Технологическая смазка для холодной объемной штамповки металла
Владельцы патента RU 2418043:
УЧРЕЖДЕНИЕ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК ИНСТИТУТ НЕФТЕХИМИИ И КАТАЛИЗА РАН (RU)
Изобретение относится к технологическим смазкам для холодной объемной штамповки металла. Сущность: смазка содержит в мас.%: сульфидированные α-олефины фракции C16-C18 5-15, смесь этил{1-[2-(метилсульфанил)этил]-2,3-фуллеро[60]циклопропан}карбоксилатов формулы (1) 0,003-0,007, рапсовое масло 10-30, индустриальное масло - остальное. Технический результат - повышение противоизносных и противозадирных свойств, повышение качества обрабатываемой поверхности металлических изделий. 4 табл.
Формула (1)
где n=1 (8%), n=2 (24%), n=3 (44%), n=4 (24%).
Изобретение относится к смазочным композициям для технологических целей, в частности к технологическим смазкам для операций холодной объемной штамповки металлов.
Известна смазочная композиция для холодной обработки металлов давлением, содержащая в качестве основы хлорированные углеводороды или хлорированные эфиры с антикоррозионными присадками [Квятковская Г.А. и др. Влияние вязкости нефтяной основы на технологические свойства масляных СОЖ. «Повышение качества смазочных материалов и эффективности их применения». М., 1977, с.105-108]. Недостатком данной композиции является то, что при глубокой вытяжке деталей с деформацией 12-20% за один проход она дает риски на деталях.
Известна смазочная композиция для холодной обработки металлов давлением [Патент РФ №2024602. Бюл. №35 (1994)] содержащая, мас.%: полиметакрилат 5-8; антикоррозионную добавку 0,5-6; хлорированный парафин 35-45; осерненные тетрамеры пропилена 5-7; минеральное масло - остальное. Недостатком данной композиции является плохая совместимость полиметакрилата с минеральными маслами, что вызывает нарушение ее однородности. Кроме того, полиметакрилат при повышенных температурах (выше 250°С) подвергается деполимеризации, что приводит к образованию метакрилата, обладающего наркотическим, общетоксичным и резко раздражающим действием.
Известна смазочная композиция для холодной обработки металла давлением [Авт.св. СССР 702071. Бюл. №45 (1979)], имеющая следующий состав, мас.%: жирные кислоты фракции C5-C19 2-5; триэтаноламин 4-12; окись цинка 0.1-5; гидроокись бария 0.1-1.5 и хлорированный парафин до 100%.
Существенным недостатком композиции является то, что окись цинка, содержащаяся в смазке, спрессовывается между пуансоном и частью детали и при дальнейшей обработке моющими средствами не обеспечивается полностью ее удаление с обрабатываемой поверхности.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является смазочная композиция для холодной обработки металла давлением [Патент РФ №2118983. Бюл. №26 (1997)], имеющая следующий состав, мас.%: серосодержащая присадка - осерненные α-олефины фракции C18-C28 40-50; синтетическое масло Б-3В 5-30; масло индустриальное - остальное.
Усиление охраны окружающей среды и техники безопасности на производстве обусловило новые требования к индустриальным маслам и технологическим жидкостям, применяемым при обработке металла.
Недостатками известной композиции являются следующие.
1. Применение довольно токсичного и дорогостоящего синтетического масла Б-3В - эфиры пентаэритрита и синтетических жирных кислот фракции С5-С9 (предельно-допустимая концентрация 0,5 мг/м3).
2. Большой расход противоизносной и противозадирной серосодержащей присадки, достигающий 40-50%.
Сущность предлагаемого изобретения
Сущность предлагаемого изобретения состоит в том, что технологическая смазка для холодной объемной штамповки содержит 0,003-0,007 мас.% смеси этил{1-[2-(метилсульфанил)этил]-2,3-фуллеро[60]циклопропан}карбоксилатов общей формулы (1), что позволяет значительно снизить расход противоизносной и противозадирной присадки сульфидированных α-олефинов фракции C16-C18 при сохранении высоких реологических свойств смазки в предлагаемом способе.
В состав технологической смазки для холодной объемной штамповки металла входят следующие компоненты, мас.%:
| Сульфидированные α-олефины фракции C16-C18 | 5-15 |
| Смесь этил{1-[2-(метилсульфанил)этил]-2,3- | |
| фуллеро[60]циклопропан}карбоксилатов (1) | 0.003-0.007 |
| Рапсовое масло | 10-30 |
| Индустриальное масло | Остальное |
,
где n=1 (8%), n=2 (24%), n=3 (44%), n=4 (24%).
