Brevet FR2674534A1 — publié le 19921002

La présente invention concerne une composition de graisse destinée à être utilisée dans des joints homocinéti- ques pour véhicules, en particulier des joints homocinéti- ques à double cardan (à double coude) Plus spécialement, elle concerne une composition de graisse destinée à un joint7 homocinétique, qui puisse lubrifier d'une manière efficace la zone à lubrifier, qui réduise d'une manière efficace l'usure, qui maîtrise les vibrations et de plus allonge la durée de vie, car les conditions de lubrification des joints homocinétiques sont très difficiles, ces joints pouvant subir une usure et conduire à des vibrations anormales, etc. Jusqu'à maintenant, on utilisait dans ce type de joints 14 homocinétiques une graisse extrême pression à base de lithium, contenant un additif extrême pression appartenant à la série soufre-phosphore, une graisse extrême pression à base de lithium contenant du disulfure de molybdène et ana- logues En outre, la demande de brevet japonais déposée et non examinée N O 62-207397 indique qu'un additif extrême pression, à base de soufre et de phosphore, constitué de 21 sulfure et de dialkyldithiocarbamate de molybdène et d'au moins l'un des composés suivants: huile sulfurisée, sulfure oléfinique, phosphate de tricrésyle, trialkylthiophosphate et dialkyldithiophosphate de zinc, convient en tant que com- posant essentiel d'une graisse extrême pression, mais il n'y est pas dit que cet additif est suffisant pour ce qui est des caractéristiques recherchées de silence et de durabi- 28 lité. Comme on utilise de plus en plus des véhicules à moteur à l'avant et à traction avant, ainsi que des véhicules à quatre roues motrices, et ce compte tenu des propriétés de réduction de poids, d'augmentation du volume habitable, et analogues, les joints homocinétiques sont largement utilisés dans ces véhicules La Figure 1 présente un joint à double cardan, servant d'articulation plongeante du type coulisseau et appartenant à ces joints homocinétiques Quand l'articu- lation transmet un couple de rotation, en prenant un certain 2 angle de travail dans le joint à double cardan, il se crée des mouvements complexes de roulement et de glissement lors de la mise en place d'une bille 5 entre une gorge de chemin de roulement 3 d'un organe extérieur 1 et une gorge de che- min de roulement 4 d'un organe intérieur 2, de sorte qu'il se crée une force dirigée dans le sens axial du joint, sous 7 l'effet d'une résistance de frottement exercée par la partie coulissante Cette force est appelée "poussée induite" De plus, six gorges de chemin de roulement 3 sont disposées à des angles de 60 dans la surface intérieure de l'organe extérieur 1 dans le joint à double cardan, ce qui, pour une rotation du joint, produit six poussées induites. Quand le cycle de production de la poussée induite cor- 14 respond aux fréquences naturelles du moteur, de la carrosse- rie, de la suspension et analogues, il se crée une résonance dans la carrosserie, ce qui conduit à une sensation de mau- vais confort pour les passagers, de sorte qu'il est souhai- table de réduire autant que possible la poussée induite De plus, une marche du véhicule à grande vitesse provoque un certain inconvénient, qui réside dans un bruit de battement, 21 un bruit de clapotement ou analogues En outre, les condi- tions de lubrification à l'intérieur du joint à double car- dan deviennent plus difficiles quand diminue le poids et qu'augmente la puissance du véhicule, de sorte qu'il est nécessaire d'éviter un pelage (écaillages) en surface au niveau de la surface de frottement, provoqué par la fatigue du métal, ou encore améliorer la résistance du joint aux 28 dommages ou analogues. Quand il s'agit de résoudre ces problèmes, la graisse extrême pression classique, à base de lithium, contenant un additif extrême pression de la série soufre-phosphore et une graisse extrême pression à base de lithium contenant du disulfure de molybdène, ne sont pas encore