Композиция присадки для противозадирных консистентных смазок с превосходными противоизносными и коррозионными свойствами
Изобретение относится к смазочной композиции, содержащей в мас.% по меньшей мере 90% базовой консистентной смазки и (а) комплекс тиадиазол-поли(эфир)гликоль в количестве, которое обеспечивает содержание серы примерно от 1500 до 3500 ч./млн; (b) дигидрокарбилдитиофосфат молибдена в количестве, которое обеспечивает содержание молибдена примерно от 77 до 450 ч./млн; и (с) дигидрокарбилдитиофосфат цинка в количестве, которое обеспечивает содержание цинка примерно от 600 до 1000 ч./млн. Предложена также композиция присадки для консистентной смазки, состоящая из компонентов (а), (b) и (с). 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 3 табл.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к композиции присадки для композиций противозадирной консистентной смазки, имеющих исключительные противоизносные и коррозионные свойства. Более конкретно изобретение относится к композиции присадки, включающей (А) комплекс тиадиазол-поли(эфир)гликоль; (В) дигидрокарбилдитиофосфат молибдена и (С) дигидрокарбилдитиофосфат цинка.
ИЗВЕСТНЫЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Противозадирные консистентные смазки работают в условиях высоких нагрузок и требуют высокоэффективных противозадирных присадок, чтобы предотвратить задирание и приваривание. Тиадиазолы являются соединениями, которые являются эффективными противозадирными присадками. Патент США 6365557 описывает комплексы тиадиазол/поли(эфиро)гликоль. Хотя эти комплексы являются превосходными противозадирными присадками для консистентных смазок, их высокая поверхностная аффинность к металлическим поверхностям дает покрытия, которые вызывают нежелательное обесцвечивание меди и других не-железных металлов и сдерживают способность противоизносных присадок уменьшать износ. Изобретение здесь описывает специфическую композицию смазочной присадки, в которой эти комплексы тиадиазол-поли(эфир)гликоль не оказывают отрицательного влияния на износ и коррозию, сохраняя в то же время превосходные противозадирные свойства.
Патент США 6541427 (Dresel et al.) описывает рецептуру консистентной смазки, имеющей систему присадок, которая содержит 2% соединения молибдена (дигидрокарбилдитиокарбамата, MoDTC или дигидрокарбилдитиофосфата, MoDTP), около 2% производного тиадиазола и требует набора других присадок.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретение относится к смазочной композиции, включающей следующие компоненты (все в мас.%):
(а) Основное количество (т.е. >90%) базовой консистентной смазки, такой как литий, литиевый комплекс, алюминиевый комплекс, кальциевый комплекс, органоглина и мочевина;
(b) Комплекс тиадиазол-поли(эфир)гликоль в количестве, обеспечивающем содержание от 1500 до 3500 ч./млн серы (S), предпочтительно от 2000 до 2800 ч./млн S;
(c) дигидрокарбилдитиофосфат молибдена в количестве, обеспечивающем содержание молибдена от 77 до 450 ч./млн (Mo), предпочтительно 192-220 ч./млн Мо; и
(d) дигидрокарбилдитиофосфат цинка в количестве, обеспечивающем содержание от 600 до 1000 ч./млн цинка (Zn), предпочтительно от 700 до 900 ч./млн Zn.
Изобретение также раскрывает композицию присадки для использования в консистентной смазке. Композиция присадки включает следующие соединения:
(a) комплекс тиадиазол-поли(эфир)гликоль;
(b) дигидрокарбилдитиофосфат молибдена; и
(c) дигидрокарбилдитиофосфат цинка,
при массовом соотношении S:Mo; Zn примерно 150-350:7,7-45:60-100. В этом соотношении S относится к сере, поставляемой с комплексом тиадиазол-поли(эфир)гликоль.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Комплексы тиадиазол-поли(эфир)гликоль данного изобретения описаны в патенте США 6365557, введенном настоящей ссылкой. Предпочтительное осуществление включает комплекс из
(а) одного или нескольких тиадиазольных соединений из следующих:
(i) димеров 2,5-димеркапто-1,3,4-тиадиазола (DMTD), имеющих формулу
в которой n равно 1 и/или 2; и/или
(ii) 2-меркапто-1,3,4-дитиазола (MTD), имеющего формулу
и (b) поли(эфир)гликоля, имеющего формулу:
где R1 представляет водород, разветвленный или неразветвленный С1-С20 алкильный радикал, фенильный радикал, разветвленный или неразветвленной С1-С8 ацильный радикал и их комбинацию, и m имеет значения от 1 до 300. Предпочтительными поли(эфир)гликолями являются бутокситригликоль, полиэтиленгликоль или их комбинация, причем последняя комбинация является предпочтительной.
