СМАЗОЧНАЯ КОМПОЗИЦИЯ
LUBRICANT COMPOSITION

Изобретение относится к смазочным композициям на основе базовых масел, содержащих металлоплакирующую, многофункциональную композицию, повышающую антифрикционные, противозадирные, антиокислительные и моюще-диспергирующие свойства и может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания (ДВС) грузовых и легковых автомобилей, локомотивов, речного и морского флота, а также в трансмиссионных и индустриальных маслах.
Из «Уровня техники» известна композиция, которая содержит, мас.%: соль металла органической кислоты 10-90 соль металла неорганической кислоты 1,5-25 алифатический спирт 3-55 ароматический амин 1-8 эпоксидная смола 2-10 полимер сукцинимида 2-8 2-иминозамещенное индолина 0,5-6 (см. патент РФ № 2 277 579, кл. C10M 141/06, опубл. 10.06.2006).
Кроме того, из «Уровня техники» известен смазочный состав, который включает основной компонент нефти, по крайней мере одну металлическую соль органической кислоты и по крайней мере одну металлическую соль неорганической кислот, а также дополнительно включает алифатическую эпоксидную смолу ДЭГ-1 (см. патент № EP2626405A, кл. C10M141/00, опубл. 14.08.2013).
Техническая проблема известных аналогов заключается в том, что из-за наличия солей металлов неорганических кислот в процессе работы на поверхностях трения происходит восстановление металлов и образование "сильной" неорганической кислоты, присутствие эпоксидной смолы затрудняет процесс образования металлической защитной пленки на поверхности трения, а наличие абразивных материалов приводит к засорению масляных каналов системы смазки двигателей внутреннего сгорания.
Задачей настоящего изобретения является устранение вышеуказанных недостатков.
Технический результат заключается в исключении засорения масляных каналов системы смазки двигателей внутреннего сгорания, а также в улучшении противоизносных и моющих свойств.
Технический результат достигается тем, что смазочная композиция, включает базовое масло и соль металла органической кислоты, при этом она дополнительно содержит металлоплакирующую маслорастворимую присадку, соль металла органической кислоты, ароматический амин, производное сукцинимида, маслорастворимую органическую кислоту, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
базовое масло
97,3 - 97,8
соль металла органической кислоты
0,06-0,27
ароматический амин
0,33-0,945
производное сукцинимида
0,99-1,755
органическая кислота
0,11-0,405
В соответствии с частными случаями выполнения базовое масло является синтетическим базовым маслом или минеральным маслом.
Смазочная композиция содержит металлоплакирующую маслорастворимую присадку, включающую соль металла органической кислоты, ароматический амин, производное сукцинимида, маслорастворимую органическую кислоту, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
соль металла органической кислоты
3-10
ароматический амин
15-35
производное сукцинимида
45-65
органическая кислота
5-15
15
18
В качестве соли металла органической кислоты она содержит соли металлов органических кислот с числом углеродных атомов C - C, в качестве ароматических аминов она содержит дифениламин или его гомологи, в качестве полимера сукцинимида она содержит промышленно выпускаемые присадки: С-5А, или С-5АБ, или С-1500Б, или С-2500.
Синтетическими базовыми маслами являются, например, полиальфаолефины, базовые масла по технологии «газ-в-жидкости» (gas-to-liquids, GTL), например, получаемые способами Фишера-Тропша, или определенные сложные эфиры.
Другая категория синтетических базовых масел образована полиалкиленгликолями (ПАГ). Данные базовые масла получают, например, путем полимеризации или сополимеризации алкиленоксидов, предпочтительно содержащих от 2 до 8 атомов углерода.
Минеральные базовые масла композиций включают все типы базовых масел, полученные атмосферной и вакуумной перегонкой сырой нефти с последующими процессами очистки, такими как экстракция растворителем, деасфальтизация, депарафинизация растворителем, гидропереработка, гидрокрекинг и гидроизомеризация, гидроочистка.
