ПРОТИВОИЗНОСНАЯ И ПРОТИВОЗАДИРНАЯ ДОБАВКА К ЖИДКИМ СМАЗОЧНЫМ МАТЕРИАЛАМ
ANTIWEAR AND ANTISCORING ADDITIVE TO LIQUID LUBRICANT MATERIALS

Изобретение относится к области химмотологии, а именно к противоизносным и противозадирным добавкам к моторным и трансмиссионным маслам, а также к рабочим жидкостям, которые применяются в гидроприводах и гидросистемах.
Смазочные материалы и рабочие жидкости содержат пакет многофункциональных присадок, основными из которых являются противоизносные и противозадирные. В качестве противоизносных присадок используют высокомолекулярные жирные кислоты, например олеиновую или линолевую кислоты и их соединения. В качестве противозадирных присадок используют соединения фосфора и серы.
Указанные присадки при работе реагируют с поверхностями трения в виде физической адсорбции, хемосорбции и химических реакций. Результатом такого взаимодействия являются разнообразные пленки и слои на поверхностях трения, которые снижают скорость износа и коэффициент трения.
Олеиновая кислота является наиболее мощным поверхностно-активным веществом, которое желательно использовать в качестве противоизносной присадки в жидких смазочных материалах, но не более чем 0,2 мас. %. Связано это с седиментацией мицелл олеиновой кислоты и снижением эффекта физической адсорбции.
Известна триботехническая добавка к смазочным материалам, пластичным смазкам и смазочно-охлаждающим жидкостям, которая содержит металло- и неметаллоорганические соединения в виде порошка олеата хрома, олеата ксенона, осерненной олеиновой кислоты, азотированной линолевой кислоты с размером частиц 0,00001-0,00002 мкм, которая смешивается с минеральным маслом (Патент RU 2404232 C2 «Триботехническая добавка», МПК C10М 141/08 от 20.11.2010 г.). Недостатком заявленной присадки является то, что она является металлосодержащей и не позволяет значительно повысить процент олеиновой кислоты в смазочных материалах.
Ближайшим аналогом является триботехническая добавка к смазочным материалам и пластичным смазкам, содержащая смесь фуллеренов С60 и С70, которые вместе с минеральными соединениями, такими как мусковит, альбит микроклин и аморфный углерод, вводят в смазочные материалы, причем смесь фуллеренов С60 и С70 составляет 0,2-5,0 масс. %. (Патент RU 2277577 С1 «Триботехническая добавка к смазочным материалам и пластичным смазкам», МПК C10M 125/02 от 10.06.2006 г.) - прототип.
Недостатком прототипа является то, что фуллерены вводят в нефтяные и синтетические масла, где они не растворяются, то есть со временем будут образовывать осадок, а также то, что фуллерены в известной добавке работают вместе с минеральными соединениями, которые являются абразивными веществами, наличие которых негативно влияет во время приработки пар трения.
В основу изобретения поставлена задача создания добавки к жидким смазочным материалам, которая повышает противоизносные и противозадирные свойства смазочных материалов, не образует осадка и является экологически безопасной, так как производится на базе экологически безопасных растительных масел.
Технический результат - повышение противоизносных и противозадирных свойств жидких смазочных материалов, увеличение ресурса машин и механизмов при эксплуатации.
Технический результат достигается тем, что противоизносная и противозадирная добавка к жидким смазочным материалам содержит смесь фуллеренов С60 и С70 в количестве 0,02-1,0 мас. %, дисульфид молибдена в количестве 5,0-10,0 мас. %, растительное высокоолеиновое масло с содержанием олеиновой кислоты не менее 80 мас. %, как растворитель производных фуллеренов, - остальное, при этом количество добавки, добавляемой к жидким смазочным материалам, составляет 15 мас. %.
Использование в качестве растворителя смеси фуллеренов С60 и С70 растительных высокоолеиновых масел с содержанием олеиновой кислоты не менее 80 мас. % приводит к тому, что при использовании добавки не образуется осадок, и это связано с тем, что:
1) растительные масла олеинового типа хорошо растворяются в минеральных, полусинтетических и синтетических моторных и трансмиссионных маслах;
2) фуллерены хорошо растворяются в растительных маслах олеинового типа. При добавлении такой добавки (фуллерены + растительное масло олеинового типа) в жидкие смазочные материалы происходит равномерное распределение добавки по всему объему базового масла без образования осадка.
Кроме того, растительные масла с содержанием олеиновой кислоты не менее 80 мас. % являются мощным поверхностно-активным веществом, которое повышает физическую и химическую адсорбцию молекул базового масла к поверхностям трения, то есть являются противоизносной присадкой. Взаимодействие фуллеренов с окислительными пленками на поверхностях пар трения приводит к формированию износостойких полимерных слоев. Это повышает противоизносные свойства базовых масел.
