CH629844A5 - Composition lubrifiante. - Google Patents

Description

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Lorsqu'on utilise un sulfate minéral, on en utilise un pourcentage en poids de préférence comparable à celui du lubrifiant halogéné, avec 5 à 15 fois autant de carbonate du métal du Groupe IIA, en poids, que de lubrifiant halogéné.

s Comme lubrifiants halogénés, on préfère les hydrocarbures halogénés, notamment les paraffines chlorées.

Les produits préférés sont le carbonate de calcium (blanc de Meudon) et le sulfate de calcium semi-hydraté, de préférence en combinaison avec les paraffines chlorées, mais on peut employer io avec succès d'autres produits, par exemple d'autres carbonates, d'autres sulfates, — tels que le sulfate de magnésium.7H20, les sulfates de calcium mono- et dihydraté, le sulfate de sodium anhydre, le sulfate de potassium, le sulfate de potassium et d'aluminium, le sulfate de zinc, le sulfate acide de sodium et le 15 thiosulfate de sodium.5H20- et, parmi les lubrifiants halogénés, des produits tels que «Cereclor» (marque commerciale), qui sont des hydrocarbures de paraffines à longue chaîne chlorés de qualités 70 (poudre), 70L, 63L et 50LV (I.C.I.) ; des bromopa-raffines similaires; des graphites fluorés de formule (CFx)n (Air 20 Products) ; des composés de carbone et de fluor du type «Mon-flor» (marque commerciale) 53 et 91, qui sont des liquides de la formule (C2F4)n préparés par polymérisation ionique de tétra-fluoroéthylène (I.C.I.) ; le polytétrafluoroéthylène du type «Fluon» (marque commerciale) L169 (I.C.I.) ; des cires fluoro-25 chimiques à base obligomère telles que les cires RDPE et RDPE-S (I.C.I.) ; et des polymères des chlorotrifluoroéthylène de faible poids moléculaire de formule (CF2.CFCl)n tels que l'huile 14-25 de «Halocarbon Products».

Les matériaux minéraux se présentent sous une forme fine-30 ment divisée, par exemple 99% du carbonate a une granulomé-trie inférieure à 25 microns, et 93% inférieure à 10 microns. L'invention est relative à des compositions lubrifiantes.

L'utilisation de lubrifiants solides, par exemple du graphite Les résultats favorables des compositions selon l'invention et du bisulfure de molybdène, comme additifs à des graisses et sont spécifiques à la combinaison des constituants, comme le autres lubrifiants est déjà connue. Par ailleurs, on a déjà ajouté, 35 montrent les résultats suivants des essais de divers mélanges dans une certaine mesure, des charges solides, telles que du dans de la vaseline blanche comme base de lubrification. Les carbonate de calcium, à des graisses de lubrification afin de essais sont effectués sur la machine d'essais bien connue à quat-

réduire le coût du produit final, et ce depuis de nombreuses re billes «Seta-Shell» (marque commerciale), utilisée pour vér-

années. ifier les caractéristiques du lubrifiant sous des pressions très

Il est largement reconnu que le bisulfure de molybdène est 40 élevées. Plus le diamètre de l'empreinte ou marque est petit, particulièrement efficace sous charge élevée et que, dans ces meilleur est le lubrifiant. Les compositions sont données en po-conditions, il permet de réduire l'usure. Récemment, toutefois, ids, les pourcentages d'additifs se rapportant aux compositions les augmentations importantes du prix du bisulfure de molybdè- prises comme un tout.

ne ont conduit à rechercher des produits équivalents moins Les cinq premiers mélanges sont des mélanges de comparai-

chers, mais aussi efficaces. 45 son, correspondant d'abord à la vaseline seule, puis indiquant

La titulaire a découvert une composition lubrifiante à utili- les effets du sulfate de calcium semi-hydraté, du «Cereclor» 63L ser dans une base de lubrification, caractérisée en ce qu'elle (paraffine chlorée contenant 63 % de chlore) et du blanc de comprend un carbonate finement divisé d'un métal du Groupe Meudon (carbonate de calcium) «Snowcal» (marque commer-IIA autre que le magnésium qui ne convient pas et un lubrifiant ciale) 8/SW, considérés individuellement, et montrant ensuite organique halogéné le carbonate étant prépondérant. On ob- 50 l'effet du sulfate de calcium et du carbonate de calcium combi-tient les meilleurs résultats lorsque la composition contient éga- nés. Les mélanges 6,7,9 et 10 sont des compositions contenant lement un sulfate d'un métal alcalinoterreux ou un autre sulfate un lubrifiant halogéné et ainsi sont conformes à l'invention, le minéral ; comme sulfates utilisés, on peut citer les sulfates de mélange 6 ne contenant pas de sulfate de calcium et les mélan-métaux du Groupe IA ou IIA. ges 7,9 et 10 en contenant. En outre, le mélange 10 contient du

