CN114540103B - 摩擦改进剂组合物及其应用和工业齿轮油 - Google Patents

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Abstract

本发明属于润滑油添加剂技术领域，具体涉及一种摩擦改进剂组合物及其应用和工业齿轮油。所述摩擦改进剂组合物以质量百分比计，包括：至少一种酯类摩擦改进剂15～50％、至少一种醇类摩擦改进剂15～45％、硫化脂肪油0～20％、至少一种可选的基础油10～70％。本发明提供的摩擦改进剂组合物能明显降低普通工业齿轮油的摩擦系数，减少磨损、改善润滑，并且具有良好的抗微点蚀性能，可作为一种有效的抗微点蚀润滑油添加剂，应用前景广阔。

Description

摩擦改进剂组合物及其应用和工业齿轮油
技术领域
本发明属于润滑油添加剂技术领域，具体涉及一种摩擦改进剂组合物及其应用和工业齿轮油。
背景技术
齿轮结构是机械设备最主要的一种传动机构，润滑油对于齿轮结构的正常运转必不可少。在实际工作条件下，齿轮接触面载荷较高，加之金属表面可能存在的加工缺陷，边界润滑和混合润滑状态是主要的润滑方式。在齿轮啮合过程中，由于两齿面微观结构的波峰发生直接接触，并在较高的接触及剪切应力和相对摩擦作用下，导致齿面局部温度升高，油膜或化学反应膜破裂，进而产生复杂的弹塑性变形，在此过程中也就产生了齿轮表面的微小裂纹、浅表凹坑(微点蚀)，并伴随材料转移和损失。齿轮长期运行中，当接触应力超过材料的接触疲劳强度时，会在齿轮表面或次表层产生疲劳裂纹或磨损，进而在齿轮表面呈现明显的凹坑(点蚀)。微点蚀和点蚀的出现、扩展，会导致齿轮的磨损，影响齿轮副的寿命。因此，需要润滑油具有良好的抗微点蚀性能，以提高齿轮装置的使用寿命和设备运行的可靠性。
摩擦改进剂是在边界和混合润滑条件下常用的润滑油添加剂，可在摩擦副表面产生物理或化学反应形成的保护膜，降低摩擦系数，减少摩擦表面的磨损。摩擦改进剂分子结构一般包括多个碳原子组成的直链和末端极性基团。溶于油中的极性有机化合物分子，通过强吸引力与接触表面的金属发生作用，极性头部基团吸附在金属表面，烃基尾部基团向外排列在润滑油中，摩擦改进剂分子有序、紧密排列成行，与金属表面垂直，形成多分子层保护膜。这种摩擦改进剂的吸附层难以压缩，但烃基链在摩擦接触的过程中，在剪切作用下发生倾斜或弯曲，所以能提供较低的摩擦系数。此外，在边界润滑和混合润滑条件下，接触表面容易产生高温，与摩擦改进剂分子反应形成化学键，进而形成有机金属化合物或配合物结构的化学反应膜。这种化学反应膜具有良好的剪切性能，被剪切后很容易得到补充，这样就在润滑表面形成保护膜的“动态平衡”。
美国专利US 2007/0225182 A1公开了一种具有改进特性的齿轮和动力传动液，其中所述摩擦改进剂混合物包括至少一种烷基膦酸二酯、一种烷基膦酸单酯和一种磷酸酯胺盐；所提供的摩擦改进剂可用于极压工况的汽车和机械工业，但未提及油品摩擦系数的改善效果。美国专利US 2008/0280794 A1公开了一种包含硫代磷酸胺盐摩擦改进剂的润滑油组合物，但亦未提及油品摩擦系数的改善效果。中国专利CN 101724491 A公开了一种摩擦改进剂，其制备方法包括将脂肪酸甘油酯与五硫化二磷反应，得到硫磷酸产物，然后将硫磷酸产物与氧化锌和/或氢氧化锌反应；所提供的摩擦改进剂解决了T405与ZDDP复配的问题，但配方中存在金属元素锌，容易造成环境污染，不符合无灰齿轮油的发展趋势。中国专利CN1570048 A公开了一种节能环保润滑油，其包含的摩擦改进剂为硫化二烃基二硫代磷酸盐(S-MDTP)或二烃基二硫代磷酸盐(MDTP)和二烃基二硫代氨基甲酸钼(MoDTC)的复合物，所提供的润滑油主要用于汽车发动机，未提及可用于工业齿轮油。
