CN103740444A

CN103740444A - 齿轮油组合物及其用途

Info

Publication number: CN103740444A
Application number: CN201210353675.5A
Authority: CN
Inventors: 何晓瑛; 俞巧珍; 周霞; 晏金灿; 益梅蓉; 涂劲松; 孔吉霞
Original assignee: China Petroleum and Chemical Corp
Current assignee: China Petroleum and Chemical Corp
Priority date: 2012-09-20
Filing date: 2012-09-20
Publication date: 2014-04-23
Anticipated expiration: 2032-09-20
Also published as: CN103740444B

Abstract

本发明涉及一种齿轮油组合物及其用途，主要解决现有技术的工业齿轮油的极压性能不能满足部分冶金行业使用要求，造成了齿轮异常磨损；同时油品的氧化安定性较差的问题。本发明通过采用以重量份数计包含以下组份：a）100份矿物基础油；b）0.1～10.0份极压抗磨剂；c）0.01～2.0份抗氧剂；d）0.01～0.5份金属减活剂；e）0.01～1.5份油性剂；所述极压抗磨剂为硫化异丁烯与选自硫化烯烃、苯基硫化物、硫化脂肪酸酯或硫代磷酸复酯胺盐中至少一种的混合物；所述抗氧剂选自2，6-二叔丁基对甲酚、3，5－二叔丁基－4－羟基苯基丙烯酸酯、四[β(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、N-苯基-α-萘胺或烷基化二苯胺中的至少一种的技术方案较好的解决了该问题，可用于齿轮油组合物的工业生产中。

Description

齿轮油组合物及其用途

技术领域

本发明涉及一种齿轮油组合物及其用途。

背景技术

齿轮油用于各种齿轮传动装置以防止齿面磨损、擦伤、烧结等，延长其使用寿命，提高传递功率效率，减少功率损失。由于齿轮负荷一般都在490MPa以上，而双曲线齿面负荷更高达2942MPa。为防止油膜破裂造成齿面磨损和擦伤，在齿轮油中常加入极压抗磨剂，普遍采用硫-磷或硫-磷-氮型添加剂。齿轮油除了应具有良好的抗磨、耐负荷性能和合适的黏度，还应具有良好的热氧化安定性、抗泡性、水分离性能和防锈性能。

钢铁冶金行业使用的齿轮设备普遍存在工作负荷高，长时间超负荷运行，冷却水易混入齿轮设备等情况，因此对使用的工业齿轮油提出了更高要求，如要求齿轮油的极压性能（Timken OK负荷值达到289N以上，烧结负荷达到4900N以上）、氧化安定性（旋转氧弹值(150℃)达到200min以上等要求。

目前常用的工业齿轮油主要满足ISO12925-1：1996（2001）、AGMA9005-E02、USS 224、GB5903-2011等标准中的L-CKC中负荷工业齿轮油、极压（EP）齿轮油（即L-CKD重负荷工业齿轮油）等产品质量要求。其中，L-CKC工业齿轮油中要求产品的Timken OK负荷值达到200N以上，烧结负荷达到2450N以上，对旋转氧弹值没有要求；L-CKD工业齿轮油中要求产品的Timken OK负荷值达到267N以上，烧结负荷达到2450N以上，对旋转氧弹值没有要求。因此，上述常规的L-CKC中负荷工业齿轮油或L-CKD重负荷工业齿轮油均不能满足钢铁冶金部分特殊工况的较高要求。

通过国内外专利及文献查询，发现一些通用工业齿轮油添加剂，例如专利CN200410071109.0和CN102365354都涉及到一种通用齿轮油组合物，但仅适用于中低载荷齿轮油中。专利CN201110452894.4和CN90104292都涉及到一种极压工业齿轮油的组合物，但其Timken OK负荷值最高仅为200N。雅富顿公司专利EP1669436和US2006122073都涉及到一种抗氧化的齿轮油组合物，但也仅适用于中低负荷工业齿轮油。

发明内容

本发明所要解决的技术问题之一是现有技术的工业齿轮油的极压性能不能满足部分冶金行业使用要求，造成了齿轮异常磨损；同时油品的氧化安定性较差（旋转氧弹值较低）的问题，提供一种新的高负荷工业齿轮润滑油组合物。本发明所要解决的技术问题之二是提供一种所述齿轮油组合物的用途。该组合物具有较高的极压抗磨性和优良的氧化安定性，可适用于高负荷场合，尤其适用于钢铁冶金等特殊工况。