Les compositions peuvent être utilisées dans des bases de 55 bisulfure de molybdène et le mélange 9 (pâte d'assemblage) de lubrification, notamment des graisses d'huiles synthétiques et l'oxyde de titane Ti02 anatase, principalement pour donner un minérales, dans lesquelles le pourcentage d'additifs par rapport bel aspect blanc, mais également pour procurer une charge de à la base peut largement varier en fonction du type de produit et rupture (ou de non-fonctionnement) très élevée (grippage), de son utilisation prévue. On trouve par exemple sur le marché Sauf aux pressions les plus basses, le mélange 7, avec du des produits avec 3 % de bisulfure de molybdène et d'autres 60 sulfate de calcium, est meilleur que le mélange 6, ces deux mé-avec 50%, et les compositions de l'invention peuvent remplacer langes étant meilleurs que le meilleur des mélanges de compa-tout ou partie de ces quantités, ou être présentes en tout autre raison, notamment aux pressions les plus élevées, lorsqu'un dia-pourcentage efficace compatible avec les propriétés physiques mètre d'empreinte supérieur à 2 mm indique qu'on approche de recherchées du produit. De façon générale, les produits finaux la rupture.

peuvent être des pâtes, des graisses, des huiles ou des films 65 Finalement, les mélanges 8 et 11 montrent, à titre de com-lubrifiants solides ; lorsque les compositions sont vendues seules, paraison, les effets du bisulfure de molybdène (mélange 8) et du elles peuvent être utilisées comme lubrifiants telles quelles ou «Lonza» (marque commerciale) KS 2,5, qui est un graphite être utilisées par des fabricants de mélanges lubrifiants. artificiel de qualité élevée (mélange 11). On doit noter que les

REVENDICATIONS

1. Composition lubrifiante à utiliser dans une base de lubrification, caractérisée en ce que'elle comprend un carbonate finement divisé d'un métal du Groupe IIA autre que le magnesium et un lubrifiant organique halogéné, le carbonate étant prépondérant.

2. Composition selon la revendication 1, caractérisée en ce que le carbonate est du carbonate de calcium.

3. Composition selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisée en ce qu'elle comprend également un sulfate minéral finement divisé.

4. Composition selon la revendication 3, caractérisée en ce que le sulfate est un sulfate d'un métal du Groupe LA ou IIA.

5. Composition selon la revendication 4, caractérisée en ce que le sulfate est du sulfate de calcium semi-hydraté.

6. Composition selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le lubrifiant halogéné est une paraffine chlorée.

7. Composition selon l'une des renvendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle contient en outre du bisulfure de molybdène.

8. Composition selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la quantité de carbonate présent est 5 à

15 fois en poids celle du lubrifiant halogéné.

9. Composition selon la revendication 8, caractérisée en ce qu'elle contient un sulfate selon les revendications 3,4 ou 5, en un pourcentage en poids comparable à celui du lubrifiant halogéné.

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compositions de l'invention sont supérieures à ces deux compositions dans tous les domaines.

Les résultats sont donnés dans le Tableau I.

En plus des résultas indiqués dans le Tableau I, les charges de Hertz moyennes (chiffre corrigé pour tenir compte des irrégularités de surface des billes et indiquant les caractéristiques d'usure sur une plage de charges) des mélanges 7,10,9,8 et 11,

sont respectivement égales à 104,7 ; 118,1 ; 99,9; 85,0 et 68,5 kg.

Dans d'autres essais, on a substitué du sulfate de magnésium. 7H20 et du sulfate de sodium anhydre au aulfate de cal-5 cium semihydraté du mélange 7 ci-dessus et le «Monflor» 53 au «Cereclor», les résultats obtenus étant indiqués dans le Tableau II.