Смесь этил{1-[2-(метилсульфанил)этил]-2,3-фуллеро[60]циклопропан}карбоксилатов общей формулы (1) получают взаимодействием фуллерена (С60) (2) с 1-[2-(метилсульфанил)этил]диазоуксусным эфиром (3) в о-дихлорбензоле (о-ДХБ) в присутствии трехкомпонентного катализатора {Pd(acac)2: 4PPh3 : 4Et3Al}, взятыми в мольном соотношении С60 : диазосоединение : Pd(acac)2: PPh3 : EtsAl = 0.01:(0.25-0.35):(0.0015-0.0025):(0.006-0.01):(0.006-0.01), предпочтительно 0.01:0.30:0.002:0.008:0.008, при температуре 80°С в течение 0.2-1.0 ч. Получают смесь этил{1-[2-(метилсульфанил)этил]-2,3-фуллеро[60]циклопропан}карбоксилатов общей формулы (1) с выходом ~100%. Реакция протекает по схеме:
Замена довольно токсичного синтетического масла Б-3В на экологически чистое рапсовое масло обеспечила высокую чистоту обрабатываемой поверхности металлических изделий и низкую токсичность технологической смазки.
Существенное отличие предлагаемого способа
Известные серосодержащие присадки обеспечивают повышенные противоизносные и противозадирные свойства при добавлении к маслам в количестве 40-50% (см. табл.2, 4, композиция №8). Предлагаемые присадки, в отличие от известных, обеспечивают повышенные противоизносные и противозадирные свойства при добавлении к маслам в количестве 10-15% (см. табл.2, 4).
В технологической смазке довольно токсичное синтетическое масло Б-3В заменено на экологически чистое рапсовое масло, обеспечивающее высокую чистоту обрабатываемой поверхности металлических изделий.
С целью значительного снижения расхода противоизносной и противозадирной серосодержащей присадки технологическая смазка содержит в качестве наноприсадки смесь этил{1-[2-(метилсульфанил)этил]-2,3-фуллеро[60]циклопропан}карбоксилатов (1) в количестве 0,003-0,007%.
Применение смеси этил{1-[2-(метилсульфанил)этил]-2,3-фуллеро[60]циклопропан}карбоксилатов (1) в количестве, большем 0,007 мас.%, не приводит к существенному улучшению реологических свойств технологической смазки. Применение смеси этил{1-[2-(метилсульфанил)этил]-2,3-фуллеро[60]циклопропан}карбоксилатов (1) в количестве менее 0,003 мас.% снижает реологические свойства технологической смазки.
Испытание смазочных композиций, где рапсовое масло взято в соотношениях, выходящих за пределы предлагаемых, показали, что уменьшение его количества ухудшает качество обрабатываемой поверхности, появляются задиры и налипание.
Изобретение поясняется следующими примерами.
1. К раствору 0.002 ммолей Pd(acac)2 в 0.1 мл о-ДХБ в токе сухого аргона при температуре -5°С и перемешивании добавляют 0.008 ммолей PPh3, 0.008 ммолей Et3Al и 0.01 ммолей С60-фуллерена в 1 мл о-ДХБ. Реакционную массу нагревают до 80°С и по каплям добавляют 0.30 ммолей 1-[2-(метилсульфанил)этил]диазоуксусного эфира в 0.5 мл о-ДХБ. Через 0.5 ч реакционную массу охлаждают и пропускают через колонку с небольшим слоем силикагеля. Получают смесь этил{1-[2-(метилсульфанил)этил]-2,3-фуллеро[60]циклопропан}карбоксилатов (1) с выходом ~100% (по данным ВЭЖХ).
Спектральные характеристики (I)
|
ИК-спектр, см-1: 520, 1180, 1440, 1670, 1730. УФ-спектр (CHCl3), λmax, нм: 260, 330, 429. Спектр ЯМР 1Н, δ, м.д.: 1.1-1.5 м, 1.9-2.4 м, 2.5-3.1 м, 4.0-4.5 м. Масс-спектр (MALDI-TOF), m/z: 880.670 (8%) n=1, 1040.769 (24%) n=2, 1200.356 (44%) n=3, 1361.175 (24%) n=4. |
2. В реактор с механической мешалкой и обогревом загружают минеральное и рапсовое масла, температуру в реакторе повышают до 60-70°С и при непрерывном перемешивании вводят сульфидированные α-олефины фракции C16-C18 и смесь этил{1-[2-(метилсульфанил)этил]-2,3-фуллеро[60]циклопропан}карбоксилатов (1). После охлаждения получено прозрачное масло красно-коричневого цвета.
В табл.2 представлены составы изготовленных технологических смазок. Степень эффективности каждого состава оценивают на испытательном стенде - четырехшариковой машине трения. Результаты испытаний приведены в табл.4. Физико-химические свойства изготовленных технологических смазок приведены в табл.3. Испытания технологических смазок проводили в сравнении с известной смазкой (композиция 8, табл.2, 4), содержащей, мас.%:
| Серосодержащая присадка, осерненные | |
| α-олефины фракции C16-C18 | 50 |
| Синтетическое масло Б-3В | 25 |
| Масло индустриальное | Остальное |
Таким образом, испытуемая технологическая смазка обеспечивает хорошее качество штамповочных деталей благодаря высоким противоизносным и противозадирным свойствам. Смазка обладает хорошими адгезионными и санитарно-гигиеническими свойствами, стабильна при хранении и применении.