Противозадирные свойства жидких смазочных материалов повышаются за счет введения в добавку дисульфида молибдена, который не является абразивным веществом.
Отсутствие негативного воздействия на окружающую среду заявленной добавки обусловлено тем, что ее создают на основе растительных масел.
Возможность реализации предложенного состава добавки в жидких смазочных материалах и достижение значительных технических результатов проверено лабораторными исследованиями.
Лабораторные исследования проводились на четырехшариковой машине трения по ГОСТ 9490-75 «Материалы смазочные. Метод определения трибологических характеристик на четырехшариковой машине трения».
Для испытания были выбраны шесть базовых масел: моторные масла М-10Г2К (нефтяное масло) и VatOil (синтетическое масло), гидравлические масла МГЭ-46В и ИГП-30 (нефтяные масла), трансмиссионные масла ТСп-15к (нефтяное масло) и Shell-Spirax-AX (синтетическое масло).
Смесь фуллеренов С60 и С70 в количестве 0,02 мас. % растворяли в подсолнечном высокоолеиновом масле с содержанием олеиновой кислоты 88,8 мас. %, дополнительно вводили дисульфид молибдена 10,0 мас. %. и полученное в качестве добавки в количестве 15,0 мас. % добавляли к жидким смазочным материалам. Результаты испытаний приведены в таблице 1.
Трибологические характеристики базовых масел и базовых масел с противоизносной и противозадирной добавкой отличаются:
- по показателю износа Di, характеризующему противоизносные свойства масел, то есть наличие поверхностно-активных веществ в маслах, который при наличии заявленной добавки улучшается на 10,0…19,0%;
- по критической нагрузке Рк, характеризующей диапазон работы противоизносных добавок, то есть противоизносные свойства, которая при наличии заявленной добавки улучшается на 26,0…27,0%;
- по нагрузке сваривания Рс, характеризующей наличие противозадирных свойств, которая, при наличии заявленной добавки улучшается на 20,0…29,9%.
Таким образом, лабораторными испытаниями подтверждено улучшение трибологических характеристик базовых моторных, гидравлических и трансмиссионных масел при добавлении в них заявленного состава противоизносной и противозадирной добавки, что приводит к значительному увеличению ресурса транспортных средств, машин и механизмов во время эксплуатации.
Заявленное соотношение ингредиентов состава противоизносной и противозадирной добавки исследованы на оптимум, который составляет 0,02…1,0% массовой единицы смеси фуллеренов С60 и С70, дисульфид молибдена 5,0-10,0 мас. %, остальное - растительное высокоолеиновое масло.
При процентном содержании минеральных веществ меньше чем оптимальное, происходит недостаточное физическое взаимодействие фуллеренов, поверхностно-активных и минеральных веществ с поверхностями трения, в результате чего трибосистемы имеют относительно низкую износостойкость.
При процентном содержании минеральных веществ больше, чем оптимальное, проявляется колебание скорости износа и силы трения, также уменьшается износостойкость трибосистем.
Оптимальный состав фуллеренов (0,02…1,0 мас. %) и оптимальное количество дисульфида молибдена (5,0-10,0 мас. %) вводится в растительное высокоолеиновое масло, где происходит растворение фуллеренов, а затем полученную противоизносную и противозадирную добавку в количестве 15 мас. % добавляют в нефтяные или синтетические жидкие смазочные материалы.
Добавление противоизносной и противозадирной добавки в нефтяные и синтетические базовые моторные и трансмиссионные масла было исследовано согласно ГОСТ 9490-75 на оптимальное количество, масс. %. Экспериментальными исследованиями было установлено, что содержание противоизносной и противозадирной добавки более 15 мас. % не приводит к дальнейшему улучшению противоизносных (Di, Рк) и противозадирных свойств (Рс) базовых моторных и трансмиссионных масел. Показатели Di, Рк, Рс являются постоянными и колеблются в пределах погрешности измерений. При уменьшении содержания противоизносной и противозадирной добавки 15 мас. %, наблюдается снижение показателей Di, Рк, Рс, а при содержании 5 мас. % показатели масел с добавкой не отличается от показателей базовых масел.
Предложенный состав противоизносной и противозадирной добавки проходит следующие стадии изготовления.
1. Подготовка сырья, контроль качества сырья, согласно сертификатам или паспортам качества.
2. Измельчение дисульфида молибдена с размером частиц не более 1 мкм. Контроль качества измельчения.
3. Перемешивание ингредиентов и растворение фуллеренов в растительном масле с помощью кавитации в ультразвуковой ванне.
Заявленное изобретение может быть изготовлено в условиях современного промышленного производства на стандартном оборудовании с применением стандартных химических компонентов.
Благодаря уникальным свойствам оно может найти широкое применение при эксплуатации транспортных средств, машин и механизмов.