Tableau I

Resultats a la machine d'essai a quatre billes pour diverses compositions lubrifiantes (diamètres d'empreintes en mm)

Mélange

Mélange 1 (comparaison)

Composition Vaseline blanche

56 1,58

Mélange 2 Vaseline blanche a) 0,33

(comparaison) + a)2% —

CaS04-'/2H20b)

+ 20%)

Mélange 3 Vaseline blanche

(comparaison) + 2% Cereclor 63L

Mélange 4 Vaseline blanche

(comparaison) +20% blanc de

Meudon (Snowcal 8/SW)

Mélange 5 Vaseline blanche

(comparaison) + 20 % blanc de Meudon + 2% CaS04 ■ 'A H20

Mélange 6 Vaseline blanche

+20% blanc de Meudon + 2% Cereclor 63L Mélange 7 Vaseline blanche

+20 % blanc de Meudon + 2% Cereclor 63L + 2% CaS04 • V2 H20 Mélange 10 idem Mélange 7

+ 20% MoS2

Mélange 9 Vaseline blanche

+ 20% blanc de Meudon + 2% Cereclor 63L + 2% CaS04 • V2 H20 + 8% Ti02 anatase «Tiona G»

Mélange 8 Rocol ASP

(comparaison) vaseline ambrée + 50% MoS2

Mélange 11 Vaseline blanche

(comparaison) + 50 % graphite

0,43

0,43

0,41

0,33

0,34

0,35

0,36

100 2,59

1,31 0,46

0,66 0,66 0,61

0,39 0,42

0,42 0,39

0,42

0,46

158

grippage (soudure) à 141 kg

2,20

2,07 0,86 0,93

0,72 0,66

0,96

0,71

Charge appliquée (kg) 200 251

2,48 1,24

2,55 0,96 1,10

0,90 0,78

0,60 0,90

1,14

1,23

grippage grippage à 224 kg

1,45 1,12

0,97 0,93

1,43

2,00

316 355

1,48 grippage

1,66 1,76

1,51 1,52

1,06 1,36

1,04 1,22

1,04 1,28

1,47 1,44

grippage

398

1,78 1,57

1,53 1,44

grippage

447

1,96

1,68

1,66

1,49

501

2,27

1,79

1,54

ON M VC

00

«fc

■et

562

2,15 2,27

2,24

1,84

1,73

grippage à 708 kg grippage à 631 kg pas de grippage à 794 kg

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Tableau II Matériau de substitution

MgS04 • 7H20 (mélange 12)

Na2S04 (mélange 13)

Monflor 53 (mélange 14)

Diamètre d'empreinte (mm) pour une charge (kg)

71 100 126 200 316

0,31 0,43 0,57 1,13 1,16 0,33 0,45 0,48 1,05 1,09 0,38 0,42 0,43 0,68 1,54

Dans ce qui suit, d'autres résultats montrent les avantages des compositions de l'invention, les «mélanges» considérés étant ceux du Tableau I.

1. Comparaison du mélange 7 avec une pâte anti-usure par frottement connue. Méthode d'essai.

On compare la composition préférée dans de la vaseline (mélange 7) avec le mélange 8 qui est une pâte anti-usure par frottement connue utilisée dans la technique mécanique, sur une machine d'essais d'usure «Amsler». Cette machine utilise deux disques de 63,5 mm de diamètre et de 6,35 mm d'épaisseur. Un disque, en bronze phosphoré, est fixé, tandis que l'autre, en acier trempé, peut tourner et être appliqué sous charge contre le disque fixe. La rotation du disque d'acier sous charge produit une empreinte d'usure sur le disque de bronze, laquelle peut être mesurée de façon précise.

La technique utilisée consiste à enduire les deux disques du mélange lubrifiant. Le disque d'acier tourne à une vitesse fixée et est ensuite appliqué sous charge contre le disque de bronze, l'essai continuant pendant un temps donné calculé en fonction de la vitesse périphérique du disque d'acier et choisi pour donner un total de 76,2 m de glissement au contact.

A la fin de chaque essai, le disque de bronze est déplacé pour obtenir une nouvelle position de contact et l'essai recommence à une charge plus élevée. On explore ainsi une plage de charges allant de 25 kg en 25 kg jusqu'à 150 kg et les vitesses de glissement augmentent par pas de 12,7 cm/sec. jusqu'à 63,5 cm/ sec.. On répète chaque essai pour obtenir un total de trois essais pour chaque état.

Les résultats de la mesure d'empreinte par usure, exprimés en millimètres sont indiqués sur la figure 1, ainsi que sur les figures 4 et 5 sous forme de courbes dans les trois diemsnions. Les mesures, converties en volume de matière enlevée par usure, exprimées en mm3, sont portées sur la figure 2. Finalement, on a utilisé la largeur de l'empreinte d'usure et les charges appliquées pour calculer la pression de contact finale, indiquée sur la figure 3.

De façon générale, les mélanges présentent les mêmes caractéristiques générales, en ce sens que le degré d'usure augmente lorsque la charge augmente, bien que la relation ne soit pas directement proportionnelle, et également en ce que, pour une charge donnée appliquée, l'usure diminue lorsque la vitesse augmente (on doit prendre soin de ne pas interpréter faussement les caractéristiques d'usure en fonction de la vitesse ; l'usure est pour un nombre donné de révolutions du disque, et non pas pour une période constante. Ainsi, les essais à 12,7 cm/sec.

