Многоцелевая пластичная смазка для тяжелонагруженных узлов трения
Владельцы патента RU 2711022:
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Российский государственный университет нефти и газа (национальный исследовательский университет) имени И.М. Губкина" (RU)
Изобретение относится к композиции многоцелевой пластичной смазки для тяжелонагруженных узлов трения, которая может быть использована в механизмах различного назначения мобильной техники и стационарного оборудования. Многоцелевая пластичная смазка содержит, мас.%: загуститель - 4,0-25,0; наноструктурированную функциональную добавку - наноразмерные частицы бората и/или карбоната кальция - 0,5-5,0; антиокислитель - 0,2-0,5; ингибитор коррозии - 0,0-2,0; присадку с противоизносными и/или противозадирными свойствами - 0,0-3,0; твердый наполнитель - 0,0-20,0; базовое масло - до 100. Достигаемый технический результат заключается в снижении износа и предотвращении задира за счет образования в пограничном слое прочной хемосорбционной пленки, защищающей поверхности трения, и модификации волокон загустителя наноразмерными частицами бората и/или карбоната кальция в процессе формирования структурного каркаса пластичных смазок. 6 табл.
Изобретение относится к созданию композиции многоцелевой пластичной смазки для тяжелонагруженных узлов трения, которая может быть использована в механизмах различного назначения мобильной техники и стационарного оборудования.
Применение пластичных смазочных материалов в тяжелонагруженных узлах трения требует наличия в их составе противоизносных/противозадирных присадок, и/или мелкодисперсных добавок и наполнителей (дисульфиды молибдена и вольфрама, графит, фторопласт, сажа), и/или наноструктурированных функциональных добавок различной природы.
Традиционной противоизносной (AW) и противозадирной (ЕР) присадкой является диалкилдитиофосфат (ZDTP) цинка. В результате термического разложения ZDTP образуются серно-фосфорные компоненты, которые формируют многослойную противоизносную пленку в результате реакции с металлической поверхностью.
Известна современная пластичная смазка с пакетом EP/AW-присадок (RU 2630305 С2, 2017), содержащая следующие компоненты, мас. %:
| Литиевое мыло 12-оксистеариновой кислоты | 12-17 |
| Агидол-1, Нафтам-2 или Дифениламин | 0,5-1,0 |
| Диалкилдитиофосфат цинка | 2,0-3,0 |
| Хайтек 343 или Англамол-99 | 1,5-2,5 |
| Смесь высокоочищенных минеральных базовых масел | до 100. |
Данная смазка предназначена для всех видов оборудования, испытывающего высокие удельные или ударные нагрузки и работоспособна в диапазоне температур от минус 30 до 120°С в условиях высокой влажности и кислотности. Технической задачей предлагаемого изобретения является создание универсальной смазки многоцелевого назначения, работающей в тяжелонагруженных узлах трения механизмов от минус 30 до 120°С в условиях высокой влажности и кислотности.
Недостатками данного состава являются агрессивность по отношению к цветным металлам и отрицательное воздействие на экологическую среду вследствие содержания агрессивных компонентов.
В качестве твердых добавок для улучшения трибологических характеристик наибольшее применение получили дисульфид молибдена и графит, обладающие слоистой структурой и значительно повышающие эффективность смазочных материалов в условиях ударных нагрузок.
Известна пластичная смазка для тяжелонагруженных подшипников качения (RU 2529854 С1, 2013), содержащая следующие компоненты, мас. %:
| Комплексное кальциевое мыло | 7,0-15,0 |
| Мелкодисперсный графит | 5,0-20,0 |
| Антиокислитель аминного типа | 0,1-3,0 |
| Антиокислитель фенольного типа | 0,1-3,0 |
| Полиальфаолефиновое масло с кинематической вязкостью | |
| при 100°С не менее 10 мм2/с | 10,0-50,0 |
| Сложный эфир пентаэритритового спирта и | |
| синтетических жирных кислот фракции С5-С9 | до 100. |
Изобретение относится к созданию пластичной смазки для тяжелонагруженных подшипников качения с широким диапазоном рабочих температур. Техническим результатом изобретения является снижение вязкости смазки при низких температурах, повышение температуры каплепадения, а также улучшение смазывающих свойств. Недостатками данной композиции является термо- и влагоупрочнение, характерное для всех комплексных кальциевых смазок, склонность к гидролизу сложноэфирного компонента дисперсионной среды, а также гигроскопичность мелкодисперсного графита.