为解决上述技术问题之一，本发明采用的技术方案如下：一种齿轮油组合物，以重量份数计包含以下组份：

a）100份矿物基础油；

b）0.1～10.0份极压抗磨剂；

c）0.01～2.0份抗氧剂；

d）0.01～0.5份金属减活剂；

e）0.01～1.5份油性剂；

所述极压抗磨剂为硫化异丁烯与选自硫化烯烃、苯基硫化物、硫化脂肪酸酯或硫代磷酸复酯胺盐中至少一种的混合物；混合物中，硫化异丁烯与选自硫化烯烃、苯基硫化物、硫化脂肪酸酯或硫代磷酸复酯胺盐中至少一种的重量比为1：(0.1～1.0)；

所述抗氧剂选自2，6-二叔丁基对甲酚、3，5-二叔丁基-4-羟基苯基丙烯酸酯、四[β(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、N-苯基-α-萘胺或烷基化二苯胺中的至少一种。

上述技术方案中，极压抗磨计的用量优选范围为0.5～6.0份，抗氧剂的用量优选范围为0.05～1.2份，金属减活剂的用量优选范围为0.02～0.3份，油性剂的用量优选范围为0.03～0.8份。硫化异丁烯与选自硫化烯烃、苯基硫化物、硫化脂肪酸酯或硫代磷酸复酯胺盐中至少一种的重量比优选范围为1：(0.1～0.8)。所述极压抗磨剂优选方案之一为硫化异丁烯与硫代磷酸复酯胺盐的混合物；所述混合物中，硫化异丁烯与硫代磷酸复酯胺盐的重量比为1：（0.1～0.6）。所述极压抗磨剂优选方案之二为硫化异丁烯、硫代磷酸复酯胺盐和硫化脂肪酸酯的混合物；所述混合物中，硫化异丁烯、硫代磷酸复酯胺盐和硫化脂肪酸酯的重量比为1：（0.1～0.6）：（0.05～0.4）。所述抗氧剂优选方案为烷基化二苯胺和选自2，6-二叔丁基对甲酚、3，5-二叔丁基-4-羟基苯基丙烯酸酯、四[β(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯或N-苯基-α-萘胺中的至少一种的混合物；混合物中，烷基化二苯胺和选自2，6-二叔丁基对甲酚、3，5-二叔丁基-4-羟基苯基丙烯酸酯、四[β(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯或N-苯基-α-萘胺中的至少一种的重量比为1：（0.05～1）。所述抗氧剂更优选方案为烷基化二苯胺和3，5-二叔丁基-4-羟基苯基丙烯酸酯的混合物；混合物中，烷基化二苯胺和3，5-二叔丁基-4-羟基苯基丙烯酸酯的重量比为1：（0.1～0.6）。所述矿物基础油优选方案为选自溶剂精制基础油或加氢矿物基础油中的至少一种，黏度指数大于90。所述金属减活剂优选方案为选自苯三唑衍生物或噻二唑衍生物中的至少一种；其中，所述苯三唑衍生物优选方案为选自N,N-二丁基氨基亚甲基-烷基苯三唑或苯三唑、醛和胺缩合物中的至少一种；所述噻二唑衍生物优选方案为选自2,5-二巯基-1,3,4-噻二唑衍生物、2,5-二巯基-1,3,4-噻二唑衍生物或二正辛基二硫混合物中的至少一种。所述油性剂优选方案为选自烷基硫代磷酸盐或苯三唑十八胺盐中的至少一种。

本发明组合物的一个优选方案为所述组合物中还包括选自防锈剂或抗乳化剂中的至少一种。以重量份数计，防锈剂的用量为0.01～1.0份，优选范围为0.02～0.5份；抗乳化剂的用量为0.001～0.2份，优选范围为0.002～0.08份。所述防锈剂选自石油磺酸钙、十二烯基丁二酸或烯基丁二酸半酯中的至少一种。所述抗乳化剂选自环氧聚合物、聚醚类或磷酸三甲酚酯中的至少一种。

本发明组合物的另一个优选方案为所述组合物中还包括选自抗泡剂、黏度指数改进剂或降凝剂中的至少一种。以重量份数计，抗泡剂的用量为0.001～0.1份，优选范围为0.005～0.05份；黏度指数改进剂的用量为0.1～5.0份，优选范围为0.3～3.0份；降凝剂的用量为0.1～5.0份，优选范围为0.1～1.5份。所述抗泡剂选自甲基硅油、乙基硅油或丙烯酸酯与醚共聚物中的至少一种。所述黏度指数改进剂选自聚甲基丙烯酸酯或聚异丁烯中至少一种。所述降凝剂选自烷基萘、聚α-烯烃或聚丙烯酸酯中的至少一种。