| Таблица 1 | |||
| Физико-химические показатели сульфидированной присадки | |||
| № п/п | Наименование показателей | Показатель | Метод определения |
| 1 | 2 | 3 | 4 |
| 1 | Внешний вид и цвет | Жидкость красно-коричневого цвета | Визуально |
| 2 | Вязкость при 50°С, сСт, в пределах | 25-50 | ГОСТ 33-82 |
| 3 | Плотность при 20°С, г/см3, не менее | 0,930 | ГОСТ 3900-85 |
| 4 | Температура вспышки в открытом тигле, °С, не менее | 190 | ГОСТ 4333-87 |
| 5 | Кислотное число, мг КОН/г, не более | 6,0 | ГОСТ 5985-79 |
| 6 | Содержание серы, %, не менее | 30,0 | ГОСТ 1431-85 |
| 7 | Содержание механических примесей, % не более | 0,05 | ГОСТ 6370-83 |
| 8 | Зольность, %, не более | 0,01 | ГОСТ 1461-85 |
| 9 | Содержание воды, % | Следы | ГОСТ 2477-85 |
| 10 | Коррозионное воздействие на металл | Выдерживает | ГОСТ 9.080-77 |
| Таблица 2 | ||||
| Состав технологических смазок | ||||
| № композиции | Компонентный состав технологической смазки, мас.% | |||
| Сульфидированные α-олефины фракции C16-C18 | Смесь этил{1-[2-(метилсульфанил)этил]-2,3-фуллеро[60]циклопропан}карбоксилатов (1) | Рапсовое масло | И-20А | |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| 1 | 10 | 0,005 | 20,0 | Остальное |
| 2 | 15 | 0,005 | 20,0 | Остальное |
| 3 | 10 | 0,005 | 30,0 | Остальное |
| 4 | 10 | 0,007 | 30,0 | Остальное |
| 5 | 10 | 0,003 | 30,0 | Остальное |
| 6 | 15 | 0,005 | 10,0 | Остальное |
| 7 | 5 | 0,003 | 20,0 | Остальное |
| 8 (прототип) | 50 осерненные α-олефины фракции C16-C18 | - | 25 Б-3В | Остальное |
| Таблица 3 | |||||||||
| Физико-химические показатели полученных технологических смазок | |||||||||
| № п/п | Показатели | № композиции | |||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 6 (прототип) | ||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
| 1 | Вязкость при 50°С, сСт | 25,6 | 29,4 | 26,8 | 26,8 | 26,8 | 27,9 | 24,7 | 25,4 |
| 2 | Кислотное число, мг КОН/г | 0,70 | 0,70 | 1,05 | 1,05 | 1,05 | 0,35 | 0,70 | 0,05 |
| 3 | Содержание серы, % | 3,00 | 4,5 | 3,00 | 3,00 | 3,00 | 4.5 | 1,5 | 9,1 |
| 4 | Температура вспышки в открытом тигле, °С | 195 | 196 | 195 | 195 | 195 | 196 | 194 | 195 |
| 5 | Плотность при 20°С, г/см3 | 0,914 | 0,925 | 0,918 | 0,918 | 0,918 | 0,921 | 0,905 | 0,94 |
| 6 | Коррозионное воздействие на металл | Выдерживает | |||||||
| 7 | Содержание механических примесей, % | 0,002 | 0,002 | 0,002 | 0,002 | 0,002 | 0,002 | 0,002 | 0,002 |
| 8 | Зольность, % | 0,005 | 0,007 | 0,005 | 0,005 | 0,005 | 0,007 | 0,002 | 0,01 |
| Таблица 4 | ||||
| Результаты испытаний технологических смазок | ||||
| № п/п | Критическая нагрузка, кгс | Нагрузка сваривания, кгс | Индекс задира | Диаметр пятна износа, мм |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| 1 | 141 | 942 | 129,1 | 0,67 |
| 2 | 150 | 1000 | 131 | 0,66 |
| 3 | 141 | 942 | 129,4 | 0,66 |
| 4 | 150 | 1000 | 131,2 | 0,67 |
| 5 | 133 | 942 | 123,9 | 0,74 |
| 6 | 150 | 1000 | 131 | 0,68 |
| 7 | 133 | 840 | 120,4 | 0,84 |
| 8 (прототип) | 150 | 1000 | 131,2 | 0,64 |
Технологическая смазка для холодной объемной штамповки металлов на основе сульфидированных α-олефинов, отличающаяся тем, что в качестве серусодержащих присадок она содержит сульфидированные α-олефины фракции C16-C18 и смесь этил{1-[2-(метилсульфанил)этил]-2,3-фуллеро[60]циклопропан}карбоксилатов общей формулы
где n=1(8%), n=2(24%), n=3(44%), n=4(24%),
рапсовое и минеральное масла при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Сульфидированные α-олефины фракции C16-C18 | 5-15 |
| Смесь этил{1-[2-(метилсульфанил)- | |
| этил]-2,3-фуллеро-[60]циклопропан}карбоксилатов (1) | 0,003-0,007 |
| Рапсовое масло | 10-30 |
| Индустриальное масло | Остальное |