Перспективным направлением улучшения триботехнических свойств является использование наноструктурированных функциональных добавок. Преимуществами наноразмерных добавок является возможность заполнения неровностей на границах контакта, термическая стабильность и высокая скорость реакции с металлической поверхностью без индукционного периода, присущего традиционным AW и ЕР присадкам
Известна пластичная смазка для смазывания подшипников качения, работающих в условиях высоких нагрузок при низких и средних скоростях вращения (RU 2414504 С1, 2011), содержащая, мас. %:
| Квазикристаллический порошок | |
| Al-Cu-Fe с дисперсностью частиц | |
| не более 1 мкм | 4,0-6,0 |
| Пластичная смазка Литол-24 | остальное до 100. |
Техническим результатом является повышение ресурса работы пар трения в широком диапазоне температур. Недостатком данной композиции является наличие в составе металлического наполнителя с дисперсностью частиц до 1 мкм в высокой концентрации, что делает невозможным применение смазки в прецизионных узлах трения высокоточных приборов, а также ограничивает ее использование в мало- и средненагруженных высокоскоростных механизмах.
Известна низкотемпературная пластичная смазка для механизмов различного назначения, работающих при температуре до минус 60°С (RU 2682881 С1, 2019), содержащая следующие компоненты, мас. %:
| Загуститель | 11,0-15,0 |
| Антиокислитель аминного и/или фенольного типа | 0,3-0,5 |
| Наноструктурированная функциональная добавка | 0,5-5,0 |
| Присадка с противоизносными | |
| и/или противозадирными свойствами | 0,0-3,0 |
| Ингибитор коррозии | 0,0-2,0 |
| Базовое масло | остальное до 100. |
При этом при формировании смазки указанную наноструктурированную функциональную добавку используют в виде предварительно механически диспергированной в базовом масле, а после смешения с остальными компонентами - термомеханически диспергированной в смеси указанных компонентов.
Техническим результатом изобретения является обеспечение модификации структурного каркаса смазки используемой наноструктурированной функциональной добавкой, в качестве которой применяются наноразмерные частицы галлуазита или монтмориллонита. Недостатком данной композиции является техническая сложность получения стабильной дисперсии заявленной наноструктурированной функциональной добавки в базовом масле.
Наиболее близкой к изобретению является пластичная смазка для подшипников качения (RU 2457239 С2, 2009), содержащая следующие компоненты, мас. %:
| Порошок наноалмаза детонационного синтеза, | |
| очищенного до содержания несгораемых примесей | |
| менее 0,1% от массы наноалмаза, с размером частиц не более 5 нм | 0,01-0,05 |
| Смазка Литол-24 | остальное до 100. |
Данное изобретение относится к области трибологии, а именно созданию пластичных смазок для подшипников качения, применяемых во всех областях машиностроения, во многих узлах машин, автомобилей и других транспортных средств, сельскохозяйственных машин и механизмов, электрических машин и т.п.
Техническим результатом является создание пластичной смазки для подшипников качения с использованием загустителя - литиевого мыла и неорганического наполнителя - алмаза, имеющей многократно увеличенный срок службы при меньших количествах используемого порошка алмаза, а также упрощение технологии подготовки смазки.
Недостатками данной композиции является применение дефицитных наноалмазов детонационного синтеза, очищенных до содержания несгораемых примесей менее 0,1% от массы наноалмаза, с размером частиц не более 5 нм, возможности производства которых в промышленном масштабе на данный момент ограничены, а также недостаточно высокие эксплуатационные характеристики.
