Жидкость для испытания нагреванием, содержащая парофазный замедлитель коррозии

Изобретение относится к области защиты металлов от коррозии и может быть использовано в узлах систем охлаждения, которые подвергаются испытанию нагреванием, или в двигателях для предварительной обкатки перед сдачей на склад и/или сборкой транспортного средства или двигателя. Концентрат обкаточной жидкости, обеспечивающий антикоррозионные свойства в жидкой и паровой фазах во время обкатки двигателя, включает бикарбонат аммония в синергической комбинации, по меньшей мере, с одной карбоновой кислотой, пригодный для разбавления растворителем. Обкаточная жидкость, готовая к использованию и обеспечивающая антикоррозионные свойства в жидкой и паровой фазах во время испытания нагреванием или обкатки двигателя, включает бикарбонат аммония 0,05-5,00 мас.% в синергической комбинации, по меньшей мере, с одной карбоновой кислотой 0,2-15,0 мас.% и растворитель. Способ защиты металлической поверхности от коррозии включает предварительную обработку поверхности обкаточной жидкостью, упомянутой выше. Технический результат: увеличение длительности периода защиты от коррозии металлических узлов. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 1 табл., 4 пр.

 

ССЫЛКА НА СВЯЗАННЫЕ ЗАЯВКИ

Настоящая заявка представляет собой частичное продолжение находящейся на рассмотрении заявки на патент США 12/428249, поданной 22 апреля 2009 года, и имеет приоритет, исчисляемый от указанной даты.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к раствору, который обеспечивает защиту от форм коррозии.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Двигатели внутреннего сгорания, такие как бензиновые, дизельные или газовые двигатели, так же, как и более современные системы на топливных элементах, проходят фазу «обкатки» после производственного процесса перед сборкой узлов. Эта фаза обкатки длится от нескольких минут до нескольких часов, в зависимости от типа двигателя и его функционального предназначения. Фаза «обкатки» гарантирует работоспособность двигателя или системы. Современные жидкости, применяемые при обкатке, бывают самыми разнообразными. Они охватывают как очищенную воду, смазочно-охлаждающую жидкость, так и масляные эмульсии. Все они имеют некоторые технические недостатки. При сборке компонентов непосредственно после фазы обкатки производятся любые известные технологические операции. Во многих случаях, однако, конструкторы двигателей централизуют свое производство. Узлы поставляются со всего мира перед сборкой готового изделия. Во время хранения и транспортировки узлы могут подвергаться воздействию агрессивных сред, поэтому для них необходима защита от воздействия негативных факторов, которому они подвергаются во время хранения и/или транспортировки. В целях экономии жидкости, применяемые при обкатке, удаляются почти полностью перед отправкой детали двигателя на склад, и двигатель остается в так называемом влажном режиме.

Такой способ эксплуатации подразумевает то, что стандартные охлаждающие технологии не обеспечивают оптимальную защиту. Большинство современных технологий не обеспечивает устойчивой защиты при отсутствии прямого контакта с предохраняемой поверхностью. В ситуациях, когда компоненты монтируются непосредственно после испытания, вполне целесообразно использовать стандартную композицию смазочно-охлаждающей жидкости в качестве жидкости для испытания нагреванием. При современном экономическом положении это, однако, имеет место все меньше и меньше. Время хранения на складе и транспортировки в целом составляет от 3 до 9 месяцев.

В частности, в современных двигателях внутреннего сгорания тепловая нагрузка устанавливает высокие требования в отношении используемых материалов. Любая форма коррозии, даже легкие ее формы, приводит в результате к потенциальному фактору риска и может привести к уменьшению срока службы двигателя и, соответственно, безопасной эксплуатации транспортного средства. Кроме того, растущее число используемых видов металлургических технологий и сплавов делают систему более предрасположенной к коррозии именно в тех местах, где различные узлы или сплавы входят в прямой или косвенный контакт друг с другом.

С другой стороны, водонефтяные эмульсии действительно обеспечивают защиту в случае, если из системы спущено масло; однако они создают некоторые проблемы, связанные с несовместимостью, когда затем смазочно-охлаждающая жидкость добавляется в систему. Хотя растворимое масло и обеспечивает некоторую остаточную защиту от коррозии, оно уменьшает теплообмен в системе, образуя теплоизоляцию, при этом создавая, однако, защитный слой. Поскольку эффективный теплоотвод играет существенную роль, разумеется, для более мощных двигателей, которые соответствуют более современному законодательству по защите окружающей среды, обкаточная жидкость не должна отрицательно воздействовать на теплопередачу от узлов к системе охлаждения.