Как изложено выше,
(а) тиадиазолом может быть одно или несколько соединений из димеров моносульфида DMTD (формула I, n=1), димеров дисульфида DMTD (формула I, n=2) и MTD (формула II), закомплексованных с
(b) поли(эфир)гликолем (формула III)
Комплекс может включать (по массе) от примерно 10% до 60% тиадиазольного соединения (тиадиазольных соединений) и от примерно 40% до 60% поли(эфир)гликольного соединения (поли(эфир)гликольных соединений), предпочтительно от примерно 25% до 50% тиадиазольного соединения (тиадиазольных соединений) и от примерно 50% до 75% поли(эфир)гликольного соединения (поли(эфир)гликольных соединений), и наиболее предпочтительно от примерно 30% до 40% тиадиазола и от примерно 60% до 70% поли(эфир)гликоля.
Наиболее предпочтительное осуществление комплекса доступно как присадка Vanlube® 972M от R.T.Vanderbilt Company, Inc., Norwalk, CT. Vainlube 972 включает по массе приблизительно (a) 15% димера моносульфида DMTD, 10% димера дисульфида DMTD, 10% MTD; и (b) 49% бутокситригликоля и 16% полиэтиленгликоля, и имеет средний молекулярный вес 300 г/моль.
Дигидрокарбилфосфатные соединения молибдена и цинка обычно получают реакцией P2S5 со спиртами для образования соединений дигидрокарбилфосфорной кислоты, которые затем нейтрализуют подходящими соединениями молибдена или цинка:
где R2 и R3 независимо представляют углеводородные (гидрокарбильные) группы, содержащие от 1 до 18, предпочтительно от 2 до 12 атомов углерода, включающие алкильные, алкенильные, арильные, арилалкильные, алкиларильные и циклоалифатические группы. Примерами углеводородных групп являются этил, н-пропил, изопропил, н-бутил, изобутил, втор-бутил, изооктил, 2,6-этилгексил и бутилфенил. В случае дигидрокарбилфосфата молибдена о равно 2 или 4, х равен 1 или 2, y имеет значения от 1 до 4 и z имеет значения от 1 до 4.
МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ
Методы испытаний, использованные в данном изобретении для оценки противозадирных свойств, коррозионной стойкости и свойств износа композиций консистентной смазки, были следующими:
Испытание противозадирных консистентных смазок на машине Тимкена.
Проба на медную пластинку.
Испытание на износ на четырехшариковой машине.
Испытание по Тимкену является хорошо известным стандартизованным тестом и описано в ASTM D 2509. Испытание по Тимкену измеряет нагрузки, при которых возникает абразивный износ, т.е. образование задиров между вращающимся цилиндром и неподвижным блоком; таким образом, чем выше конечная нагрузка по Тимкену, тем лучше противозадирные свойства консистентной смазки. Неформальная ранжировка противозадирных свойств на основании конечных показателей нагрузки по Тимкену приведена ниже, где все в интервале 60-80 (превосходное или исключительное) считается приемлемым для промышленных стандартов.
| Конечная нагрузка по Тимкену (фунт) | Ранжировка противозадирной характеристики |
| 80 | Исключительная |
| 60-70 | Превосходная |
| 50 | Хорошая |
| 40 | Граничная |
Метод испытания на медную пластину, ASTM D 4048, был использован для оценки характеристики коррозии меди композициями консистентных смазок. По этому методу испытания полированную медную пластину полностью погружают в образец консистентной смазки и греют в сушильном шкафу при 100°С в течение 24 часов. В конце этого периода пластину извлекают, промывают и сравнивают со стандартами коррозии медной пластины ASTM. Медной пластине присваивают балл от 1а до 4b. Балл 1а представляет пластину с наименьшей коррозией, а 4с представляет пластину с максимальным уровнем коррозии. Индустриальные консистентные смазки являются некоррозионными и дают балл не выше, чем 1b.
