CN1008741B

CN1008741B - 铁路轮轨润滑成膜膏

Info

Publication number: CN1008741B
Application number: CN 87106896
Authority: CN
Inventors: 聂明德; 党鸿辛; 周兆福
Original assignee: Lanzhou Institute of Chemical Physics LICP of CAS
Current assignee: Lanzhou Institute of Chemical Physics LICP of CAS
Priority date: 1987-10-10
Filing date: 1987-10-10
Publication date: 1990-07-11
Also published as: CN1032549A

Abstract

铁路轮轨润滑成膜膏，本发明属新型润滑剂。由于铁路轮轨润滑的工况条件非常苛刻，油脂类润滑剂难以保持良好的润滑，本发明以矿油为基础油，金属皂为稠化剂，添加固体润滑剂MoS₂、石墨、MCA、PTFE等，摩擦成膜剂CeF₃、LaF₃、Cu₂O等。以及增粘剂等，经高温炼制而成。本成膜膏具有良好的成膜性能、极高的承载能力和耐久的使用寿命，其烧结负荷大于7840N。在铁路轮轨上使用，已得到明显的效果。

Description

本发明叙述了一种供铁路轮轨使用的润滑成膜膏。属新型润滑剂。

火车的载重量大，速度快，运动时，火车轮轨之间会产生高摩擦力和强烈的刚性冲击，造成轮轨的急剧磨损。火车在弯道上运行时，由于离心力的作用，轮轨间除了上述的相互作用外，还有轮对的扭振、轮对的横向偏移、踏面与轨顶形状不匹配造成两点接触后产生的滑行等，使得轮轨间的磨损更加剧烈。据统计，在全部报废的轮、轨中，因磨损致废的占55%以上。六十年代初英国的Dearden提出解决曲线钢轨的磨损，主要在于线路设计和采用润滑。目前，日、美、苏、西德等国都在轮、轨上采用润滑以降低磨损，这些国家不仅在曲线上采用润滑，而且在直线上也逐渐采用了润滑，例如，日本国有铁路的90%都使用了润滑剂。北美铁路协会（AAR）运输试验中心的FAST试验证明，小半径曲线钢轨用油充分润滑，与无润滑相比，磨损平均改善80倍，对轮缘的润滑可使磨损改善20倍以上。

国内外采用的轮轨润滑剂大致有两大类，一类为润滑油，另一类为润滑脂。由于轮轨的工况条件非常苛刻（除了轮轨间的相互作用外，还受气候的影响），油、脂类润滑剂虽然部分改善了轮轨的磨损，但在每平方厘米高达数吨的负荷以及刚性冲击、偏振、扭振、滑行等作用下，油脂类润滑剂难以形成良好的润滑油膜，即使形成油膜，也会很快被轮轨间的相互作用破坏。在夏季，日光又会使残留在钢轨上的油脂很快流失。同时稀油容易沾附砂粒。产生磨粒磨损，加速轮轨的磨损，而且，油脂类润滑剂的承载能力也较低，一般不超过3920N，例如USP3，262，679，GB，2，043，684A。因此，由于油脂类润滑剂本身的缺陷和使用工况条件之苛刻，油脂类润滑剂的使用遇到了困难，解决的方式往往是增加涂油的次数，显然这要增加费用，人们认为即使增加涂油的次数经济上还是可行的，也说明了轮轨润滑的必要性。

本发明的目的是提供一种适应铁路轮轨润滑的润滑剂-润滑成膜膏，它也可以适用于类似铁路轮轨工况条件的润滑，这种成膜膏应该具有低的摩擦系数，高承载能力，抗冲击，耐振动，减磨性能好，还应有再生和补充能力，可以在轮轨上形成良好的润滑膜，且这种成膜膏不随季节和气温的变化而影响其使用。