Технической проблемой настоящего изобретения является улучшение трибологических характеристик и повышение механической и коллоидной стабильности многоцелевой пластичной смазки.
Технический результат заключается в снижении износа и предотвращении задира за счет образования в пограничном слое прочной хемосорбционной пленки, защищающей поверхности трения и модификации волокон загустителя наноразмерными частицами бората и/или карбоната кальция в процессе формирования структурного каркаса пластичных смазок.
Технический результат достигается за счет создания композиции многоцелевой пластичной смазки, содержащей высокоэффективную, доступную и экологически безопасную наноструктурированную функциональную добавку.
Указанная композиция многоцелевой пластичной смазки для тяжелонагруженных узлов трения включает в себя загуститель, наноструктурированную функциональную добавку - наноразмерные частицы бората и/или карбоната кальция, антиокислитель, ингибитор коррозии, присадку с противоизносными и/или противозадирными свойствами, твердый наполнитель, базовое масло при следующих соотношениях компонентов, мас. %:
| Загуститель | 4,0-25,0 |
| Наноструктурированная функциональная добавка | 0,5-5,0 |
| Антиокислитель | 0,2-0,5 |
| Ингибитор коррозии | 0,0-2,0 |
| Присадка с противоизносными | |
| и/или противозадирными свойствами | 0,0-3,0 |
| Твердый наполнитель | 0,0-20,0 |
| Базовое масло | остальное, до 100. |
Отличительной особенностью заявленной композиции является применение наноструктурированных частиц бората и/или карбоната кальция в качестве функциональной добавки, улучшающей противоизносные и противозадирные характеристики, а также коллоидную и механическую стабильность.
Добавление наночастиц бората и/или карбоната кальция предотвращает задир путем модификации пограничного слоя и разделения поверхности трения, что приводит к повышению несущей способности смазки, при этом формируемая в зоне контакта пар трения адсорбционная пленка состоит из оксидов железа, оксида кальция СаО и/или оксида бора В2О3.
Улучшение коллоидной и механической стабильности обеспечивается за счет модификации образующихся волокон загустителя наноразмерными частицами в процессе формирования структурного каркаса пластичных смазок.
Сущность изобретения заключается в следующем. В описываемой смазке используют следующие компоненты: - в качестве загустителя: простые и комплексные мыла щелочных, щелочноземельных и иных металлов и органических кислот различного строения (мыльный загуститель); производные мочевины (уреатный загуститель); полимеры неполярного строения (полимерный загуститель); твердые углеводороды различного строения (углеводородный загуститель) и неорганические загустители различного строения (диоксид кремния и его производные, сажа, бентонитовые глины) или их смеси в любых соотношениях;
- в качестве наноструктурированной функциональной добавки -наноразмерные частицы бората и/или карбоната кальция;
- в качестве антиокислителя: дифениламин, фенил-α-нафтиламин, фенил-β-нафтиламин, алкилированный дифениламин, алкилированный фенил-α-нафтиламин, алкилированный фенил-β-нафтиламин; 4-метил-2,6-дитретбутилфенол, 2,2-метилен-бис(4-метил-6-третбутилфенол), 4,4-метилен-бис(2,6-дитретбутилфенол);
- в качестве базового масла: минеральные масла, масла гидрогенизационных процессов, синтетические (полиальфаолефиновые, на основе эфиров, кремнийорганические), растительные, или их смеси в любых соотношениях.