5 durent 10 minutes pour produire l'empreinte d'usure, tandis que les essais à 63,5 cm/sec. ne durent que 2 minutes seulement).

Toutefois, l'examen de la forme de la courbe d'usure montre d'importantes différences entres les mélanges. Les pentes des courbes sont tout à fait différentes. En ce qui concerne l'impor-io tance de l'usure, le mélange 8 est apparemment supérieur pour les faibles charges, mais la différence diminue au fur et à mesure que la charge augmente et les courbes se croisent de sorte que le mélange 7 présente une usure inférieure pour des charges plus élevées. Plus significatif que la largeur réelle de l'empreinte d'u-15 sure pour une charge donnée est le fait que l'accroissement de l'usure en fonction de l'accroissement de la charge évolue en sens opposé pour les deux mélanges. Avec le mélange 8, l'accroissement augmente progressivement lorsque la charge croît, mais avec le mélange 7, cet accroissement diminue progressive-20 ment.

L'examen des courbes de pression de contact finale montre que le mélange 8 présente une pointe de pression pour une charge appliquée d'environ 75 kg, à toutes les vitesses, et diminue ensuite, tandis que la pression de contact du mélange 7 25 continue à augmenter. Ce que signifie exatement cette caractéristique n'est pas encore complètement élucidé ; ce peut être un critère d'usure ou un passage d'un type d'usure «modérée» à «sévère». Cependant, ceci montre la supériorité du mélange 7 pour les charges de contact les plus élevées.

30 Les essais précédents montrent que la composition préférée dans la vaseline (mélange 7) est efficace comme composition anti-usure. En particulier, la composition préférée est plus efficace aux charges élevées que la composition 8 connue. Ceci constitue un progrès significatif dans la technologie des lubri-35 fiants de surface courants, du fait qu'à présent le bisulfure de molybdène est considéré comme étant le lubrifiant solide le plus important pour cette lubrification de surface.

2. Comparaison des propriétés anti-grippage.

40 On utilise couramment des pâtes anti-usure par frottement commerciales, telles que le mélange 8, comme lubrifiants antigrippage sur des moyens de fixation soumis à des températures élevées. On compare ci-après les propriétés du mélange 7 dans ces conditions.

45 Pour mettre en œuvre l'essai, on utilise des écrous et des boulons en acier doux qui sont: dégraissés, traités avec le mélange, serrés à un couple de 6,91 kg.m puis soumis aux conditions d'essai. On détermine alors le couple de démarrage et le couple courant (couple mesuré après que l'écrou a commencé à

so tourner).

Les résultats sont indiqués en kg.m sur les Tableaux III et IV où CD indique le couple de démarrage.

Tableau III

55 L'essai dure une heure à 500 °C en utilisant des écrous et boulons en acier doux UNF (Unified Fine Standard) de 15,9 mm.

Mélange 7 Mélange 8

8,30 7,61

CD

9,13

6,64

9,55 7,33

Moyenne

8,99

7,19

Tableau IV

L'essai dure un mois (31 jours) à l'extérieur en utilisant les mêmes écrous et boulons

CD

Mélange 7 Mélange 8

7,61 6,92

8,99 6,92

7,89 9,41

Moyenne

8,16 7,75

Couple

1,66

0,28

Couple

0,14 1,94

Courant

0,97

0,41

Courant

0,69 0,14

0,41 0,14

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6

Ces résultats montrent que les propriétés anti-grippage du mélange 7 sont aussi bonnes que celles d'un lubrifiant antigrippage connu contenant du bisulfure de molybdène.

3. Remplacement partiel du bisulfure de molybdène dans des graisses commerciales pour engrenages ouverts.

Une utilisation industrielle importante du bisulfure de molybdène consiste à améliorer les caractéristiques des lubrifiants pour engrenages ouverts. Le remplacement partiel du bisulfure de molybdène par des produits de remplacement moins chers, mais aussi afficaces, présente une grande importance commerciale.

5 On prépare un certain nombre de mélanges de graisses avec différents taux de remplacement du bisulfure de molybdène. Le Tableau V ci-après donne la composition de chaque mélange, en poids.