本发明的内容：

本发明提供的铁路轮轨润滑成膜膏以精制矿油为基础油，金属皂为稠化剂，并添加多种固体润滑剂、极压添加剂、摩擦成膜剂、增粘剂等，按科学配方，高温炼制而成。本发明的成膜膏采用油脂作起始润滑剂，利用固体润滑剂之间的协同效应。以及高聚物的摩擦聚合作用，使成膜膏在轮轨间的摩擦力和挤压作用下很快形成含有固体润滑剂和聚合物的固体润滑膜，这种固体润滑膜中的固体粒子（MoS₂、石墨、氮化硼等）可部分嵌入金属表面，而润滑成膜膏中的摩擦聚合物可使经摩擦定向的润滑剂粒子形成均匀连续的高强度固体润滑膜，复盖于摩擦表面上，这样，既降低了金属间的摩擦，又提高了其耐磨性。本发明的润滑成膜膏的另一特点是它在摩擦过程中可以不断形成新的润滑膜来补充被磨损掉的部分，因此它具有良好的耐磨寿命，尤其适用于类似铁路轮轨工况下的润滑。

本发明的润滑成膜膏的制备：

取基础油总量的约三分之一与硬脂酸置于反应釜中，加热至90℃左右，在不断搅拌下徐徐加入2.5mol的氢氧化锂水溶液，进行皂化，皂化完成后使反应物中游离碱保持在0.05-0.15%（重量），然后升温至145-155℃，加入剩余的基础油。当温度达到160-170℃时，加入二硫化钼等固体润滑剂，搅拌均匀，继续升温至190-210℃，从釜中放出反应物，冷却至约100℃，加入环氧树脂等增粘剂，摩擦成膜剂，极压添加剂等，搅匀，研磨。

本发明的润滑成膜膏组成中的基础油可选用中粘度的齿轮油、汽缸油或机械油，金属皂可选用锂皂、钠皂、钙皂、或复合皂，固体润滑剂为MoS₂、石墨、MCA（双氰胺-氰脲胺络合物）PTFE（聚四氟乙烯）、BN、PbO等，增粘剂为软化点小于50℃的中低分子量的环氧树脂或改性环氧树脂，摩擦成膜剂为Cu₂O、稀土氟化物、（NH₄）₂HPO₄、Sb₂O₃等，按重量计，基础油占50-68%，金属皂为6-15%，固体润滑剂6-31%，增粘剂2-8%，摩擦成膜剂3-10%。

本发明中各组份之间的比例可按表1所列的范围变化，这种变化以上述的比例关系为前提。本发明的润滑成膜膏的基本性能列于表2。（见表1、2）

与已有技术相比本发明的润滑成膜膏的突出特点是，具有良好的成膜性能，极高的承载能力和耐久的使用寿命。它在四球机上的烧结负荷大于7840N，而油脂类润滑剂一般不超过3920N，在Tinken试验机的环上涂抹一层成膜膏，在摩擦作用下很快形成一层固体润滑膜，这种膜有着600分钟以上的耐磨寿命，油脂类润滑剂须不断补充才能维持运行，这就是为什么要使轮轨保持良好的润滑，油脂类润滑剂需要增加涂抹次数的原因。本发明的成膜膏所形成的固体润滑膜可以在摩擦过程中被不断补充，而干膜润滑剂是不能补充的。

本发明的润滑成膜膏曾在陇海铁路某工务段管辖的四个300米小半径曲线上试用，试用结果列于表3。（见表3）

试验还表明，在曲线钢轨上刷涂一次润滑成膜膏，24小时后（每天通过64对列车，有一万多个车轮对成膜膏进行挤压和摩擦），仍有明显可见的固体润滑膜保持在轨距角上。在试验中，我们还发现一个有趣的现象，试验在铁路大桥两侧相临的呈S形的四个弯道上进行，成膜膏只涂在里边的两个弯道上，结果意外地发现未涂成膜膏的两个曲线钢轨的轨距角上也形成了固体润滑膜，原因是成膜膏被车轮携带所致，也说明了成膜膏的成膜能力。试验还表明，轮轨用本发明的成膜膏润滑，不仅可减少线路维护工作量，同时与油润滑相比，润滑剂费用可降低到50%以下。

实现本发明的方式和最佳实施例。

例1：

20份38＃汽缸油与8份硬脂酸置于反应釜中，升温至约90℃，待硬脂酸熔化后，在不断搅拌下徐徐加入约2.5mol的氢氧化锂水溶液进行皂化，氢氧化锂的加入量按皂化反应理论值过量0.5-0.18%计，待反应完成后升温至145-155℃，再加入45份38＃汽缸油，搅拌，升温至160-170℃加入12份MoS₃，3份MCA，7份石墨，2份PTFE，3份氟化铈，充分搅拌，继续升温至190-220℃，出釜，冷却至100℃左右，加入预热至约80℃的5份6101环氧树脂（双酚A型，环氧当量0.41～0.47，平均分子量～450、软化点12～20℃），4份氧化亚铜，搅匀，研磨，包装。

