Металлоплакирующая присадка

 

Использование: присадка к смазочным материалам содержит, мас.%: полимеризат алкиленамина 3 - 10; дисперсный коллоидный металл 0,01-1,0; минеральное масло до 100. В качестве коллоидного металла использован медь, олово, цинк, висмут, свинец, кадмий, серебро или их смесь. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к использованию химических соединений в качестве компонентов (присадок) смазочных материалов, улучшающих их антифрикационные противоизносные и антиокислительные свойства.

Известно применение в качестве таких присадок маслорастворимых поверхностно-активных веществ (ПАВ), в частности, аминов и аминопроизводных. Амины, амиды, имидазолины, соли органических кислот и аминов помимо химической сорбции на поверхности трения дополнительно образуют полимолекулярные абсорбционные слои со структурой типа сэндвича или ленточные ассоциаты. Такие ПАВ защищают черные металлы от коррозии за счет ингибирования водной фазы, увеличивают стойкость к окислению и старению. Известно, например, применение аминов диалкилдитиофосфорной кислоты (1), парадиоксидифениламина (2) в качестве высокотемпературной антиокислительной присадки. Рекомендуется применение этилендиамина как эффективного бидентатного лиганда металлхелатного комплекса, образующегося в парах трения медный сплавсталь и обслуживающего эффект безизносного трения (3).

Известно также применение металлоплакирующих смазочных материалов (МСМ), позволяющих добиться безизносности за счет образования систем автокомпенсации износа (4).

В состав металлоплакирующих смазочных материалов могут входить порошок металла или сплава, оксид или соль металла, комплексное соединение металла или металлорганическое соединение. В качестве металлов чаще всего применяются медь, цинк, олово, висмут, свинец, кадмий и другие пластические металлы.

Механизм действия МСМ.

1. Накопление в смазочной среде металл- содержащих продуктов трибохимического взаимодействия компактного металла с активными компонентами МСМ; 2. Формирование сервовитной пленки или легирование поверхности трения за счет трибохимического обмена центрального иона комплекса с атомами поверхности, либо восстановительного разложения комплекса в процессе фрикционного взаимодействия.

3. Самоорганизация фрикционного контакта за счет активизированных автоколебаний концентрации продуктов взаимодействия металла комплексообразователя с активными компонентами МСМ, сопровождающаяся "излечением" поврежденных участков поверхности пленки.

Из многочисленных рецептов МСМ можно назвать медьсодержащие композиции, легированные кубовым остатком гексаметилендиамина и эпоксидной смолой (5), полиэтиленполиамином (6), а также аминные комплексы переходных металлов (7).

Указанные составы, как и большинство других МСМ, относятся к пластичным консистентным материалам. Наличие в них порошкообразного металла, например, медного порошка, требует применения смазочного материала высокой вязкости для предотвращения агрегации и оседания частиц металла. Их нельзя применять в точных и сверхточных сопряжениях. Кроме того, большая часть порошкообразного металла, распределенного в объеме смазочного материала, пассивна, к поверхности трения не доставляются, а в создании эффекта безызносности участвуют лишь приповерхностные слои смазки.

В (8) приведена металлоплакирующая смазка, содержащая мыльную пластичную присадку "ЛИТА" (веретенное масло АУ, загущенное литиевым мылом стеариновой кислоты, антиокислительная присадка n-оксидифениламин, противозадирная присадка ПЗ-318 и церезин-80), а также медный порошок 5-10% ацетилацетанат меди 10-20% ацетилацетон 0,5-1% Для жидких смазочных материалов металлосодержащие присадки обычно представляют собой соли различных высокомолекулярных кислот, применение которых связано с рядом недостатков, здесь не рассматриваемых.

Наиболее близким к предлагаемой присадке являются составы, в которых применяются металлы в высокодисперсном или коллоидном состоянии (9), суспензированные в органической фазе со стабилизацией с помощью поверхностно-активных веществ.

Такие системы являются органозолями. Авторы приводят способы получения и результаты по устойчивости органозолей ряда металлов. Так, описываются органозоли железа и никеля в бензоле и его гомологах, в вазелиновом масле, стабилизированные олеиновой кислотой. Они получены электролизом в ванне с двуслойным электролитом, с последующим обезвоживанием и дополнительной пептизацией каучуком. Дисперсность частиц металла в золях составляет 70-144 мкм для железа и 63-180 мкм для никеля.

Такие органозоли устойчивы при содержании металла не более 0,3% в противном случае коагулируют за 4-24 часа. Органозоли сплава Ni-Fe в толуоле, стабилизированные каучуком, устойчивы 300-350 ч.

В табл. 1 приведены еще 3 состава коллоидных металлов в органических средах, стабилизированных различными поверхностно-активными веществами. Не обсуждая способы их получения, следует отметить, что дисперсность частиц металла в них и состав препаратов не обеспечивает достаточной стабильности, что препятствует применению их в качестве присадок к жидким смазочным материалам.