本发明的齿轮油组合物的制备方法为：将所需量的抗氧剂、金属减活剂、油性剂、防锈剂、抗乳化剂、黏度指数改进剂、降凝剂、抗泡剂在50～80℃温度下加入基础油中，搅拌0.5～2小时，使其全部溶解；将温度控制在45～65℃下将极压抗磨剂加入到上述混合物中即可得到本发明的组合物。

为解决上述技术问题之二，本发明采用的技术方案如下：所述的齿轮油组合物用于齿轮传动装置的润滑。其中所述齿轮油组合物的组份、重量份数以及优选范围与解决技术问题之一所采取的技术方案中的相同。

本发明采用以下各种试验方法来对所述齿轮油组合物的性能进行评定，其中有润滑油极压性能测定法（GB/T3142），润滑液极压性能测定法（梯姆肯Timken法）（GB/T11144），润滑油氧化安定性的测定旋转氧弹法（SH/T1093），润滑油抗磨性能测定法（SH/T0189），润滑剂抗乳化性能测定法（GB/T8022或ASTM D2711），加抑制剂矿物油在水存在下防锈试验法（GB/T11143或ASTM D665），石油产品铜片腐蚀试验法（GB/T5906或ASTM D130）。

本发明采用了对极压抗磨剂、抗氧剂、金属减活剂和油性剂进行适当组合和筛选。所述极压抗磨剂为硫化异丁烯与选自硫化烯烃、苯基硫化物、硫化脂肪酸酯或硫代磷酸复酯胺盐中至少一种的混合物。所述抗氧剂选自2，6-二叔丁基对甲酚、3，5－二叔丁基－4－羟基苯基丙烯酸酯、四[β(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、N-苯基-α-萘胺或烷基化二苯胺中的至少一种。充分利用了各组份的协同作用，使得组合物能够具有优良的极压抗磨性（采用润滑油极压性能测定法（GB/T3142）方法测试的烧结负荷不小于4900N，采用润滑液极压性能测定法（梯姆肯Timken法）（GB/T11144）方法测试的Timken OK负荷不小于289N，采用润滑油极压性能测定法（GB/T3142）方法测试的综合磨损指数ZMZ不小于441N，采用润滑油抗磨性能测定法（SH/T0189）测定的磨斑直径不大于0.35mm），优良的氧化安定性（采用润滑油氧化安定性的测定旋转氧弹法（SH/T1093）测试的氧化安定性不低于200min）；同时，组合还具有优良的抗乳化性、防锈防腐性，取得了较好的技术效果。

下面通过实施例对本发明作进一步的阐述。

具体实施方式

【实施例1～6】

按照表1中的重量份数，分别称取所需量的抗氧剂、金属减活剂、油性剂、防锈剂、抗乳化剂、抗泡剂、黏度指数改进剂和降凝剂加入至基础油（220黏度等级）中，在70℃下加热搅拌至完全均匀，然后降低温度至60℃下加入极压抗磨剂，搅拌至完全均匀得到所述高负荷工业齿轮油组合物。组合物中各组份的种类及用量，具体见表1。

其中T321为硫化异丁烯；T307为硫代磷酸复酯胺盐；T406为苯三唑十八胺盐；T501为2，6-二叔丁基对甲酚；T512为3，5-二叔丁基-4-羟基苯基丙烯酸酯；T531为N-苯基-α-萘胺；T534为烷基化二苯胺；T552为苯三唑、醛和胺缩合物；T561为2,5-二巯基－1,3,4-噻二唑衍生物；T747A为烯基丁二酸半酯，T803B为聚α-烯烃；JINEX6240为聚异丁烯（锦州精联润滑油添加剂公司生产）；T921为丙烯酸酯与醚共聚物；T602为聚甲基丙烯酸酯。

【实施例7】

对【实施例1～6】中的组合物的极压抗磨性能（Timken OK负荷值、综合磨损指数（ZMZ）、烧结负荷、磨斑直径）、氧化安定性（旋转氧弹值）、抗乳化性、抗腐蚀性（铜片腐蚀）、防锈性（液相锈蚀B法）进行测试，试验结果见表2。