Испытание на износ на четырехшариковой машине проводят согласно стандартной методике, описанной в ASTM D4172. По этому методу испытаний один шарик вращается на трех равномерно разнесенных неподвижных шариках, в то время как четыре шарика полностью погружены в испытуемое масло. Испытания для этого изобретения проводили при скорости вращения 1200 об/мин при нагрузке 40 кг в течение одного часа при 75°С. Измеряли диаметр поцарапанных трех неподвижных шаров и результатом являлось среднее для трех шаров. Приемлемым результатом для этого испытания являлся средний след изнашивания меньше, чем 0,5 мм по диаметру.
ПРИМЕР 1
Оценивали износ, противозадирные и коррозионные свойства литиевой консистентной смазки, содержащей комплекс тиадиазол-поли(эфир)гликоль (присадка Vanlube® 972M, доступная от R.T.Vanderbilt Company, Inc., Norwalk., CT), Vanlube 972 в сочетании с диалкилдитиофосфатом молибдена (присадка Molyvan® L, доступная от R.T.Vanderbilt Company, Inc., Norwalk., CT), Vanlube 972M в сочетании с диалкилдитиофосфатом цинка (Lubrizol® 1395, доступный от Lubrizol Corp.), разбавленная в 10-20% масла, и Vanlube 972M в сочетании с Molyvan L и Lubrizol 1395. Данные, суммированные в таблице 1, показывают, что только смазки с добавлением всех трех компонентов при конкретных концентрациях дают конечные нагрузки по Тимкену от исключительных до превосходных при приемлемых следах износа и баллах коррозии меди. Кроме того, данные для рецептур 10, 11, 12 и 13 показывают, что другие соединения молибдена, такие как диалкилдитиокарбаматы молибдена (Molyvan® 822) и органомолибдаты (Molyvan® 855) не являются эффективными альтернативами MoDTP.
| Таблица 1 | |||||||||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | |
| Vanlube 972M1 | 2,0 | 1,0 | 2,0 | 2,0 | 1,0 | 1,0 | 1,0 | 1,0 | 1,0 | 1,0 | 1,0 | 1,0 | 1,0 |
| Lubrizol 13952 | --- | --- | 1,0 | --- | 1,0 | --- | --- | 0,50 | 0,75 | 0,75 | 0,75 | 0,75 | 0,75 |
| Molyvan L3 | --- | --- | --- | 1,0 | --- | 1,0 | 0,5 | 0,25 | 0,25 | --- | --- | --- | --- |
| Molyvan 8224 | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | 0,25 | 0,50 | --- | --- | |
| Molyvan 8555 | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | 0,25 | 0,50 | |
| Содержание S, ч./млн | 4800 | 2400 | 4800 | 4800 | 2400 | 2400 | 2400 | 2400 | 2400 | 2400 | 2400 | 2400 | 2400 |
| Содержание Mo, ч./млн | 0 | 0 | 0 | 825 | 0 | 825 | 412 | 206 | 206 | 123 | 246 | 198 | 396 |
| Содержание Zn, ч./млн | 0 | 0 | 1060 | 1060 | 0 | 0 | 530 | 795 | 795 | 795 | 795 | 795 | |
| Износ по 4 шарам, мм | 0,64 | 0,58 | 0,61 | 0,52 | 0,53 | 0,46 | 0,44 | 0,47 | 0,46 | 0,52 | 0,51 | 0,48 | 0,53 |
| Конечная нагрузка по Тимкену, фунт | 80 | Fail 40 | --- | --- | --- | --- | 70 | 60 | 80 | Fail 40 | Fail 40 | Fail 40 | --- |
| Коррозия меди | 2e | 2e | 4a | 2e | 3a | 4b | 2e | 3a | 1b | 1b | 1b | 1b | 1b |
|
1 Содержание серы в Vanlube 972M составляет 24 мас.% 2 Содержание цинка в Lubrisol 1395 составляет 10 мас.% 3 Содержание молибдена в Molyvan L составляет 8,3% 4 Содержание молибдена в Molyvan 822 составляет 4,9% 5 Содержание молибдена в Molyvan 855 составляет 7,9% |
Пример 2 (Сравнительный пример)
В качестве сравнительных примеров ZDDP компонент по изобретению был заменен другими противоизносными (AW) присадками на основе фосфора и цинка при сохранении в то же время других компонентов по изобретению постоянными. Как суммировано в таблице 2, ни одна из альтернатив не обеспечила удовлетворительную противоизносную характеристику за исключением нафтената цинка. Однако противозадирная характеристика композиции, содержавшей нафтенат цинка, была неудовлетворительной.