Смазочно-охлаждающие жидкости используются в целях отвода тепла от двигателя. Для того чтобы обеспечить оптимальную эффективность двигателя, следует отводить избыточное тепло с максимально возможной скоростью, при этом не нарушая и не уменьшая эффективность функционирования всех узлов системы охлаждения. Большие усилия были направлены для достижения защиты материалов системы охлаждения, особенно защиты от коррозии при высоких температурах. Хотя с точки зрения коррозии высокие температуры являются критическими, интервал низких температур также имеет большое значение во время эксплуатации двигателя. Растворимость и способность к перекачиванию при низкой температуре, не являясь защитой от коррозии, имеют первостепенную важность.

В идеальном случае смазочно-охлаждающая жидкость остается прозрачной и свободной от нерастворимых частиц. Замутнение, осаждение или чрезмерное гелеобразование считаются пагубными для рабочих характеристик машинной смазочно-охлаждающей жидкости. Проблемы, появляющиеся в связи с неустойчивостью, могут появляться в уплотнениях водяного насоса, уплотнениях головки двигателя, шлангах или любых других узлах, где используются более мягкие материалы. Гелеобразование, с другой стороны, будет оказывать негативное влияние на вязкость и проявляется в негативном изменении характеристик теплообмена жидкости, которые составляют основные требования, предъявляемые к охлаждающей жидкости. Поскольку риск неустойчивости смазочно-охлаждающей жидкости максимален при низких температурах, большинство проблем появляется в режиме холодного запуска двигателя.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение в одном варианте воплощения использует воду в качестве растворителя. Изобретение соединяет позитивные характеристики как смазочно-охлаждающих жидкостей, так и водонефтяных эмульсий. Оно объединяет превосходную совместимость со смазочно-охлаждающей жидкостью, добавляемой позже, и не воздействует отрицательно на характеристики теплообмена, как имело бы место при использовании водонефтяной эмульсии. Это также обеспечивает жизнеспособную защиту от коррозии во время обкатки и при хранении, когда из большей части продукта спущено масло. Лучшие результаты достигаются при уплотнении узла или тогда, когда воздушный поток полностью не свободен. Это позволяет присадкам приходить в равновесное состояние и поддерживать атмосферные условия, при которых защита от коррозии гарантируется во время хранения или транспортировки.

В одном варианте воплощения изобретение представляет собой концентрат, используемый для подготовки жидкости для обкатки или испытания нагревом. В другом варианте концентрат поступает в разбавленном виде. Также, в качестве альтернативы, жидкость на основе антифриза, например алкоголь или низкомолекулярная органическая кислота, добавляются, когда во время хранения или транспортировки необходима защита от замерзания.

Добавление жидкости с вязкостью, большей, чем у воды, для обеспечения защиты от замерзания еще более улучшает уровень защиты во время хранения и/или транспортировки. Поскольку данные антифризы имеют более высокую вязкость и считаются скользкими, им не отдают предпочтение, если только защита от замерзания не является действительно необходимой. Предусматривается также содержание понизителя точки замерзания в диапазоне от 10 до 60% об., в одном варианте - в диапазоне от 30 до 50% об. Было замечено, что положительный эффект от применения этих основных текучих сред больше не является фундаментальным требованием при использовании изобретения. Жидкий алкоголь или органический солевой компонент понизителя точки замерзания добавляется, обеспечивая защиту от замерзания. Понизитель точки замерзания может содержать полиспирты, такие как этиленгликоль, диэтиленгликоль, пропиленгликоль, дипропиленгликоль, глицерин и простые моноэфиры гликоля, такие как метиловые, этиловые, пропиловые и бутиловые эфиры этиленгликоля, диэтиленгликоля, пропиленгликоля и дипропиленгликоля. В качестве понизителя точки замерзания в высокой степени предпочтительны этилен- и пропиленгликоль. Примерами солей органической кислоты, применяющихся в качестве понизителя точки замерзания, без ограничений, являются жирные кислоты, включая формиат, ацетат, пропионат, адипат или сукцинат или их комбинации.

