ou vers la droite, d'une extrémité vers llautre et (sur une distance de 60 mm) a une vitesse de glissement de 30 mm/s. Comme indiqué sur la fig. 5 qui donne-les résultats d'essai, le film de lubrifiant ne 1 sortant de la gamme conforme å la présente invention a résisté seulement a environ 30 mouvements de glissement avant apparition d'un écorchage, en créant ensuite une brusque augmentation du coefficient de frottement. D'autre part, les pièces d'essai munies du film de lubrifiant n0 2 conforme a la présente invention ont été complètement exemptes d'écorchage même après 500 mouvements de glissement, ce qui a confirmé la bonne durabilité des films. REVENDICATIONS 1. Film de lubrifiant pour empêcher un écorchage de parties métalliques glissantes soumises b une grande pression surfacique, caractérisé en ce qu'il se compose de - un lubrifiant solide contenant 60 S 80 Z en poids de MoS2 ou MoS2 + graphite - un additif de lubrifiant contenant au moins un composant choisi parmi 10 à 30 Z en poids de Sb203, de poudre de fer, de poudre de zinc et de poudre d'Ag; et - un liant organique contenant plus de 3 % en poids et moins de 15 % en poids d'au moins un composant choisi parmi une résine d'époxy-ester , une résine acrylique et une résine d'urée. 2. Film de lubrifiant selon la revendication 1, carac terse en ce que ledit liant organique a une teneur comprise entre 3,5 et 12 % en poids. 3. Procédé pour empêcher un écorchage d'une partie métallique glissante soumise à une pression surfacique élevée, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes - préparation d'une suspension par mélange avec un solvant organique d'une composition pour film de lubrification contenant 60 à 80 % en poids d'un lubrifiant solide se composant de MoS2 ou MoS2 + graphite, 10 a 30 % en poids d'un additif de lubrifiant se composant d'au moins un constituant choisi parmi Sb2O3, de la poudre de fer, de la poudre de zinc, de la poudre d'argent et des mélanges desdites poudres, et plus de 3 à 15 Z en poids d'un liant organique se composant d'au moins un constituant choisi parmi des résines d'époxy- ester, des résines acryliques, des résines d'urée et des mélanges desdites résines - dépôt de ladite suspension sur la surface de ladite partie métallique glissante ; et - séchage de la suspension déposée par aération naturelle pour enlever ledit solvant organique et pour former le film de lubrifiant sur ladite partie métallique glissante. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit film de lubrifiant formé sur ladite partie métallique glissante est traité thermiquement pendant une période comprise entre plusieurs minutes et 5 heures dans une plage de températures comprises entre 200 et 350 C. 5. Tuyau en acier inoxydable pour puits de pétrole, comportant des parties filetées de raccordement qui sont revêtues d'un film de lubrifiant contenant de 60 a 80 Z en poids de lubrifiant solide se composant de M 82 ou MoS2 + graphite, de 10 a 30 % en poids d'un additif de lubrifiant contenant Sb2O3, de la poudre de fer, de la poudre de zinc, de la poudre d'argent ou un mélange desdites poudres et de 3 a 15 Z en poids d un liant organique se composant d'une résine d'époxyester, d'une résine d'urée, d'une résine acrylique ou d'un mélange-desdites résines.