15
18
15
18
Смазочную композицию получают следующим образом. В непредельную карбоновую кислоту, выбранную из ряда фракций С-С, например, техническую олеиновую марки Б-115, представляющую собой смесь карбоновых непредельных кислот C-C, вводят окись одновалентной меди, проводят перемешивание, например, пропуская смесь через гидродинамический аппарат при критерии перемешивания Re=10000-60000 и диапазоне температур от 30 до 180°С. Диспергирование и растворение проводят в течение 30-60 мин, при этом образуются соли карбоновых непредельных кислот. После растворения оксидов в кислоте отделяют непрореагировавшие окислы фильтрованием.
6
22
В результате реакции самоокисления-самовосстановления (диспропорционирования) образуются одно- и двухвалентные соли карбоновых непредельных кислот, соотношение между которыми регулируется длительностью процесса и значением критерия Рейнольдса. Затем в очищенный раствор вводят с перемешиванием ароматический амин (дифениламин), непредельную карбоновая кислоту (выбрана из ряда фракций С-С) и производное сукцинимида (С-5А, или С-5АБ, или С-1500Б, или С-2500) при комнатной температуре.
+1
+II
Контроль качества металлоплакирующий маслорастворимой присадки осуществляют по процентному содержанию меди, которое определяют, растворяя навеску продукта в ледяной уксусной кислоте с последующим титрованием с использованием иодометрии. Содержание меди Cu и Cu в присадке можно определить методом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС). Базовое масло и металлоплакирующую маслорастворимую присадку нагревают во время смешивания, например, в течение 5-48 ч при температуре, равной примерно 30 до примерно 70°, например, в течение примерно 24 ч при температуре, равной примерно 60°. Смешивание проводят при скоростях, равных от примерно 2000 до примерно 5000 об/мин. Перед исследованием и применением смеси обычно охлаждают в течение 10-24 ч до температуры, равной примерно 25°.
Использование непредельных карбоновых кислот позволяет получить необходимую молекулярную структуру металлоплакирующей присадки к смазочным композициям, обеспечивающую достижение требуемых физико-химических свойств.
Использование металлоплакирующей присадки к смазочным композициям позволяет значительно снизить коэффициент трения для различных пар трения, в том числе при большой степени нагружения и высоких частотах взаимного перемещения, а также исключить повреждение масляных каналов системы смазки двигателей внутреннего сгорания и улучшить противоизносные и моющие свойства.
Изобретение поясняется следующими примерами осуществления изобретения.
Пример 1
Смазочная композиция содержит полиалкиленгликолевое базовое масло, соль металла органической кислоты, ароматический амин, производное сукцинимида, при этом она дополнительно содержит маслорастворимую органическую кислоту, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
полиалкиленгликолевое базовое масло
97,3
соль меди и карбоновой кислоты (С<sub>15</sub>-С<sub>18</sub>)
0,20
дифениламин
0,40
производное сукцинимида (С-5А)
1,70
олеиновая кислота
0,40
Пример 2
Смазочная композиция содержит синтетическое базовое масло в виде полиальфаолефинов, соль металла органической кислоты, ароматический амин, производное сукцинимида, при этом она дополнительно содержит маслорастворимую органическую кислоту, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
синтетическое базовое масло в виде полиальфаолефинов
97,8
соль меди и карбоновой кислоты (С<sub>15</sub>-С<sub>18</sub>)
0,2
дифениламин
0,3
производное сукцинимида (С-1500)
1,3
олеиновая кислота
0,4
Пример 3
Смазочная композиция содержит минеральное гидрокрекинговое базовое масло, соль металла органической кислоты, ароматический амин, производное сукцинимида С-5АБ, которое представляет собой раствор алкенилсукцинимида, модифицированного бором, в минеральном масле. При этом композиция дополнительно содержит маслорастворимую органическую кислоту, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
минеральное гидрокрекинговое базовое масло
97,5
соль меди и карбоновой кислоты (С<sub>15</sub>-С<sub>18</sub>)
0,25
дифениламин
0,6
производное сукцинимида (С-5АБ)
1,35
олеиновая кислота
0,3
Влияние состава композиции на коэффициент трения при различных значениях температуры в зоне трения и давления для различных пар трения представлено в таблице 1.