例2：

制备工艺同例1，配方中MoS₂10份，MCA5份，石墨8份，PTFE3份，环氧树脂4份，氧化亚铜3份，其余与例1相同。

例3：

70份24＃汽缸油，12羰基硬脂酸10份，MoS₂6份，石墨7份，MCA3份，PTFE2份，CeF₃2份，Cu₂O2份，6101＃环氧树脂8份，按例1的制备工艺。

例4：

将例1中6101＃环氧树脂改为637＃环氧树脂（双酚A型，环氧当量0.30-0.40，软化点20-35℃）CeF₃改为LaF₃，另加3份BN。

例5：

60份38＃汽缸油，9份硬脂酸，6份MoS₂14份石墨，10份MCA，3份PTFE，LaF₃4份，Cu₂O2份，Sb₂O₃1份，637＃环氧树脂3份，制备工艺同例1。

例6：

按例1的工艺和配方，将MoS₂减为8份，MCA增为5 份，PTFE变为4份。

例7：

基础油为24＃汽缸油，石墨10份，CeF₃1份，（NH₄）₂HPO₄2份，其余同例1。

例8：

38＃汽缸油72份，硬脂酸8份，4份MoS₂，10份石墨，7份MCA，1.5份PTFE，1份BN，CeF₃1份，Cu₂O2份，（NH₄）₂HPO₄1份，Sb₂O₃1份，637＃环氧树脂8份，按例1的制备工艺。

例9：

基础油为20＃机械油，硬脂酸14份，MoS₂8份，PTFE5份，Sb₂O₃2份，其余同例1。

本发明的最佳实施例为例1，各实施例中配方以重量份数计。

表1、轮轨润滑成膜膏各组份的比例范围

重量% 重量%

基础油 50-68 BN ＜5

硬脂酸 6-15 稀土氟化物 0.5-5

二硫化钼 3-14 Cu₂O 1-5

石墨 5-15 Sb₂O₃＜3

MCA 2-11 （NH₄）₂HPO₄＜3

PTFE 1-5 环氧树脂 2-8

表2、轮轨润滑成膜膏的基本性能

颜色滴点℃ 针入度游离碱%

黑色 201 214 0.10

D^40〔1〕 ₃₀烧结负荷^〔2〕

0.52（mm）＞7840（N）

摩擦系数^〔3〕耐磨性^〔3〕

0.05-0.18 648（分）

注（1）、四球试验机上于392N负荷下运转30分钟时球的磨痕直径;

（2）、吉山四球试验机上按GB-3142-82测得;

（3）、在Timken试验机上于41.9rad/s，133.5N，在环上将润滑成膜膏刷涂一薄层后测得。

表3、陇海路1524公里处小曲线弯道钢轨磨损量

半年磨损量（mm）

润滑油

侧面垂直面总量平均

轮轨润滑成膜膏 0.5 0 0.25

0.3 0.1 0.25

0.5 0 0.25

0.50

0.5 0 0.25

1.0 0.7 1.25

1.68 1.25 2.10

稀油 1.92

1.70 1.14 1.74

Claims

1、一种以矿油为基础油，金属皂为稠化剂的轮轨润滑成膜膏，其特征是由下述组份(重量%)的成份组成：固体润滑剂16～31%(其中二硫化钼3～14%、石墨5～15%，双氰胺-氰脲胺络合物2～11%、聚四氟乙烯1～5%、氮化硼0～5%)，增粘剂(软化点小于50℃的中低分子量的环氧树脂)2～8%、摩擦成膜剂3～10%(其中氧化亚铜1～5%，三氧化二锑0～3%，(NH₄)₂HPO₄0～3。、三氟化镧0～5%、三氟化铈0～5%)，金属皂6～15%，基础油矿油50～68%。

2、如权利要求1所述的轮轨润滑成膜，其特征是金属皂可用锂皂、钠皂、钙皂或复合皂。

3、如权利要求1所述的轮轨润滑成膜膏，其特征是基础油（矿油）可用齿轮油、汽缸油或机械油。