parfaitement satisfaisantes pour ce qui est de la résistance aux vibra- tions, et aussi du point de vue de la durabilité, car l'usure est importante compte tenu de la valeur élevée de la pression de contact, et la résistance aux écaillages est insuffisante Par ailleurs, la graisse décrite dans la demande de brevet japonais déposée et non examinée N O 62- 207397 n'assure pas une réduction suffisante des vibrations produites, de même que la résistance aux écaillages est insuffisante. Pour ce qui est des graisses utilisées dans des condi- 7 tions de lubrification à même de provoquer une usure et de produire des vibrations, les graisses ayant un faible coef- ficient de frottement et une résistance excellente aux écaillages sont appropriées car on sait qu'il existe une relation entre le coefficient de frottement et la poussée induite pour ce qui est de la résistance aux vibrations. Pour évaluer la résistance aux vibrations on a mesuré 14 la poussée induite dans le joint, et on a de même mesuré le coefficient de frottement, qui est lié à la poussée induite du joint, à l'aide d'une machine Savan d'essai du frottement et de l'usure On a de plus évalué la résistance aux écail- lages par le biais de la durabilité, à l'aide d'un essai au banc utilisant le joint proprement dit La demanderesse a en conséquence trouvé que l'on peut obtenir une réduction du 21 coefficient de frottement et une meilleure augmentation de la durée de vie avant écaillage, grâce à une combinaison des éléments suivants: (A) du sulfure et dialkyldithiocarbamate de molybdène; (B) du disulfure de molybdène; (C) du dithiophosphate de zinc; et (D) un agent d'onctuosité constitué d'une ou plusieurs 28 huiles et graisses végétales, ce qui a permis la mise en oeuvre de l'invention. La présente invention a donc pour objet de mettre à disposition une composition de graisse destinée à un joint homocinétique, comprenant une graisse à base d'urée, compo- sée d'une huile lubrifiante et d'un épaississant à base d'urée, et contenant: (A) 1-5 % en poids de sulfure et dialkyldithiocarbamate de molybdène, (B) 0,2-1 % en poids de disulfure de molybdène, (C) 0,5-3 % en poids d'un additif extrême pression du type dithiophosphate de zinc, représenté par la formule générale suivante: RO 11 __ l P S Zn RO 1 2 (dans laquelle R est un groupe alkyle ou un groupe aryle), et (D) 0,5-5 % en poids d'un agent d'onctuosité composé d'au moins une huile ou graisse végétale en tant que compo- sant essentiel, du moment que le rapport pondéral du compo- sant (B) au composant (A) est de 0,04-0,5.14 L'invention va être mieux comprise en regard de la des- cription ci-après et des dessins annexés, qui représentent un mode de réalisation de l'invention,dessins dans lesquels: La Figure 1 est une vue de côté, partiellement en coupe transversale, d'un joint à double cardan faisant appel à une composition de graisse selon l'invention, disposée en les points à lubrifier; 21 La Figure 2 est une vue schématique illustrant un mode de mesure du coefficient de frottement à l'aide d'une machine d'essai Savan du frottement et de l'usure; La Figure 3 est un graphique présentant les valeurs mesurées de la poussée induite, dans l'Exemple 1 et les Exemples Comparatifs 1, 6 et 7; et La Figure 4 est un graphique présentant les valeurs 28 mesurées de la durée de vie de l'Exemple 1 et des Exemples Comparatifs 1, 6 et 7. La graisse à base d'urée utilisée dans l'invention com- prend une huile lubrifiante choisie parmi les huiles minéra- les, les huiles esters synthétiques, les huiles éthers syn- thétiques, les huiles hydrocarbures synthétiques et analo- gues en tant qu'huile de base, et un composé dérivé de l'urée obtenu par réaction d'une amine aliphatique, d'une amine alicyclique, d'une amine aromatique ou analogues avec un composé isocyanate servant d'épaississant Plus particu- lièrement, les graisses faisant appel à l'amine aliphatique sont souhaitables dans le cadre de l'invention. Le composant (A), qui est le sulfure et