При необходимости в описываемую смазку могут быть добавлены:
- в качестве ингибиторов коррозии - производные бензотриазола, производные алкилянтарных кислот, окисленные парафины и церезины, соли и сложные эфиры карбоновых и сульфоновых кислот, триэтаноламин и его производные, производные алкенилсукцинимидов, производные димеркаптотиадиазола;
- в качестве присадки с противоизносными и/или противозадирными свойствами (противоизносная/противозадирная присадка) - эфиры фосфорной кислоты различного строения, серо- фосфорсодержащие органические соединения, хлорсодержащие органические соединения;
- в качестве твердых наполнителей - графит, сажа, дисульфиды и диселениды молибдена или вольфрама, диоксид кремния, фторопласт (политетрафторэтилен), порошки металлов или их оксидов, слюда, тальк, нитрит бора, вермикулит и другие.
Описываемую смазку готовят следующим образом:
Технология 1. При использовании мыльного загустителя на основе готовых мыл, приготовляемых отдельно, наноструктурированную функциональную добавку диспергируют в базовом масле непосредственно перед добавлением готовых мыл, либо (в зависимости от требуемого режима охлаждения расплава пластичной смазки) дисперсию наноструктурированного бората и/или карбоната кальция в части базового масла вводят в смазку после окончания процесса термомеханического диспергирования мыльного загустителя.
Технология 2. При использовании мыльного загустителя, приготовляемого непосредственно в процессе производства смазки, в аппарат с перемешивающим устройством, оборудованный системой обогрева, загружают расчетное количество базового масла, нагревают при постоянном перемешивании до температуры 95-105°С, загружают компоненты мыльного загустителя и проводят реакцию омыления. Затем реакционную смесь нагревают до температуры 125-130°С для удаления влаги, после чего мыломасляный концентрат подвергают термомеханическому диспергированию с постоянным перемешиванием и подъемом температуры до 200-230°С.
Далее в расплав смазки вводят предварительно диспергированную в части базового масла наноструктурированную функциональную добавку, после чего происходит кристаллизация волокон и формирование модифицированного структурного каркаса смазки.
Технология 3. При использовании уреатного, полимерного, углеводородного и неорганических загустителей наноструктурированную функциональную добавку диспергируют в части базового масла непосредственно перед приготовлением смазки.
Полученный по технологиям 1-3 продукт при необходимости охлаждают до требуемой температуры и производят слив в тару с предварительной механической обработкой (гомогенизация, фильтрация, деаэрация).
Перед механической обработкой в охлажденную смазку при необходимости могут быть добавлены расчетные количества присадок, наполнителей и красителей.
Пример.
Готовят 30 образцов смазок с различным содержанием указанных компонентов, охватывающих весь спектр заявляемых концентраций:
-10 образцов многоцелевой пластичной смазки на основе 12-гидроксистеарата лития (по технологии 1);
- 10 образцов многоцелевой пластичной смазки на основе комплексного литиевого загустителя (по технологии 2);
-10 образцов многоцелевой пластичной смазки на основе димочевинного загустителя (по технологии 3).
Также по технологии, описанной в RU 2457239 С2, готовят известную смазку.
Составы приготовленных образцов многоцелевой пластичной смазки представлены в таблицах 1.1, 2.1, 3.1, а свойства этих образцов - в таблицах 1.2, 2.2,3.2.
Из приведенных данных следует, что заявленная композиция обладает улучшенными противоизносными и противозадирными характеристиками, а также повышенной коллоидной и механической стабильностью.
Многоцелевая пластичная смазка для тяжелонагруженных узлов трения, содержащая загуститель, наноструктурированную функциональную добавку - наноразмерные частицы бората и/или карбоната кальция, антиокислитель, ингибитор коррозии, присадку с противоизносными и/или противозадирными свойствами, твердый наполнитель, базовое масло при следующих соотношениях компонентов, мас.%:
| Загуститель | 4,0-25,0 |
| Наноструктурированная функциональная добавка | 0,5-5,0 |
| Антиокислитель | 0,2-0,5 |
| Ингибитор коррозии | 0,0-2,0 |
| Присадка с противоизносными | |
| и/или противозадирными свойствами | 0,0-3,0 |
| Твердый наполнитель | 0,0-20,0 |
| Базовое масло | остальное, до 100 |