极压抗磨性是齿轮油最重要的性能之一。对【实施例1～6】中各组合物进行了Timken OK负荷值、综合磨损指数（ZMZ）、烧结负荷、磨斑直径等指标进行了测试。其中，由于Timken OK负荷值试验费用昂贵，因此在试验中一般多测试综合磨损指数（ZMZ）、烧结负荷、磨斑直径等三个指标。Timken OK负荷值、综合磨损指数（ZMZ）、烧结负荷等值越大，说明齿轮油极压性能越好；而磨斑直径则是越小说明油品的极压性能越好。【实施例1～6】中各组合物的极压抗磨性能中综合磨损指数均大于441N，烧结负荷均大于4900N，磨斑直径均不大于0.35mm，且【实施例3～6】中各组合物的Timken OK负荷值均不小于289N，说明各组合物可以同时满足GB5903-2011标准及冶金行业特殊要求。比较而言，各组合物综合磨损指数（ZMZ）优劣依次为：【实施例5】＞【实施例6】＞【实施例4】＞【实施例3】＞【实施例2】＞【实施例1】；各组合物磨斑直径优劣依次为：【实施例5】＞【实施例6】＞【实施例4】＞【实施例3】＞【实施例2】＞【实施例1】；各组合物烧结负荷优劣依次为：【实施例5】＞【实施例6】＞【实施例4】＝【实施例3】＝【实施例2】＝【实施例1】；各组合物的Timken OK负荷值的优劣依次为【实施例5】＞【实施例6】＞【实施例4】＝【实施例3】。因此，综合上述评价齿轮油极压抗磨性能的4项指标情况，各组合物的极压性能优劣依次为：【实施例5】＞【实施例6】＞【实施例4】＞【实施例3】＞【实施例2】＞【实施例1】。

利用旋转氧弹法可以对油品的氧化安定性进行测试。一般了来说，油品的旋转氧弹值越大，说明其氧化安定性越好。对【实施例1～6】各组合物的氧化安定性（旋转氧弹值）的测试数据见表2。比较而言，各组合物的氧化安定性（旋转氧弹值）的优劣依次为：【实施例5】＞【实施例4】＞【实施例6】＞【实施例3】≈【实施例2】≈【实施例1】。

此外，对【实施例3】、【实施例4】、【实施6】中各组合物进行了抗乳化性试验，结果显示各组合物的抗乳化性能均能满足GB5903-2011标准及冶金行业特殊要求；对【实施例3～6】中各组合物的抗腐蚀性（铜片腐蚀）、防锈性（液相锈蚀B法）进行测试，结果显示各组合物的抗腐蚀性（铜片腐蚀）、防锈性（液相锈蚀B法）均能满足GB5903-2011标准及冶金行业特殊要求。

【比较例1～4】

按照表1中的【比较例1～4】中的重量份数，按分别称取所需量的抗氧剂、金属减活剂、油性剂、防锈剂、和降凝剂加入至基础油（220黏度等级）中，在70℃下加热搅拌至完全均匀，然后降低温度至60℃下加入各极压抗磨剂，搅拌至完全均匀得到【比较例1～4】所述齿轮油组合物。【比较例1～4】组合物中各组份的种类及用量见表1。

【比较例5】

对【比较例1～4】中的组合物的极压抗磨性能（综合磨损指数（ZMZ）、烧结负荷、磨斑直径）进行测试，试验结果见表2。

与【实施例1～6】相比，【比较例1～4】各组合物的磨斑直径均大于0.35mm，不能满足GB5093-2011标准质量要求及冶金行业特殊要求；各组合物的综合磨损指数（ZMZ）、烧结负荷可以满足B5093-2011标准质量要求，但不能满足冶金行业特殊要求。

综合上述对【实施例1～6】和【比较例1～4】中各组合物的极压抗磨性以及对【实施例1～6】的氧化安定性（旋转氧弹法）、抗乳化性、抗腐蚀性（铜片腐蚀）、防锈性（液相锈蚀B法）等的测试结果，说明了本发明组合物具有优良的极压抗磨性（采用润滑油极压性能测定法（GB/T3142）方法测试的烧结负荷不小于4900N，采用润滑液极压性能测定法（梯姆肯Timken法）（GB/T11144）方法测试的Timken OK负荷不小于289N，采用润滑油极压性能测定法（GB/T3142）方法测试的综合磨损指数ZMZ不小于441N，采用润滑油抗磨性能测定法（SH/T0189）测定的磨斑直径不大于0.35mm），优良的氧化安定性（采用润滑油氧化安定性的测定旋转氧弹法（SH/T1093）测试的氧化安定性不低于200min）；同时，组合还具有优良的抗乳化性、防锈防腐性，

表1

表2

Claims

1.一种齿轮油组合物，以重量份数计包含以下组份：

a）100份矿物基础油；

b）0.1～10.0份极压抗磨剂；

c）0.01～2.0份抗氧剂；

d）0.01～0.5份金属减活剂；

e）0.01～1.5份油性剂；

所述极压抗磨剂为硫化异丁烯与选自硫化烯烃、苯基硫化物、硫化脂肪酸酯或硫代磷酸复酯胺盐中至少一种的混合物；混合物中，硫化异丁烯与选自硫化烯烃、苯基硫化物、硫化脂肪酸酯或硫代磷酸复酯胺盐中至少一种的重量比为1：(0.1~1.0)；