| Таблица 2 (Сравнительные примеры) |
||||||
| 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | |
| Vanlube 972M | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 |
| Molyvan L | 0,25 | 0,25 | 0,25 | 0,25 | 0,25 | 0,25 |
| Vanlube 7611М (беззольная диалкилтиофосфатная AW присадка) |
0,75 | --- | --- | --- | --- | --- |
| Vanlube 9123 (аминофосфатная AW присадка) |
--- | 0,75 | --- | --- | --- | |
| Vanlube AZ (диалкиттиокарбамат с 50% Zn) |
--- | --- | 0,75 | --- | --- | --- |
| Нафтенат цинка | --- | --- | --- | 0,75 | --- | --- |
| --- | --- | --- | --- | 1,30 | --- | |
| Износ по 4 шарам, мм | 0,75 | |||||
| Конечная нагрузка по Тимкену, фунт | ||||||
| Коррозия меди | 0,58 | 0,53 | 0,57 | 0,56 | 0,51 | 0,47 |
| Vanlube 972M | --- | --- | --- | --- | --- | Fail 40 |
| Molyvan L | --- | --- | --- | --- | 3a | lb |
Пример 3 (Сравнительный пример)
Для сравнения компонент комплекса тиадиазол-поли(эфир)гликоль по изобретению был заменен другими производными тиадиазола. Как суммировано в таблице 3, ни одна из альтернатив не обеспечила удовлетворительную противозадирную характеристику.
| Таблица 3 (Сравнительные примеры) |
||
| 20 | 21 | |
| Lubrizol 1395 | 0,75 | 0,75 |
| Molyvan L | 0,25 | 0,25 |
| Vanlube 829 (Димер дисульфида тиадиазола, использованный при содержании серы, эквивалентном 1% Vanlube 972M) |
0,37 | --- |
| Cuvan® 826 (Производное тиадиазола, использованное при содержании серы, эквивалентном 1% Vanlube 972M) |
--- | 0,77 |
| Износ по 4 шарам, мм | 0,43 | 0,44 |
| Конечная нагрузка по Тимкену, фунт | 30 | 20 |
| Коррозия меди | 1b | 1b |
1. Смазочная композиция, содержащая по меньшей мере 90 мас.% базовой консистентной смазки и
(a) комплекс тиадиазол-поли(эфир)гликоль в количестве, которое обеспечивает содержание серы примерно от 1500 до 3500 млн-1;
(b) дигидрокарбилдитиофосфат молибдена в количестве, которое обеспечивает содержание молибдена примерно от 77 до 450 млн-1; и
(c) дигидрокарбилдитиофосфат цинка в количестве, которое обеспечивает содержание цинка примерно от 600 до 1000 млн-1.
2. Смазочная композиция по п.1, в которой
(a) комплекс тиадиазол-поли(эфир)гликоль обеспечивает содержание серы примерно от 2000 до 2800 млн-1;
(b) дигидрокарбилдитиофосфат молибдена обеспечивает содержание молибдена примерно от 192 до 220 млн-1 и
(c) дигидрокарбилдитиофосфат цинка обеспечивает содержание цинка примерно от 700 до 900 млн-1.