Таблица 1
№примера
Пара трения: Чугун (СЧ 18-36)-Сталь А (А-18)
Давление (Р),25 кг/см<sup>2</sup>
Давление (Р),50 кг/см<sup>2</sup>
Давление (Р),100 кг/см<sup>2</sup>
f,коэф. трения
Т, °СТемпература в зоне трения
f,коэф. трения
Т, °СТемпература в зоне трения
f,коэф. трения
Т, °СТемпература в зоне трения
1
0,14
26
0,18
50
0,24
62
2
0,11
22
0,13
45
0,17
50
3
0,10
21
0,12
40
0,16
46
При использовании других соотношений компонентов композиции в пределах заявленных диапазонов также достигается снижение коэффициента трения.
Использование смазочной композиции позволяет значительно снизить коэффициент трения для различных пар трения, в том числе при большой степени нагружения и высоких частотах взаимного перемещения.
Трибологические испытания смазочных материалов производятся на машине трения, имитирующей работу тяжело нагруженного узла трения в условиях проскальзывания.
Для проведения сравнительных испытаний использовались:
- образец 1 - композиция по патенту РФ № 2 277579
- образец 2 - композиция по примеру №1
- образец 3 - композиция по примеру №2
- образец 4 - композиция по примеру №3
max,нач
Испытания проводились на машине трения на максимальной нагрузке G = 2600 МПа в течение 1 часа при скорости вращения шайбы 50 - 3500 об/мин.
Главными критериями для сравнения работоспособности смазочных материалов являлись:
- диаметр пятна контакта на шарике,
- приращение температуры шарика за время испытаний,
- изменение коэффициентов трения за время испытаний.
Значения диаметра пятна контакта, коэффициенты трения и температурные характеристики пар трения приведены в Таблице 2.
Таблица 2
Наименование смазок, частота вращения/скорость линейная
Диаметр пятна контакта, мкм
КоэффициентТрения μ=kMстарт/уст. реж.
Рост Т°С
50 об/минVлин.=0,044 м/сек
Образец 1
478,85
15/15
0,263
Образец 2
469,66
13/13
0,82
Образец 3
474,95
13/12
-1,27
Образец 4
567,25
16/15
0,26
500 об/минVлин.=0,44 м/сек
Образец 1
475,93
15/14
3,34
Образец 2
826,95
14/13
3,24
Образец 3
705,29
12/12
2,43
Образец 4
666,24
11/11
2,16
1000 об/минVлин.=0,88 м/сек
Образец 1
681,28
14/14
4,32
Образец 2
707,01
14/14
7,99
Образец 3
777,25
12/12
3,76
Образец 4
713,27
12/12
3,62
1500 об/минVлин.=1,32 м/сек
Образец 1
818,26
16/13
9,16
Образец 2
791,46
16/14
10,6
Образец 3
749,84
14/13
7,2
Образец 4
719,7
11/12
6,96
2000 об/минVлин.=1,64 м/сек
Образец 1
1669,68
разрушение
пары трения
Образец 2
867,41
15/13
11,47
Образец 3
907,85
13/13
10,44
Образец 4
857,93
13/13
8,86
2500 об/минVлин.=2,05 м/сек
Образец 1
0
0
0
Образец 2
718,58
15/13
10,17
Образец 3
939,76
15/14
15,2
Образец 4
1653,93
разрушение
пары трения
3000 об/минVлин.=2,46 м/сек
Образец 1
0
0
0
Образец 2
1895,94
разрушение
пары трения
Образец 3
671,44
12/11
8,19
Образец 4
0
0
0
2
Контактную (удельную) нагрузку Рк, кг/мм, рассчитывают по формуле:
2
Pк = Робщ/S, кг/мм ,где
Робщ.- нагрузка на образец, кг.
2
2
S- площадь пятна контакта на шарике, мм, S=D/4, где D-диаметр пятна контакта шарика, мм.
По контактной нагрузке оцениваем несущую способность пары трения. Таблица 3.
