СМАЗОЧНАЯ КОМПОЗИЦИЯ УНИВЕРСАЛЬНОГО СИНТЕТИЧЕСКОГО МАСЛА, РАБОТОСПОСОБНОГО В ГАЗОТУРБИННЫХ ДВИГАТЕЛЯХ И РЕДУКТОРАХ ВЕРТОЛЕТОВ, А ТАКЖЕ ТУРБОВИНТОВЫХ ДВИГАТЕЛЯХ И ТУРБОВИНТОВЕНТИЛЯТОРНЫХ ДВИГАТЕЛЯХ САМОЛЕТОВ
LUBRICATING COMPOSITION FOR UNIVERSAL SYNTHETIC OIL, CAPABLE OF OPERATING IN GAS-TURBINE ENGINES AND HELICOPTER GEAR ASSEMBLIES, AS WELL AS TURBINE-PROPELLER ENGINES AND TURBINE-PROPELLER-FAN MOTORS OF AIRPLANES

Изобретение относится к смазочным композициям для силовых установок авиационной техники, а именно для ГТД самолетов, главных редукторов тяжелонагруженных агрегатов трансмиссий маслосистемы турбокомпрессора двигателя вертолетов, обладающим улучшенными антикоррозионными и смазывающими свойствами, в частности противоизносными.
Известно смазочное масло газовых турбин (RU 2185423 С1, 2002) следующего состава, мас.%:
термостабильный диизооктилсебацинат
10,0-15,0
2,6-дитретбутил паракрезол
0,5-3,0
n,n'-динонилдифениламин или
смесь бутил-и-октилдифениламинов
0,2-0,5
трикрезилфосфат или
дифенилпаратретбутилфенилфосфат
1,0-3,0
бензотриазол
0,005-0,1
базовое масло (синтетическое или полиальфаолефиновое)
остальное
Недостатком указанного масла являются неудовлетворительные смазывающие свойства.
Известен состав смазочного масла для вертолетов (SU 120626 А, 1958) следующего состава, мас.%:
эфир многоатомных спиртов и одноосновных
жирных кислот, например эфира триэтиленгликоля
и жирных кислот С7-С9, в качестве базового масла
67,0-75,0
этерифицированное заполимеризованное касторовое
масло в качестве загустителя
25,0-33,0
меркаптобензотиазол в качестве противоизносной присадки
1,0-1,5
параоксидифениламин в качестве
антиокислительной присадки
0,3-0,5
Недостатком указанного масла являются неудовлетворительные антикоррозионные свойства при 200°С и испаряемость при 250°С.
7
9
5
10
Из RU 2387703, 27.04.2010, известна смазочная композиция для силовых установок авиационной техники, а именно ГТД самолетов главных редукторов и тяжелонагруженных агрегатов трансмиссий и маслосистемы турбокомпрессора двигателя вертолетов. Композиция содержит в мас.%: бис(4-(1,1,3-тетраметилбутил)фенил)амин 1-3; С-С алкиловый эфир 3,5-бис-(1,1-диметилэтил)-4-гидроксибензопропановой кислоты 0,5-4; N,N-бис-(2-этилгексил)-4-метил-1Н-бензотриазол-1-метиламин 0,05-0,25; трикрезилфосфат 1-5; 3-(бис-изобутокси-тиофосфорилсульфанил)-2-метил-пропионовая кислота 0,05-1,5; сложный эфир неопентилполиола и жирных кислот С-С - остальное.
Композиция имеет улучшенные антикоррозионные свойства при температуре выше 200°С при сохранении смазывающей способности.
