МОРОЗОСТОЙКАЯ ПОЛУЖИДКАЯ СМАЗКА
FROST-RESISTANT SEMI-FLUID LUBRICANT

Изобретение относится к составам смазочных материалов, в частности смазкам для тяжелонагруженных узлов трения колесных и гусеничных транспортных средств и может быть использовано в бортовых редукторах и приводных механизмах техники, работающей в интервале температур от минус 60°С (кратковременно минус 65°С) до 150°С.
В настоящее время существующие полужидкие смазки не обеспечивают одновременно требуемого уровня противозадирных и низкотемпературных свойств. Разработка смазки, работоспособной в условиях Арктики и Крайнего Севера при экстремально низких температурах (до минус 65°С), обладающей высокими противозадирными свойствами, является актуальной задачей.
Перед авторами стояла задача разработать морозостойкую полужидкую смазку с высокими противозадирными свойствами, работоспособную до температуры минус 60°С (кратковременно минус 65°С), производимую с использованием отечественного сырья и отвечающую следующим требованиям по основным показателям качества:
вязкость эффективная при минус 50°С и среднем
градиенте скорости деформации 10 с<sup>-1</sup>, Па⋅с
не более 1200
критическая нагрузка (Р<sub>к</sub>), Н
не менее 872
нагрузка сваривания (Р<sub>с</sub>), Н
не менее 6938
индекс задира (И<sub>3</sub>), кгс
не менее 78
пенетрация при минус 15°С, 10<sup>-1</sup> мм
не менее 270
При просмотре научно-технической и патентной информации были выявлены смазки частично решающие поставленные задачи.
Известна полужидкая редукторная смазка Циатим-208, предназначенная для применения в гусеничной технике для смазывания шестеренчатых редукторов, работающих в особо тяжелых условиях. Смазка представляет собой смесь минеральных масел, загущенных кислотами окисленного петролатума и кальциевыми мылами нафтеновых кислот с добавлением противозадирных добавок [ГОСТ 16422-79]. Основной недостаток смазки - работоспособность до температуры не ниже минус 30°С, не позволяет использовать ее для решения поставленной задачи.
2
с
Известна битумная смазка для тяжелонагруженных узлов трения состава (%): сополимер изо- и n-бутиленов 25-35; битум нефтяной 10-20, гудрон масляный 15-25, алкиловый эфир дитиокарбаминовой кислоты 4-6 и остальное смесь масла средневязкого гидравлического с продуктом осернения нефтяного масла с вязкостью не менее 16 мм/с при 100°С в массовом соотношении 1,8-2,2:1,0 соответственно. Полужидкая смазка [патент №2036223] применяется для смазывания тяжелонагруженных узлов трения, в частности тяговых редукторов локомотивов, для снижении коэффициента трения и предотвращения износа деталей тяжелонагруженного узла трения и повышения срока его службы. Смазка работоспособна в интервале температур от минус 60 до плюс 50°С. Не смотря на удовлетворительные низкотемпературные свойства, смазка не обеспечивает требуемых высокотемпературных свойств, и смазывающих свойств по показателю нагрузки сваривания (Р=3700 Н - максимальное значение показателя).
Известна пластичная смазка состава (%): сульфонат кальция 59,2-69,9; уксусная кислота 7,0-12,2; оксид кальция 1,2-5,3; вода дистиллированная 2,0-4,8; остаточное нефтяное масло с вязкостью 14-44 сСт при 100°С - остальное до 100. Пластичная смазка [патент №2581463] обладает улучшенными противоизносными и противозадирными свойствами, работоспособна при высоких температурах, однако не обеспечивает требуемый уровень противозадирных свойств. Кроме того, в патенте не указан нижний температурный предел применения смазки.
2
Известна пластичная смазка состава (%): сульфонат кальция 63,23-66,73; уксусная кислота 7,50-8,25; оксид кальция 1,56-1,76; вода дистиллированная 4,68-5,28; 12-оксистеариновая кислота 0,35-2,50; остаточное нефтяное масло с вязкостью 14-44 мм/с при 100°С. Пластичная смазка [патент №2622400] применяется в тяжелонагруженных узлах трения, работает при высоких температурах, во влажных и агрессивных средах, однако обладает недостаточным уровнем противозадирных свойств. Также в патенте не указаны температурные диапазоны применения смазки.