dialkyldithio- carbamate de molybdène, utilisé dans le cadre de l'inven- tion, est un composé représenté par la formule générale sui- vante l __N-C-S MO 2 Om Sn (dans laquelle chacun des-radicaux R 1 et R 2 est un groupe alkyle ayant 1-24 atomes de carbone, m vaut 0-3, N vaut 4-1 14 et m+n vaut 4), ce composé étant un lubrifiant solide connu. Par exemple, ce composé est décrit dans les demandes de bre- vet japonais No 45-24562 (m= 2,35-3, n= 1,65-1), No 51-964 (m= 0, n= 4) et No 53-3164 (m= 0,5-2,3, n= 3,5-1,7) Le compo- sant (A) utilisé dans l'invention comprend tous les composés décrits dans les références ci-dessus. Le composant (B), qui est du disulfure de molybdène, 21 utilisé dans le cadre de l'invention est habituellement et généralement utilisé en tant que lubrifiant solide Il pré- sente une structure réticulaire en couches servant de méca- nisme lubrifiant, lequel subit facilement un cisaillement pour donner une structure en couches minces, par un mouve- ment de glissement qui conduit à empêcher le contact entre les pièces métalliques et assure une prévention du grippage. 28 Cependant, si la quantité du composant (B) est trop importante, le coefficient de frottement augmente au point d'affecter d'une manière indésirable la résistance aux vibrations, et de même le frottement risque d'augmenter en fonction des conditions de lubrification. Le composant (C) utilisé dans le cadre de l'invention est un additif extrême pression à base de dithiophosphate de zinc ayant la formule générale ci-dessus Dans ces composés, le groupe R peut être un radical alkyle primaire, alkyle secondaire ou aryle selon la nature de l'alcool utilisé, 6 mais tous les types de radicaux peuvent être utilisés dans le cadre de l'invention En particulier, l'utilisation d'un radical alkyle primaire est celle qui conduit à l'effet le plus intéressant. On peut citer en tant que composant (D) utilisé dans le cadre de l'invention les huiles et graisses végétales, comme 7 l'huile de ricin, l'huile de soja, l'huile de colza, l'huile de coprah et analogues L'agent d'onctuosité, constitué d'au moins l'une de ces huiles ou graisse végétales, peut être facilement adsorbé par la surface métallique, de façon à supprimer les points de contact entre les pièces métalli- ques. Bien que ces effets ne soient pas parfaitement compris, 14 on peut les expliquer de la manière suivante: La structure micellaire du composé à base d'urée ser- vant de composant épaississant dans la graisse à base d'urée est stable par rapport à une graisse de savon métallique et présente une forte propriété d'adhérence à la surface de la pièce métallique, de sorte qu'on peut considérer que l'effet tampon assurant une suppression du contact entre les pièces21 métalliques devient plus fort grâce au film micellaire de l'épaississant En outre, on pense que le composant (A), sulfure et dialkyldithiocarbamate de molybdène, a le même effet que l'acide dithiocarbamique servant d'accélérateur de vulcanisation du caoutchouc Ici, l'effet de l'accélérateur de vulcanisation correspond à une activation du soufre et de l'hydrocarbure élastomère, qui favorise les réactions de 28 réticulation à l'aide de l'atome de soufre entre les molécu- les d'hydrocarbures Il en résulte un effet d'activation du soufre et du résidu hydrocarboné du dithiophosphate de zinc, qui est le composant (C), et il en résulte une réaction de réticulation entre les molécules, ce qui donne un composé à masse moléculaire élevée, qui recouvre la surface de lubri- fication sous forme d'un film haut polymère ayant une visco- élasticité lui permettant d'absorber les vibrations et d'empêcher tout contact entre les pièces métalliques, ce qui évite l'usure. De plus, on pense que l'agent d'onctuosité, constitué d'au moins une huile ou graisse végétale, par exemple l'huile de ricin, l'huile de soja, l'huile de colza, l'huile de coprah et analogues, et servant de composant (D), inter- vient au niveau de la surface de lubrification pour être fortement adsorbé par le