Наиболее близким по составу и достигаемому результату к предлагаемой смазочной композиции является смазочное масло для редукторов летательных аппаратов (RU 2322481, опубл. 20.04.2008) следующего состава, мас.%:
бис(4-(1,1,3,3-тетраметилбутил)фенил)амин
1,0-3,0
С<sub>7</sub>-С<sub>9</sub> алкиловый эфир 3,5-бис-(1,1-диметилэтил)-4-
гидроксибензопропановой кислоты
0,5-4,0
N,N-бис-(2-этилгексил)-4-метил-1Н-бензотриазол-
1-метиламин
0,05-0,25
меркаптобензотиазол
1,0-2,4
сложный эфир пентаэритрита и
жирных кислот С<sub>5</sub>-С<sub>10</sub>
остальное
Смазочное масло по данному изобретению обладает рядом положительных свойств, в частности наилучшими, в сравнении с другими маслами, смазывающими свойствами, что позволяет использовать его в качестве единого для двигателей и редукторов вертолетов при максимальной температуре масла на выходе из двигателей до 175°С.
В то же время опыт эксплуатации вертолетов на данном масле показал, что оно имеет существенный недостаток, связанный со склонностью к окислению противозадирной присадки каптакс (2-мер-каптобензотиазол) с превращением ее в альтакс (дитиобензотиазол) - соединение, плохо растворимое в масле. Образуя с продуктами окисления масла желеобразную массу, в осенне-зимний и весенне-зимний переходные периоды в некоторых случаях альтакс может забивать маслофильтры, форсунки, трубопроводы с малым проходным сечением, радиаторы и т.п. Хотя этот осадок быстро растворяется после запуска двигателя и частицы его способны продавливаться через сетку фильтров, но вероятность его повторного образования на маслофильтрах при значительном охлаждении масла не исключается. Поэтому в таких случаях требуется полный слив масла из двигателя и редуктора и замена его на свежее.
Из-за наличия в каптаксе меркаптановой серы, обладающей высокой реакционной способностью, масло характеризуется еще и высокой коррозионной агрессивностью по отношению к некоторым конструкционным материалам (меди, медным и магниевым сплавам, серебряному покрытию на сепараторах подшипников) и вызывает повышенный износ трущихся поверхностей (dи>0,5 мм).
5
9
Известно синтетическое масло ПТС-225 (ТУ 38.401-58-1-90) на сложных эфирах пентаэритрита и СЖК С-С, отвечающее требованиям спецификации США MIL-PRF 23699F.
3
2
Масло ПТС-225, обладая высокими эксплуатационными свойствами, вызывает повышенную коррозию на меди при 225°С 2,5 мг/см (ГОСТ 23797) и коррозию оксидированного сплава МЛ-10 - 18,4 г/м. (Отечественные и зарубежные горюче-смазочные материалы. Л.С.Яновский, Ф.М.Галимов, В.А.Аляев. Стр. 84-86.) Масло разработано с использованием сложного комплекса различных присадок, технология его получения сложна, и промышленное производство его отсутствует.
Технической задачей заявленного изобретения является получение смазочной композиции для авиационной техники, имеющей высокосмазывающие свойства, обладающей термической стабильностью свыше 300°С и термоокислительной стабильностью, низкой летучестью, антикоррозионной стойкостью в условиях повышенных температур.
Поставленная техническая задача достигается смазочной композицией универсального синтетического масла, работоспособного в газотурбинных двигателях и турбиновинтовентиляторных двигателях, включающая в качестве базовой основы авиационный пентаэритритовый эфир на основе смеси полных сложных эфиров пентаэритрита и жирных карбоновых кислот и простого эфира димера пентаэритрита, алкилфениламинную антиокислительную присадку антиоксидант типа Ирганокс - бис(4-(1,1,3,3-тетраметилбутил)фенил)амин или диоктилдифениламин, высокомолекулярную алкилфенольную антиокислительную присадку типа Ирганокс L101, противоизносную присадку на основе смеси трикрезилфосфата и дитиофосфата Иргалюб 353 в соотношении 3:1, ингибитор коррозии - смесь 1,2,3-бензотриазола и производного толутриазола Иргамет 39 в соотношении 1:10, при следующем соотношении исходных компонентов в мас.%:
указанный аминный антиоксидант
0,8-1,2
указанный алкилфенольный антиоксидант
0,6-1,0
противоизносная присадка:
3,04-3,14
смесь трикрезилфосфата и указанного дитиофосфата
указанная смесь производного толутриазола
и 1,2,3-бензотриазола
0,035-0,145
указанная базовая основа на основе
указанного авиационного пентаэритритового
эфира
остальное
Базовой основой смазочной композиции универсального синтетического масла по заявленному изобретению является эфир пентаэритритовый (сложный эфир) на основе смеси полных сложных эфиров пентаэритрита и жирных карбоновых (индивидуальных) кислот, отвечающий требованиям ТУ 0253-001-07548712-2010 «Авиационный эфир пентаэритритовый базовый. Технические условия», основные свойства которого приведены в таблице 1.