В качестве альтернативы для обеспечения защиты в водной фазе могут использоваться факультативные компоненты смазочно-охлаждающих жидкостей, такие как силикаты, нитриты, нитраты, фосфаты, молибдаты, антиоксиданты, производные тиазола, триазолы, полиакрилаты, фосфонаты и бораты.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Эффект стабильности органических кислот в синергической комбинации с неорганической солью аммония, как выяснилось, оказался новым. Многие патенты явно описывают использование понизителя точки замерзания, обеспечивая защиту паровой фазы после цикла обкатки. Настоящее изобретение обеспечивает достаточную защиту как в жидкой, так и в паровой фазах, даже без добавления понизителя точки замерзания. Если необходим понизитель точки замерзания, его, разумеется, можно добавить, при этом будет заметное повышение производительности системы. Это отмечено в Сравнительных примерах 1 и 2.

Пример 1 (Сравнительный пример)

Обкаточная жидкость была изготовлена из этиленгликоля в качестве основного компонента, 1,6 масс.% 2-этилгексановой кислоты, 0,1 масс.% себациновой кислоты и 0,1% толитриазола и приведена к pH 8,3.

Пример 2 (Сравнительный пример)

Обкаточная жидкость была изготовлена из воды в качестве основного компонента, 1,6 масс.% 2-этилгексановой кислоты, 0,1 масс.% себациновой кислоты и 0,1% толитриазола и приведена к pH 8,3.

При смешивании карбоновых кислот с неорганическими соединениями аммония, такими как углекислый аммоний, или другими неорганическими соединениями аммония, наблюдалось обеспечение хорошей защиты от коррозии не только в жидкой фазе, но также и для металла, находящегося выше уровня жидкости. Неорганическое соединение аммония присутствует в количестве ниже 5 масс.%. В одном варианте воплощения достаточно его присутствия в диапазоне от 0,03 до 2 масс.%.

Пример 3 (Сравнительный пример)

Обкаточная жидкость была изготовлена из воды в качестве основного компонента, 1,4 масс.% изононановой кислоты, 0,1 масс.% себациновой кислоты и 0,1% толитриазола и приведена к pH 8,3.

Пример 4 (Пример изобретения)

Обкаточная жидкость была изготовлена из воды в качестве основного компонента, 1,4 масс.% изононановой кислоты, 0,1 масс.% себациновой кислоты, 0,1% толитриазола и 0,1 масс.% бикарбоната аммония и приводится к pH фактору 8,8.

Дополнительными примерами понизителей точки замерзания являются гликоли, короткоцепочечные органические кислоты и низкомолекулярные спирты. Они включают, но не ограничиваются, этиленгликоль, пропиленгликоль, диэтиленгликоль, глицерин и соли муравьиной кислоты, соль уксусной кислоты, соль пропионовой кислоты, соль адипиновой кислоты и глицерол. Для использования в системах охлаждения они смешиваются с водой для обеспечения хорошего теплообмена в дополнение к защите от замерзания. Однако данные смеси на основе воды в условиях эксплуатации обладают свойствами корродирующих веществ, что обычно наблюдается в специфических условиях применения. Поэтому различные металлы и соответствующие сплавы, содержащиеся в системе охлаждения, должны быть достаточно защищены от различных коррозионных процессов, таких как точечная коррозия, щелевая коррозия, эрозия или кавитация.

Примерами дополнительных необязательных смазочно-охлаждающих жидкостей являются обычные добавки к смазочно-охлаждающим жидкостям. Они включают, но не ограничиваются, силикаты, нитриты, нитраты, фосфаты, молибдаты, антиоксиданты, производные тиазола, полиакрилаты, фосфонаты и бораты, которые могут использоваться для обеспечения защиты в водной фазе.