所述抗氧剂选自2，6-二叔丁基对甲酚、3，5-二叔丁基-4-羟基苯基丙烯酸酯、四[β(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基) 丙酸]季戊四醇酯、N-苯基-α-萘胺或烷基化二苯胺中的至少一种。

2.根据权利要求1所述的齿轮油组合物，其特征在于以重量份数计，极压抗磨剂的用量为0.5～6.0份，抗氧剂的用量为0.05～1.2份，金属减活剂的用量为0.02～0.3份，油性剂的用量为0.03～0.8份；硫化异丁烯与选自硫化烯烃、苯基硫化物、硫化脂肪酸酯或硫代磷酸复酯胺盐中至少一种的重量比为1：(0.1~0.8 )。

3.根据权利要求1所述的齿轮油组合物，其特征在于所述极压抗磨剂为硫化异丁烯与硫代磷酸复酯胺盐的混合物；所述混合物中，硫化异丁烯与硫代磷酸复酯胺盐的重量比为 1：（0.1 ~0. 6）。

4.根据权利要求1所述的齿轮油组合物，其特征在于所述极压抗磨剂为硫化异丁烯、硫代磷酸复酯胺盐和硫化脂肪酸酯的混合物；所述混合物中，硫化异丁烯、硫代磷酸复酯胺盐和硫化脂肪酸酯的重量比为1：（0.1~0.6）：（0.05~0.4）。

5.根据权利要求1所述的齿轮油组合物，其特征在于所述抗氧剂为烷基化二苯胺和选自2，6-二叔丁基对甲酚、3，5-二叔丁基-4-羟基苯基丙烯酸酯、四[β(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基) 丙酸]季戊四醇酯或N-苯基-α-萘胺中的至少一种的混合物；混合物中，烷基化二苯胺和选自2，6-二叔丁基对甲酚、3，5-二叔丁基-4-羟基苯基丙烯酸酯、四[β(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基) 丙酸]季戊四醇酯或N-苯基-α-萘胺中的至少一种的重量比为1：（0.05~1.0）。

6.根据权利要求5所述的齿轮油组合物，其特征在于所述抗氧剂为烷基化二苯胺和3，5-二叔丁基-4-羟基苯基丙烯酸酯的混合物；混合物中，烷基化二苯胺和3，5-二叔丁基-4-羟基苯基丙烯酸酯的重量比为1：（0.1~0.6）。

7.根据权利要求1所述的齿轮油组合物，其特征在于所述矿物基础油选自溶剂精制基础油或加氢矿物基础油中的至少一种，黏度指数大于90；

所述金属减活剂选自苯三唑衍生物或噻二唑衍生物中的至少一种；其中，所述苯三唑衍生物选自N,N-二丁基氨基亚甲基-烷基苯三唑或苯三唑、醛和胺缩合物中的至少一种；所述噻二唑衍生物选自2,5-二巯基-1,3,4-噻二唑衍生物、2,5-二巯基-1,3,4-噻二唑衍生物或二正辛基二硫混合物中的至少一种；

所述油性剂选自烷基硫代磷酸盐或苯三唑十八胺盐中的至少一种。

8.根据权利要求1所述的齿轮油组合物，其特征在于所述组合物中还包括选自防锈剂或抗乳化剂中的至少一种；以重量份数计，防锈剂的用量为0.01~1.0份，抗乳化剂的用量为0.001～0.2份；其中，所述防锈剂选自石油磺酸钙、十二烯基丁二酸或烯基丁二酸半酯中的至少一种，所述抗乳化剂选自环氧聚合物、聚醚类或磷酸三甲酚酯中的至少一种。

9.根据权利要求1所述的齿轮油组合物，其特征在于所述组合物中还包括选自抗泡剂、黏度指数改进剂或降凝剂中的至少一种；以重量份数计，抗泡剂的用量为0.001~0.1份，黏度指数改进剂的用量为0.1～5.0份，降凝剂的用量为0.1~5.0份；所述抗泡剂选自甲基硅油、乙基硅油或丙烯酸酯与醚共聚物中的至少一种，所述黏度指数改进剂选自聚甲基丙烯酸酯或聚异丁烯中至少一种，所述降凝剂选自烷基萘、聚α-烯烃或聚丙烯酸酯中的至少一种。

10.权利要求1~9任一所述的齿轮油组合物用于齿轮传动装置的润滑。