Наиболее близкой по составу и достигаемому эффекту является, принятая за прототип смазка пластичная антифрикционная высокотемпературная водостойкая, предназначенная для смазывания узлов трения перспективных транспортных средств промышленного, автомобильного, строительного и судового оборудованиях при средних и высоких нагрузках, содержащая (%):
сульфонат кальция
30,00-43,00
12-оксистеариновая кислота
2,00-5,00
уксусная кислота
8,00-14,00;
Агидол-1, или Нафтам-2, или дифениламин
0,10-1,00
диалкилдитиофосфат цинка или присадка,
содержащая серу, фосфор, азот
0,50-2,50
смесь высокоочищенных минеральных базовых масел
остальное
[РФ, патент №2633350, С10М 169/04 - прототип].
Смазка работает при низких температурах окружающей среды и сохраняет свои свойства при высоких температурах в тяжелонагруженных узлах трения механизмов, обеспечивает отличную защиту смазываемых деталей от коррозии при высокой влажности при эксплуатации в морском климате, а также используется в металлургической промышленности, где узлы подвергаются воздействию, воды, пара высоких температур и нагрузок.
с
Однако температурный предел применения смазки-прототипа - от минус 30 до плюс 170°С, что не позволяет применять ее в условиях Арктического климата при температурах минус 60 (кратковременно 65)°С. Кроме того, смазка обладает недостаточным уровнем трибологических свойств (нагрузка сваривания (Р)- 4382 Н).
Технический результат изобретения - повышение эффективности смазки за счет исключения возможного изменения реологических свойств при экстремально низких температурах (до минус 65°С) с одновременным снижением затрат за счет использования сырья отечественного производства.
Указанный технический результат достигается тем, что известная морозостойкая полужидкая смазка для тяжелонагруженных узлов трения, содержащая дисперсионную среду, сульфонат кальция, уксусную кислоту и дифениламин, согласно изобретению дополнительно содержит пакет присадок для трансмиссионных масел Т-43, а в качестве дисперсионной среды - смесь низкотемпературного минерального масла и сложного эфира двухосновной карбоновой кислоты в соотношении, обеспечивающем температуру застывания не выше минус 65°С при следующем соотношении компонентов, масс. %:
сульфонат кальция
13,50-16,90
уксусная кислота
1,75-2,19
дифениламин
0,20-0,80
пакет присадок для трансмиссионных масел Т-43
8,00-10,00
дисперсионная среда - смесь низкотемпературного
минерального масла и сложного эфира
двухосновной карбоновой кислоты, в соотношении,
обеспечивающем температуру застывания
не выше минус 65°С
до 100
Для изготовления смазки использовалось сырье, производимое на отечественном рынке.
Основа - дисперсионная среда - смесь низкотемпературного минерального масла веретенного АУ (ТУ 38. 1011232-89) и сложного эфира карбоновой кислоты, подобрана на основании проведенных испытаний (таблица 1) таким образом, чтобы температура застывания превышала минус 65°С.
Таким образом, была подобрана основа смазки - дисперсионная среда, содержащая смесь низкотемпературного минерального масла веретенного АУ (ТУ 38. 1011232-89) и сложного эфира двухосновной карбоновой кислоты, например, диоктилсебацината термостабильного (ДОСт) (ТУ 6-06-11-88), диоктиладипината (ДОА), а также насыщенного моноэфира карбоново кислоты (СНП 9108), выпускаемых, в частности, АО «НПЦ Спецнефтепродукт».
Сульфонат кальция - высокоэффективная присадка, обладающая моюще-нейтрализующими и антикоррозионными свойствами. Обеспечивает нейтрализацию кислот и диспергирование частиц в масле при высоких температурах. Используется в качестве загустителя. Выпускается ООО «НП КВАЛИТЕТ».
Уксусная кислота (химически чистая ледяная ГОСТ 61-75) -органическое соединение, слабая, предельная одноосновная карбоновая кислота. Входит в состав загустителя морозостойкой полужидкой смазки.
Пакет присадок для трансмиссионных масел - Т-43 (ТУ 0257-002-40065452-97) - используется для изготовления трансмиссионных и индустриальных масел, содержит в своем составе многофункциональные присадки, обеспечивающие необходимые эксплуатационные свойства. Выпускается ООО «НП КВАЛИТЕТ».