Целью изобретения является создание антифрикционной, противоизносной и антиокислительной присадки к моторным, трансмиссионным, индустриальным и другим маслам, обеспечивающей эффект безызносного трения за счет химической модификации и металлоплакирования. Предлагаемая присадка должна сохранять объемную стабильность состава легированного жидкого масла длительное время без перемешивания.

Поставленная цель реализуется присадкой, содержащей пластичные металлы (Cu, Zn, Sn, Pb, Bi, Cd, Ag и т.д.) молекулярной дисперсности в виде коллоидного раствора, полимерное поверхностно-активное вещество и минеральное масло, причем в качестве ПАВ используют поликонденсат алкилен амина, например, этилендиамина, при следующем соотношении компонентов, мас.

Коллоидный металл 0,01-1,0 Поликонденсат алкилен- амина 3,0-10,0 Минеральное масло Остальное.

Антиокислительное действие обеспечивает полимеризованный амин. Сочетание хемосорбции аминной составляющей на поверхности трения с легкостью подвода к ней металла, диспергированного до молекулярного уровня создает предпосылки для образования сервовитной пленки практически сразу же после начала работы узла трения на легированном масле. Эффект безызносности создается как за счет этой пленки, так и за счет селективного металлоплакирования в местах повышенных нагрузок, где при локальном перегреве коллоидный металл легко переходит в металлическую пленку.

Содержание коллоидного металла менее 0,01% может оказаться недостаточным для металлоплакирования при жестких нагрузках, более 1% может привести к коагуляции коллоидного металла и неэкономично.

Содержание полиамина менее 3% может привести к коагуляции коллоидного металла, более 10% неэкономично и увеличивает вязкость масла.

Выбор конкретного пластичного металла, вводимого в состав присадки в виде коллоидного раствора, зависит от условий эксплуатации узла трения и его конструктивных особенностей. Для обеспечения заданных триботехнических характеристик узлов трения могут быть использованы сочетания двух или нескольких коллоидных маслорастворимых металлов, причем соотношение концентраций в легированном масле может варьироваться для достижения заданных триботехнических свойств. Диапазон концентраций коллоидных металлов в этих случаях должен быть таким, чтобы обеспечивалась долговременная стабильность объемного состава легированного масла.

Один из вариантов состава предлагаемой присадки был синтезирован в лабораторных условиях с целью проведения триботехнических испытаний и обработки технологии применения в узлах трения. Соотношение компонентов присадки следующее, мас.

Коллоидная масло- растворимая медь 0,1 Полимеризат этилен- диамина 5,0 Трансформаторное
масло Остальное.

Испытания антифрикационных и противоизносных свойств данного варианта присадки проводились на машине трения СМЦ-2 по схеме ролик-частичный вкладыш (колодка). Ролик выполнен из нормализованной стали 40, вкладыш из чугуна марки СЧ18-36.

Удельная нагрузка при испытаниях составляла 50 кгс/см², скорость скольжения образца 0,7 м/с. В качестве базового масла использовали масло И-20.

Время испытаний каждой фрикционной пары составляло 6,5 ч. Величина износа контролировалась взвешиванием образцов до и после испытаний с точностью ± 0,05 мг. Антифрикционные свойства легированного масла определялись регистрацией момента трения с помощью индуктивного датчика, тарированного в соответствии с инструкцией по эксплуатации машины трения СМЦ-2.

В процессе испытаний определялась концентрационная зависимость триботехнических свойств масла, легированного предлагаемой присадкой. В идентичных условиях проводились испытания базового масла без присадок, а также базового масла, легированного препаратом 1 из табл. 1 (коллоидная медь в смеси ацетона, амилового спирта и толуола, стабилизированная олеиновой кислотой и таннином, при его концентрации 1% в масле). Препарат 1 был приготовлен по рецептуре, приведенной в9}
Как видно из табл. 2 наилучшие антифрикционные и противоизносные свойства предлагаемого состава присадки проявляются при концентрациях 1-2 мас.

При этом концентрациях износа контртел в 2,5-4,0 раза меньше по сравнению с препаратом 1 (табл. 1) и в 7-10 раз меньше в сравнении с базовым маслом без присадок. Коэффициент трения пары сталь чугун при испытаниях предлагаемой присадки в 2 раза меньше по сравнению с прототипом (препарат 1) и в 5 раз меньше по сравнению с базовым маслом.

Формула изобретения

1. МЕТАЛЛОПЛАКИРУЮЩАЯ ПРИСАДКА к смазочным материалам, содержащая дисперсный коллоидный металл и минеральное масло, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит полимеризат алкиленамина при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Полимеризат алкиленамина - 3 - 10
Дисперсный коллоидный металл - 0,01 - 1,0
Минеральное масло - До 100
2. Присадка по п.1, отличающаяся тем, что в качестве коллоидного металла она содержит медь, олово, цинк, висмут, свинец, кадмий, серебро или их смеси.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2