métal et compléter efficacement les 7 effets des composants (A) et (C). Une trop forte augmentation de la quantité de disulfure de molybdène ajoutée en tant que composant (B) a pour consé- quence que les composants (A), (C) et (D), destinés à empe- cher les vibrations, ne peuvent plus empêcher une augmenta- tion de l'usure et la formation de fortes vibrations Cepen- dant, quand la quantité utilisée du composant (B) est 14 réduite à une certaine valeur, on pense qu'il se forme une usure appropriée, qui empêche le grippage en présence d'une pression de contact élevée conduisant à des écaillages dans le film haut polymère formé sous l'effet des composants (A) et (C), ce qui permet le déploiement de l'effet d'améliora- tion de la durée de vie avant écaillage. On pense de même que l'effet du composant (B) se 21 déploie d'une manière plus efficace sous l'effet du compo- sant (D). Il n'y a aucun effet quand le composant (A) est présent en une quantité inférieure à 1 % en poids, le composant (B) en une quantité inférieure à 0,2 % en poids, le composant (C) en une quantité inférieure à 0,5 % en poids et le com- posant (D) en une quantité inférieure à 0,5 % en poids, tan- 28 dis que, quand la quantité du composant (A) dépasse 5 % en poids, la quantité du composant (B) 1 % en poids, la quan- tité du composant (C) 3 % en poids et la quantité du compo- sant (D) 5 % en poids, on ne prévoit aucune augmentation de l'effet, et la prévention des vibrations devient assez mau- vaise En conséquence, les quantités des composants (A), (B), (C) et (D) sont respectivement de 1-5, 0,2-1, 0,5-3 et 0,5-5 % en poids Il est de plus nécessaire que le rapport pondéral du composant (B) au composant (A) soit de 0,04-0,5. Les exemples ci-après sont présentés à titre d'illus- tration de l'invention et ne doivent pas être interprétés comme en limitant le cadre. On a préparé les compositions de graisse des Exemples 1-6 et des Exemples Comparatifs 1-5 par les techniques usuelles, selon une formulation telle que présentée sur la Figure 1 On a évalué les caractéristiques de fonctionnement 7 des compositions de graisse ci- dessus, ainsi que celles d'une graisse du commerce, à base de molybdène organique, servant d'Exemple Comparatif 6, et d'une graisse du commerce à base de disulfure de molybdène servant d'Exemple Compara- tif 7, par les méthodes d'essai mentionnées ci-après. 1 Essai de frottement et d'usure On a mesuré le coefficient de frottement à l'aide d'une 14 machine Savan d'essai de frottement et d'usure, et on a obtenu les résultats présentés sur le Tableau 1 L'essai Savan de frottement et d'usure consistait à appuyer une bille en acier 7, de 0,64 cm ( 1/4 inch) sur un anneau tour- nant 6 de 40 mm de diamètre et de 4 mm d'épaisseur, comme on le voit sur la Figure 2 Pour mesurer le coefficient de frottement, on a fait tourner l'anneau tournant à une 21 vitesse périphérique de 108 m/min sous une charge de 12,75 N ( 1,3 kgf), la graisse faisant l'objet de l'essai étant dis- posée sur la surface de la bague tournante 6 par l'intermé- diaire d'une éponge 8 située en-dessous de la bague tour- nante, le déplacement d'une goulotte pneumatique 9 suppor- tant la bille en acier 7 étant détecté à l'aide d'une cel- lule de charge 10. 28 La durée de l'essai était de 10 minutes, et le coeffi- cient de frottement a été mesuré au bout de 10 minutes. 2 Essai destiné à la mesure de la poussée induite La poussée induite mesurée est la force produite dans la direction axiale d'un joint effectif (joint à double car- dan), quand on le fait tourner selon un certain angle et un certain couple. La Figure 3 présente les résultats des essais effectués sur les graisses de l'Exemple 1 et des Exemples Comparatifs 1, 6 et 7 Les conditions de mesure sont les suivantes: Vitesse de rotation 900 t/min Couple 147 N m ( 15 kgf m) Angle de rotation 2, 4, 6, 8 Durée de l'essai 5 minutes 3 Essai de durabilité L'essai de durabilité a été mis en oeuvre à l'aide d'un 7 joint à double cardan dans les