3. Смазочная композиция по п.1, в которой комплекс тиадиазол-поли(эфир)гликоль включает:
(а) одно или несколько тиадиазольных соединений из следующих:
(i) димеров 2,5-димеркапто-1,3,4-тиадиазола (DMTD), имеющих формулу
в которой n равно 1 и/или 2; и/или
(ii) 2-меркапто-1,3,4-дитиазола (MTD), имеющего формулу
и
(b) поли(эфир)гликоль, имеющий формулу
где R1 представляет водород, разветвленный или неразветвленной С1-С20 алкильный радикал, фенильный радикал, разветвленный или неразветвленный C1-C8 ацильный радикал и их комбинацию, и m имеет значения от 1 до 300.
4. Смазочная композиция по п.3, в которой комплекс тиадиазол-поли(эфир)гликоль включает (а) композицию тиадиазолов в количестве примерно от 10 до 60% и (b) композицию поли(эфир)гликолей в количестве примерно от 40 до 90%.
5. Смазочная композиция по п.3, в которой комплекс тиадиазол-поли(эфир)гликоль включает комбинацию бутокситригликоля и полиэтиленгликоля.
6. Смазочная композиция по п.3, в которой тиадиазол включает комбинацию димера моносульфида DMTD (формула I, n=1), димера дисульфида DMTD (формула I, n=2) и MTD (формула I).
7. Смазочная композиция по п.3, в которой комплекс тиадиазол-поли(эфир)гликоль включает примерно:
(a) 15% димера моносульфида DMTD, 10% димера дисульфида DMTD, 10% MTD и
(b) 45% бутокситригликоля и 15% полиэтиленгликоля.
8. Смазочная композиция по п.7, в которой
(a) комплекс тиадиазол-поли(эфир)гликоль обеспечивает содержание серы около 2400 млн-1;
(b) дигидрокарбилдитиофосфат молибдена обеспечивает содержание молибдена около 206 млн-1 и
(c) дигидрокарбилдитиофосфат цинка обеспечивает содержание цинка около 795 млн-1.
9. Присадка для консистентной смазки, включающая:
(a) комплекс тиадиазол-поли(эфир)гликоль;
(b) дигидрокарбилдитиофосфат молибдена и
(c) дигидрокарбилдитиофосфат цинка
в соотношении (а):(b):(с), рассчитанном как (а) масса серы, обеспечиваемая комплексом тиадиазол-поли(эфир)гликоль; (b) масса молибдена, обеспечиваемая дигидрокарбилдитиофосфатом молибдена; и (с) масса цинка, обеспечиваемая дигидрокарбилдитиофосфатом цинка, около 150-350:7,7-45:60-100.
10. Присадка по п.9, в которой соотношение составляет примерно 200-280:19,2-22:70-90.
11. Присадка по п.9, в которой комплекс тиадиазол-поли(эфир)гликоль включает:
(а) одно или несколько тиадиазольных соединений из следующих:
(i) димеров 2,5-димеркапто-1,3,4-тиадиазола (DMTD), имеющих формулу
в которой n равно 1 и/или 2; и/или
(ii) 2-меркапто-1,3,4-дитиазола (MTD), имеющего формулу
и
(b) поли(эфир)гликоль, имеющий формулу
где R1 представляет водород, разветвленный или неразветвленный С1-С20 алкильный радикал, фенильный радикал, разветвленный или неразветвленный C1-C8 ацильный радикал и их комбинацию, и m имеет значения от 1 до 300.
12. Смазочная композиция по п.11, в которой комплекс тиадиазол-поли(эфир)гликоль включает (а) композицию тиадиазолов в количестве примерно от 10 до 60% и (b) композицию поли(эфир)гликолей в количестве примерно от 40 до 90%.
13. Смазочная композиция по п.11, в которой комплекс тиадиазол-поли(эфир)гликоль включает комбинацию бутокситригликоля и полиэтиленгликоля.
14. Смазочная композиция по п.11, в которой тиадиазол включает комбинацию димера моносульфида DMTD (формула I, n=1), димера дисульфида DMTD (формула I, n=2) и MTD (формула I).
15. Смазочная композиция по п.11, в которой комплекс тиадиазол-поли(эфир)гликоль включает примерно:
(a) 15% димера моносульфида DMTD, 10% димера дисульфида DMTD, 10% MTD и
(b) 45% бутокситригликоля и 15% полиэтиленгликоля.
16. Присадка по п.15, в которой соотношение составляет примерно 240:20,6:79,5.