Дифениламин (ГОСТ 140-80) - антиокислительная присадка. Мелкие чешуйки или кристаллы от белого до светло-желтого или светло-коричневого цвета (производитель Заволжский хим. завод, Ивановская обл.).
Морозостойкую полужидкую смазку готовят следующим образом.
В реакторе смешивают расчетное количество смеси дисперсионной среды, сульфоната кальция, уксусной кислоты и дистиллированной воды, с последующим нагреванием до 80°С при непрерывном перемешивании на малых оборотах мешалки. Затем выдерживают при 80°С, до образования структуры, после чего в течение 60-80 минут температуру повышают до 140-150°С и выдерживают смазку 30-40 минут до полного испарения воды. Затем в смазку вводят присадки и охлаждают в реакторе без перемешивания.
Для обоснования количественного содержания указанных выше компонентов, позволяющих получить заявляемый технический результат, были приготовлены образцы морозостойкой полужидкой смазки №1-№5. Составы №1-№5 образцов морозостойкой полужидкой смазки приведены в таблице 2.
Все приготовленные образцы №1-№5 (таблица 1) морозостойких полужидких смазок прошли испытания на противоизносные и противозадирные свойства на ЧШМ по ГОСТ 9490, низкотемпературные свойства по показателям вязкость эффективная по ГОСТ 7163 и пенетрация по ГОСТ 5346. Результаты испытаний представлены в таблице 3.
Из данных, представленных в таблице 3, следует, что заявляемые количественные составы морозостойкой полужидкой смазки №2-№4 подтверждают ее эффективность. Данные образцы соответствуют всем требованиям, предъявляемым к морозостойкой полужидкой смазке. Образец №1 не обеспечивает требуемого уровня противозадирных свойств. Образец №5 имеет такой же уровень противозадирных свойств, как и образец №4, поэтому увеличение количества присадок и загустителя нецелесообразно.
По рецептуре образца №4 (таблица 2) была приготовлена опытно-промышленная партия морозостойкой полужидкой смазки, которая прошла испытания в соответствии с нормативно-технической документацией. Результаты испытаний представлены в таблице 4.
Из анализа таблицы 4 следует, что при сравнении показателей качества опытного образца полужидкой морозостойкой смазки с прототипом и смазками, имеющими ту же область применения, предлагаемая полужидкая морозостойкая смазка превосходит известные смазки Циатим-208 и состав по патенту №2633350 по показателям низкотемпературных свойств. Понижена вязкость эффективная (строка 4) при минус 50°С до 305 Па⋅с. По показателю нагрузки сваривания (строка 2), заявляемый образец полужидкой морозостойкой смазки превышает показатели смазки прототипа (столбец 5). Улучшены показатели реологических свойств, что подтверждается увеличением показателя пенетрация (строка 5). По показателю качества индексу задира образец №4 удовлетворяет требованиям, предъявляемым к морозостойкой полужидкой смазке. Результаты проведенных исследований противозадирных, противоизносных, реологических и физико-химических свойств пластичных смазок показывают, что по всем показателям качества разработанная морозостойкая полужидкая смазка соответствует требованиям, поставленным перед авторами (с. 1 описания).
Изобретение может быть оперативно использовано в промышленных условиях, так как все его компоненты производятся на предприятиях Российской Федерации.
Использование известной совокупности признаков минеральное масло; сульфонат кальция, уксусная кислота; дифениламин, согласно изобретению, в сочетании с предлагаемыми существенными признаками - сложный эфир двухосновной карбоновой кислоты; пакет присадок для трансмиссионных масел Т-43, в заявленном количественном составе расширяет отечественную сырьевую базу производства смазок.
Применение изобретения позволит обеспечить беспрепятственный запуск техники и ее эффективную эксплуатацию, в условиях Арктики и Крайнего Севера, увеличить ресурс работы узлов трения машин и механизмов за счет улучшения низкотемпературных, противозадирных свойств смазки без снижения уровня реологических и других физико-химических свойств. Новый состав обладает улучшенными защитными характеристиками за счет использования в качестве дисперсной фазы сульфоната кальция и одновременно позволяет снизить стоимость смазки, за счет использования меньшего количества компонентов.