conditions suivantes, permet- tant d'évaluer la présence ou l'absence d'écaillages,Les résultats des essais, pour les graisses de l'Exemple 1 et des Exemples Comparatifs 1, 6 et 7, ressortent de la Figure 4 Conditions de mesure: Vitesse de rotation 1000 t/min Couple 520 N m ( 53 kgf m) 14 Angle de rotation 4,50 Tableau 1 Exemples Exemples comparatifs 1 2 3 4 5 6 1 2 3 E 4 5 6 ** 7 *** Composition (y en poids) Graisse de base/ graisse à base d'urée 92,5 92,5 92,5 92,5 94,8 90,0 94,5 93,0 94,5 92,9 91,0 S+DDCM 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 Additifs DPZI,R=alkyle primaire 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 DPZII,R=alkyle secondaire 2,0 - _ _ - DPZIII, R=aryle 2,0 Mo 52 0,5 0,5 0,5 0,5 0,2 1,0 0,5 0,5 0,1 2,0 Huile et graisse végétale Huile de ricin 2,0 2,0 2,0 2, 0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 Huile de colza 2,0 Total 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 Eléments d'évaluation Essai Savan de frottement et d'usure (x 10-3)**** 42 45 43 46 42 49 75 4110 90 144 92 80 119 Taux de réduction de la poussée induite (X) -74 -69 -71 -67 -72 -62 -39 38 * O Durabilité* TB TB TB TB TB TB B M B M TB M M S+DDCM = Sulfure et dialkyldithiocarbamate de molybdène; DPZ = Dithiophosphate de zinc; *: TB = Très bonne, B = bonne, M = mauvaise; **: Graisse du commerce au molybdène; ***: Graisse du commerce au disulfure de molybdène; Huile de base utilisée: huile minérale, viscosité à 400 C 100 10-6 m 2/s, viscosité à 100 C 10,9 10-6 m 2/s, i.dice de visco 1 ité 9 e; * Ce -lclent 9 de;friction (IL) o w M "Il j 11 cn w j 11 il Comme il ressort du Tableau 1 et de la Figure 3, on peut grâce à l'invention réduire le coefficient de frotte- ment et la poussée induite Il ressort en outre de la Figure 4 que l'invention permet d'augmenter la durée de vie La composition de graisse pour joints homocinétiques selon l'invention est en fait une combinaison particulière d'une7 graisse à base d'urée composée d'une huile lubrifiante et d'un épaississant à base d'urée, avec (A) du sulfure dialkyldithiocarbamate de molybdène, (B) du disulfure de molybdène, (C) du dithiophosphate de zinc et (D) au moins une huile ou graisse végétale telle que l'huile de ricin, lhuile de soja, l'huile-de colza, l'huile de coprah et analogues, et elle permet non seulement de réduire la pous-14 sée induite, mais aussi d'améliorer la résistance aux écail- lages d'un joint homocinétique tel qu'un joint à double car- dan, ou analogues. Revendications 1 Composition de graisse destinée à un joint homoci- nétique, caractérisée en ce qu'elle comprend une graisse à base d'urée, composée d'une huile lubrifiante et d'un épais- sissant à base d'urée, et contenant: (A) 1-5 % en poids de sulfure et dialkyldithiocarbamate 7 de molybdène, (B) 0,2-1 % en poids de disulfure de molybdène, (C) 0,5-3 % en poids d'un additif extrême pression du type dithiophosphate de zinc, représenté par la formule générale suivante s CRO Il 14 l P X Zn (dans laquelle R est un groupe alkyle ou un groupe aryle), et (D) 0,5-5 % en poids d'un agent d'onctuosité composé d'au moins une huile ou graisse végétale en tant que compo- sant essentiel, du moment que le rapport pondéral du compo- 21 sant (B) au composant (A) est de 0,04-0,5. 2 Composition de graisse selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit composant (A) est un lubrifiant solide représenté par la formule générale suivante Rl CS 'M 2 Om Sn R 2 il 1 28 s (dans laquelle chacun des radicaux R 1 et R 2 est un groupe alkyle ayant 1-24 atomes de carbone, m vaut 0-3, N vaut 4-1 et m+n vaut 4). 3 Composition de graisse selon la revendication 1, caractérisée en ce que le groupe alkyle de la formule du composant (C) est un groupe alkyle primaire ou secondaire. 4 Composition de graisse selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite huile ou graisse végétale du composant (D) est au moins une huile choisie parmi l'huile de ricin, l'huile de soja, l'huile de colza et l'huile de coprah.