30,95
55,92
Авиационный эфир пентаэритритовый базовый, формулы СНО, представляет собой смесь полных сложных эфиров жирных карбоновых кислот и пентаэритрита (мономера), сложных эфиров жирных карбоновых кислот и простого эфира (димера) в мольном соотношении мономера димеров пентаэритрита 1,25:1,00 с незначительным количеством эфиров триммера пентаэритрита.
В заявленной в качестве изобретения смазочной композиции авиационный эфир пентаэритритовый используется в сочетании с подобранными различными присадками (антиокислительными, противоизносными, антикоррозионными), взятыми в определенных количествах и обеспечивающих в сочетании с указанной базовой основой синергетический эффект, заключающийся в достижении целого комплекса определенных свойств получаемого универсального синтетического масла как смазочной композиции.
В смазочной композиции по изобретению в качестве синергетически действующих присадок используют следующие компоненты:
- антиокислительная присадка Ирганокс L01 или диоктилдифениламин (ДАТ по ТУ 38.1011215-89);
- антиокислительная присадка алкилфенольная Ирганокс L101;
- ингибитор коррозии 1,2,3-бензотриазол по ТУ 6-09-1251-75;
- антикоррозионная присадка Иргамет 39;
- противозадирная присадка Иргалюб 353;
- противоизносная присадка трикрезилфосфат (ТКФ по ГОСТ 5728).
Таблица 1
Основные свойства базовой основы «Авиационного эфира пентаэритритового»
№
Наименование показателя
Норма ТУ 0253-001-07548712-2010
1
Плотность при 20°С, г/см<sup>3</sup>, в пределах
0,984-0,992
2
Кинематическая вязкость, мм<sup>2</sup>/с,при 100°С, не менеепри минус 40°С, не более
4,98500
3
Температура вспышки, определяемая в открытом тигле, °С, не ниже
250
4
Температура застывания, °С, не выше
минус 60
5
Кислотное число, мг КОН/г, не более
0,05
6
Массовая доля воды, %, не более ррm, не более
отсутствие
500
Антиокислительная присадка Ирганокс L01 (Ciba IRGANOX L01) представляет собой диизооктилдифениламин; присадка Ирганокс L101 (Ciba IRGANOX L101) представляет собой тетракис(3-(3,5-ди-трет-бутил-4-гидросифенил)пропионат)пентаэритритола; присадка Иргалюб 353 представляет собой диалкилдитиофосфат эфир.
В нижеследующей таблице 2 представлен пример смазочной композиции универсального синтетического масла по изобретению.
В таблице 3 представлены основные технические свойства смазочной композиции универсального синтетического масла по изобретению.
Получают композицию следующим образом.
В реактор подают расчетное количество компонентов. Сначала загружают авиационный эфир пентаэритритовый, осуществляют перемешивание и нагрев до 75±5°С.
При 75-95°С при перемешивании загружают присадки согласно рецептурному составу смазочной композиции.