Метод тестирования

Для оценки обкаточной жидкости использовался следующий отборочный метод. 100 мл образца жидкости было помещено в стеклянный пузырек, содержащий образец сплава чугуна, используемого в стеклянной посуде D-1384 Американского общества по испытанию материалов при тестировании смазочно-охлаждающих жидкостей на коррозию. Пузырек с содержимым помещается в термостат на время 1 час при температуре 90°C. После извлечения из термостата пузырек охлаждают в течение 8 часов при комнатной температуре. Семьдесят процентов жидкости удаляются, оставляя часть металлического образца погруженной в жидкость. Часть металлического образца, погруженная в жидкость, остается в течение 1 часа при комнатной температуре, а затем помещается в термостат при температуре 50°C. Затем пузырек охлаждается при температуре 4°C в течение 1 часа. Пузырек извлекают и помещают в помещение при комнатной температуре. Цикл от 50°C до 4°C и обратно к комнатной температуре повторяется снова. Впоследствии металлические образцы исследуются на коррозию. Также исследуются части металлических образцов, погруженных в жидкость, в сравнении с таковыми, погруженными в пар. Данные Таблицы 1 иллюстрируют, как пример изобретения обеспечивает лучшую защиту от коррозии как в жидкости, так и в фазе пара.

Используемые критерии

1 - неповрежденный

2 - поверхностная коррозия

3 - высокая степень коррозии

Результаты
	Пример 1 (Сравнительный пример)	Пример 2 (Сравнительный пример)	Пример 3 (Сравнительный пример)	Пример 4 (Пример изобретения)
Результат жидкой фазы	1	1	1	1
Результат паровой фазы	2	3	3	1

1. Концентрат обкаточной жидкости, обеспечивающий антикоррозионные свойства в жидкой и паровой фазах во время обкатки двигателя, включающий бикарбонат аммония в синергической комбинации, по меньшей мере, с одной карбоновой кислотой, пригодный для разбавления растворителем.

2. Концентрат по п.1, отличающийся тем, что, по меньшей мере, одна карбоновая кислота выбрана из группы, включающей монокарбоновую кислоту, дикарбоновую кислоту, алифатические монокарбоновые кислоты, алифатические дикарбоновые кислоты, разветвленные карбоновые кислоты или ароматические неразветвленные и разветвленные карбоновые кислоты и их комбинации.

3. Обкаточная жидкость, готовая к использованию и обеспечивающая антикоррозионные свойства в жидкой и паровой фазах во время испытания нагреванием или обкатки двигателя, включающая бикарбонат аммония в интервале 0,05-5,00 мас.% в синергической комбинации, по меньшей мере, с одной карбоновой кислотой в интервале 0,2-15,0 мас.% и дополнительно растворитель.

4. Жидкость по п.3, отличающаяся тем, что она содержит бикарбонат аммония в количестве 0,1 мас.%.

5. Жидкость по п.3, отличающаяся тем, что она содержит карбоновую кислоту в диапазоне между 0,2-5,0 мас.%.

6. Жидкость по п.3, отличающаяся тем, что она имеет pH в диапазоне от 8,0 до 11,0.

7. Жидкость по п.3, отличающаяся тем, что она дополнительно включает компонент, понижающий точку замерзания.

8. Жидкость по п.3, отличающаяся тем, что растворитель выбран из группы, состоящей из воды, гликоля или их комбинации.

9. Жидкость по п.7, отличающаяся тем, что компонент, понижающий точку замерзания, представляет собой жидкий алкоголь или органическую соль.

10. Жидкость по п.9, отличающаяся тем, что жидкий алкоголь представляет собой полиспирт.

11. Жидкость по п.9, отличающаяся тем, что органическая соль выбрана из группы, состоящей из формиата, ацетата, пропионата, адипата, сукцината или их смеси.

12. Жидкость по п.3, отличающаяся тем, что она дополнительно включает, по меньшей мере, одну смазочно-охлаждающую добавку, выбранную из группы, состоящей из силикатов, нитритов, нитратов, фосфатов, молибдатов, антиоксидантов, производных тиазола, триазола, полиакрилатов, фосфонатов и боратов.

13. Способ защиты металлической поверхности от коррозии, включающий предварительную обработку поверхности жидкостью, обеспечивающей антикоррозионные свойства в жидкой и в паровой фазах, причем жидкость включает бикарбонат аммония в синергической комбинации с, по меньшей мере, одной карбоновой кислотой.

14. Жидкость по п.3, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, одна карбоновая кислота представляет собой изононановую кислоту.

15. Жидкость по п.3, отличающаяся тем, что она имеет рН 8,8.