Таблица 3
Наименование смазок
Диаметр пятна контакта, мкм
Несущая способность пары трения (контактная нагрузка, Р<sub>к ,</sub>кг/мм<sup>2</sup>
50 об/мин
Образец 1
478,85
35,09
Образец 2
469,66
36,48
Образец 3
474,95
35,67
Образец 4
567,25
25,01
500 об/мин
Образец 1
475,93
35,53
Образец 2
826,95
11,77
Образец 3
705,29
16,18
Образец 4
666,24
18,13
1000 об/мин
Образец 1
681,28
17,34
Образец 2
707,01
16,1
Образец 3
777,25
13,32
Образец 4
713,27
15,82
1500 об/мин
Образец 1
818,26
12,02
Образец 2
791,46
12,85
Образец 3
749,84
14,31
Образец 4
719,7
15,54
2000 об/мин
Образец 1
1669,68
0
Образец 2
867,41
10,69
Образец 3
907,85
9,76
Образец 4
857,93
10,93
2500 об/мин
Образец 1
0
0
Образец 2
718,58
15,58
Образец 3
939,76
9,11
Образец 4
1653,93
0
3000 об/мин
Образец 1
0
0
Образец 2
1895,94
0
Образец 3
671,44
17,85
Образец 4
0
0
Мощность трения после испытаний оцениваем по формуле:
W= Рк×10×Vлин, где
Рк×10-контактная (удельная) нагрузка в МПа
V лин. - линейная скорость перемещения образца, м/с,
V лин. = , где
n - обороты шайбы в минуту;
l - длина окружности дорожки износа, l=, где D - диаметр окружности дорожки износа. В условиях испытаний на данной машине трения длина дорожки условно постоянна и составляет 0,053 м.
Расчетная величина мощности трения характеризует работу силы трения при износе контактирующих поверхностей на каждом этапе данного эксперимента, данные приведены в Таблице 4.
Таблица 4
Наименование смазок
Несущая способность пары трения (контактная нагрузка, Р<sub>к ,</sub>кг/мм<sup>2</sup>
Мощность трения, МПа*м/сек
50 об/мин Vлин.=0,044 м/сек
Образец 1
35,09
15,44
Образец 2
36,48
16,05
Образец 3
35,67
15,7
Образец 4
25,01
11
500 об/мин Vлин.=0,44 м/сек
Образец 1
35,53
156,31
Образец 2
11,77
51,78
Образец 3
16,18
71,18
Образец 4
18,13
79,77
1000 об/мин Vлин.=0,88 м/сек
Образец 1
681,28
152,57
Образец 2
707,01
141,66
Образец 3
777,25
117,22
Образец 4
713,27
139,19
1500 об/мин Vлин.=1,32 м/сек
Образец 1
818,26
158,64
Образец 2
791,46
169,57
Образец 3
749,84
188,91
Образец 4
719,7
205,07
2000 об/мин Vлин.=1,64 м/сек
Образец 1
Разрушение пары
0
Образец 2
10,69
175,4
Образец 3
9,76
160,12
Образец 4
10,93
179,29
2500 об/мин Vлин.=2,05 м/сек
Образец 1
0
0
Образец 2
15,58
319,47
Образец 3
9,11
186,79
Образец 4
Разрушение пары
0
3000 об/мин Vлин.=2,46 м/сек
Образец 1
0
0
Образец 2
Разрушение пары
0
Образец 3
17,85
439,08
Образец 4
0
0
к
к
лин
к
к
Расчет критических нагрузок для данного узла трения при применении смазочного материала Cupper 10W-40 и модифицированного металлоплакирующей присадкой (М.п.) смазочного материала Cupper 10W-40 выполнен на основе полученных экспериментальных данных, а также рассчитанных мощностей трения и допущения прямолинейной зависимости (Р=W/10V) между Р (критической нагрузкой) и W (критической мощностью трения) во всем диапазоне линейных скоростей.
Таблица 5
Наименование смазки
Расчетная критическая нагрузка при оборотах:
50 об/мин
500 об/мин
1000 об/мин
1500 об/мин
2000 об/мин
2500 об/мин
3000 об/мин
Образец 1
360,55
36,05
18,03
12,02
0
0
0
Образец 2
726,07
72,61
36,6
24,20
19,48
15,58
0
Образец 3
997,91
99,79
49,9
33,26
26,77
21,42
17,85
Образец 4
466,07
46,61
23,3
15,54
12,50
10,00
0
Модификация смазочного материала на основе базового масла 3 группы разработанной металлоплакирующей присадкой позволила обеспечить длительную работоспособность пары трения на скорости скольжения до 2,46 м/сек.
Прогнозный расчет критической нагрузки показывает значительное (многократное) преимущество противоизносных свойств смазочного материала, модифицированного разработанной присадкой во всем диапазоне линейных скоростей.