Tableau V

Parties en poids Mélange Mélange A B

(comparaison)

Mélange Mélange C D

Graisse de base

Argile «Baragel» épaississant

6,0

6,0

6,0

6,0

«Dioxitol» solvant

1,0

1,0

1,0

1,0

Eau

0,1

0,1

0,1

0,1

«Pool 20» huile d'hydrocarbure

83,9

83,9

83,9

83,9

Additifs

MoS2 qualité «TF»

9,0

6,0

3,0

-

«Cereclor 63L» paraffine chlorée

—

0,15

0,30

0,45

CaS04 • — H20

2

-

0,15

0,30

0,45

Blanc de Meudon «Snowcal 8/SW»

1,53

3,06

4,59

100,0

98,83

97,66

96,49

Le volume de solides est le même dans chaque composition, c'est-à-dire que le remplacement est en volume et non en poids.

L'aptitude des graisses à encaisser des charges est essayée sur la machine d'essais à quatre billes Seta-Shell, les résultats suivants étant obtenus:

acidité libre normale, en HCl 35 chlore libre normal stabilités h/175 °C inflammabilité

0,002%

0,0003% 0,02% HCl libéré ininflammable

Tableau VI (kg) Mélange

A B C D

Charge de Hertz moyenne 64,5

86.5

89.6 88,0

Charge au grippage

282

316

398

355

Les résultats montrent que les aptitudes des graisses à encaisser les charges sont améliorées par les additifs de l'invention et qu'on peut les utiliser pour remplacer partiellement ou totalement le bisulfure de molybdène.

4. Autres caractéristiques des matériaux.

Les matériaux utilisés ci-dessus sont en outre caractérisés comme suit.

a) «Cereclor» (marque commerciale) 63L est une paraffine chlorée, fabriquée par I.C.I. Ltd., et a les propriétés suivantes:

40 b) «Dioxitol» (marque commerciale), fourni par Shell Chemicals Ltd., est un éther monoéthylique de diéthylène glycol.

c) Pool 20 = «Gulfrex» (marque commerciale) 255, est une huile minérale ayant les propriétés suivantes:

densité à 15,6 °C 1,018

45 viscosité Redwood à 21 °C 2420

viscosité Redwood à 60 °C 296

point d'eclair 260 °C

point d'écoulement — 9,5 °C

teneur en chlore poids moléculaire aspect couleur densité à 25 °C densité à 99 °C viscosité à 25 °C viscosité à 40 °C viscosité à 100 °C point d'écoulement (IP 15)

63%

430

liquide jaune pâle clair 150 unités Hazen 1,43 g/ml 1,35 g/ml 150 poises 1000 cps 18 cps environ 0 °C

50

55

60

d) «Snowcal» (marque commerciale) 8/SW.

Référence BWF 40: charge universelle finement broyée, triée par flottation dans l'eau. Sa texture molle perment de l'incorporer facilement dans des compositions de caoutchouc et de matière plastique.

Propriétés physiques.

Résidus cumulés (en pourcentages) sur un tamis de: 125 microns (tamis BS no. 120) trace 63 microns (tamis BS no 240) 0,02 45 microns (tamis BS no 350) 0,05

Pourcentage plus fin que:

25 microns 99 20 microns 98 65 10 microns 93 5 microns 76 3 microns 54 Diamètre géométrique moyen (en microns)

2-3

7

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Surface spécifique par

Anhydride sulfurique (S03)

0,04

perméabilité à l'air (cm2/g)

10300

Oxyde de potassium (K20)

0,01

Jauge Hegmann No (Echelle Nordique)

5,0

Oxyde de sodium (Na20)

0,04

Dureté Mohs

2-3

Matière soluble dans l'eau froide

0,03

Couleur: CIE Tristimulus Valeur Y

87,0

s Humidité (emballé)

0,1

Densité:

2,7

Cuivre (Cu)

3 ppm

Densité en vrac: non compacté (kg/litre)

0,58

Manganèse (Mn)

240 ppm compacté (kg/litre)

0,80

Pentoxyde de phosphore (P205)

1100 ppm

Volume de vide (ml/100 g)

17,3

pH de l'extrait aqueux

8,5

io Conductivité de l'extrait

Propriété chimiques:

%

aqueux (micro mho/cm)

<100

Carbonate de calcium (C03Ca)

98,0

Silice et insolubles

e) Le «Baragel» (marque commerciale) est un épaississant

(Si02 et acides insolubles)

1,25

usuel à base d'argile de Montmorillonite.

Alumine (A1203)

0,25

15 f) Le bisulfure de molybdène MoS2 (TF) est du bisulfure de

Oxyde ferrique (Fe203)

0,08

molybdène de qualité «technique fine» de dimension de particu

Magnésie (MgO)

0,25

les d'environ 1,5 micron.

C

3 feuilles dessins