Таблица 3
Наименование показателя
Значения
Методы испытаний
1
Внешний вид
Прозрачная жидкость
Визуально
2
Кинематическая вязкость, мм<sup>2</sup>/с, при температуре:
по ГОСТ 33 или
100°С, не менее
4,9
ISO 3104
минус 40°С, не более
12000
ASTM D 45
3
Температура застывания, °С, не выше
минус 60
ГОСТ 20287 (метод Б) или ASTM D 97
4
Температура вспышки, определяемая в открытом тигле, °С, не ниже
245
по ГОСТ 4333 или ASTM D 92
5
Кислотное число, мг КОН/г на 1 г масла, не более
0,2
по ГОСТ 11362 или SAE ARP 5088 ГОСТ 5985 с дополнением по 5.2
6
Содержание воды, %, не более
ОтсутствиеНе нормируется
ГОСТ 2477 или ASTM D 95
7
Содержание механических примесей, %, не более
отсутствие
по ГОСТ 6370
8
Термоокислительная стабильность при 240°С в течение 50 ч и расходе воздуха (10±0,5), дм<sup>3</sup>/ч:
ГОСТ 23797
а) кислотное число после окисления, мг КОН на 1 г масла, не более
1,5
по ГОСТ 11362 или ASTM D 64 или
б) кинематическая вязкость, мм<sup>2</sup>/с, после окисления, при температуре:100°С, не болееминус 40°С, не более
6,020000
ГОСТ 5985 с дополнением по 5.2по ГОСТ 33 или ISO 3104 или ASTM D 64
в) массовая доля осадка, не растворимого в изооктане, %, не более
0,10
ГОСТ 23797
г) коррозионность масла, мг/см<sup>2</sup> на пластинках:
ГОСТ 23797
сталь марки ШХ15 по ГОСТ 801;
отсутствие
алюминиевый сплав АК4 по ГОСТ 4784;
отсутствие
медь марки M1 или М2 по ГОСТ 859
±0,1
9
Плотность, г/см<sup>3</sup>, не более:
1,11,0не нормир.
по ГОСТ 3900 или ASTM D 4452
при 15°С
при 20°С
Таблица 3 (продолжение)
№
Наименование показателя
Норма
Метод испытания
10
Трибологические характеристики на четырехшариковой машине трения при температуре окружающей среды:
ГОСТ 9490
а) критическая нагрузка (Pk), кГс, не менее,
872(89)
б) показатель износа, Ди, мм, при осевой нагрузке 196 Н, не более
0,4
в) диаметр пятна износа: 1 час, 40 кг, не более
не нормируется
ASTM D 4172
11
Коррозионная и окислительная стабильность при 204°С в течение 72 час
выдерживает
FED-STD-791Метод 5308
Компонентный состав масла представляет собой высокоэффективную сбалансированную композицию авиационного эфира пентаэритритового базового (ТУ 0253-001-07548712-2010) и многофункциональных присадок, обеспечивающую эксплуатационные свойства масла.
Базовый компонент. Базовый компонент представляет собой авиационный эфир пентаэритритовый базовый (ТУ 0253-001-07548712-2010).
Присадки. В качестве присадок к маслу используются присадки, обеспечивающие синергизм их действия в масле.
Ингибиторы окисления. Концентрация ингибиторов окисления фенольного и аминного типа не должна превышать 3,0 процента по весу.
Противоизносные присадки. Противоизносные присадки, такие как фосфорсодержащие (трикрезилфосфат по ГОСТ 5728), необходимо добавлять в количестве, не превышающем 4,0 процента по весу, но в количестве, достаточном, чтобы готовое масло отвечало требованиям по смазывающим свойствам (п.9 таблицы 1).
Ингибиторы коррозии. Ингибиторы коррозии, такие как производные триазола, необходимо добавлять в количестве, не превышающем 0,15 процентов по весу.
Как следует из данных, представленных в таблице 3, смазочная композиция по изобретению обладает термоокислительной стабильностью (до 230-240°С). Кроме того, композиция имеет термическую стабильность при температурах свыше 300°С, имеет низкую летучесть, обладает высокими триботехническими свойствами, а также антикоррозионными свойствами в условиях повышенных температур (до 240°С) и повышенных силовых нагрузок.
Указанный комплекс достаточно высоких технических свойств смазочной композиции по изобретению позволяет использовать ее в качестве авиационного синтетического масла для газотурбинных двигателей и редукторов вертолетов, а также турбовинтовых и турбовинтовентиляционных двигателей самолетов.