发明内容
为改善目前工业齿轮油抗微点蚀性能方面的缺陷，寻找一种更加适用于工业齿轮油的摩擦改进剂，本发明的目的是提供一种摩擦改进剂组合物。
本发明的另一目的是提供上述摩擦改进剂组合物在工业齿轮油中的应用。
本发明还有一个目的是提供一种含有上述摩擦改进剂组合物的工业齿轮油。
具体来说，本发明提供了如下技术方案：
一种摩擦改进剂组合物，以质量百分比计，包括：
Figure BDA0002796754160000031
优选地，上述摩擦改进剂组合物中，以质量百分比计，包括：
Figure BDA0002796754160000032
优选地，上述摩擦改进剂组合物中，所述基础油为石蜡基基础油、环烷基基础油、聚亚烷基二醇、多元醇酯、双酯、复合酯中的一种或几种的混合物；更优选为石蜡基基础油。
优选地，上述摩擦改进剂组合物中，所述酯类摩擦改进剂为硫化三甘油酯、硫磷复合型磷酸酯、氮硼酸酯、长链烷基磷酸酯、烷基亚磷酸酯中的一种或几种的混合物；更优选为长链烷基磷酸酯和/或烷基亚磷酸酯。
优选地，上述摩擦改进剂组合物中，所述长链烷基磷酸酯具有如下式(I)所示的结构：
Figure BDA0002796754160000033
其中，R1为C12-C22的直链烷烃；
和/或，所述烷基亚磷酸酯具有如下式(II)所示的结构：
Figure BDA0002796754160000041
其中，R2、R3、R4相同或不同，各自独立地选自C2-C18的直链烷烃。
优选地，上述摩擦改进剂组合物中，所述醇类摩擦改进剂为支链烷基醇、辛醇、癸醇、月桂醇、油醇中的一种或几种的混合物；更优选为支链烷基醇和/或油醇
优选地，上述摩擦改进剂组合物中，所述支链烷基醇具有如下式(III)所示的结构：
Figure BDA0002796754160000042
其中，R5为C1-C4的直链亚烷烃，R6为C1-C4的直链烷烃，R7为C3-C8的直链烷烃。
本发明还提供了一种上述摩擦改进剂组合物的制备方法，其包括以下步骤：将酯类摩擦改进剂、醇类摩擦改进剂和基础油按比例量混合，在50～90℃的温度下，搅拌均匀即可，其中，加料顺序无特别限定。
本发明提供的摩擦改进剂组合物可明显改善润滑油的摩擦性能，降低摩擦系数，因此，本发明还提供了以上技术方案任一项所述的摩擦改进剂组合物作为工业齿轮油添加剂在工业齿轮油中的应用。
优选地，上述应用中，所述工业齿轮油为工业闭式齿轮油；更优选地，所述工业齿轮油为L-CKD工业闭式齿轮油。
本发明还提供了一种工业齿轮油，以质量百分比计，包括0.05～1.0％以上技术方案任一项所述的摩擦改进剂组合物。
优选地，上述工业齿轮油中，以质量百分比计，包括0.1～0.5％以上技术方案任一项所述的摩擦改进剂组合物。
现有的L-CKD工业闭式齿轮油抗微点蚀性能差，重载运行的设备存在齿面过早损坏的风险。本发明提供的摩擦改进剂组合物中，摩擦改进剂分子可在齿轮副表面形成定向排列的多分子层，从而达到减摩的作用，能够有效保护齿轮副表面，减少微点蚀现象的发生。
本发明涉及的摩擦改进剂组合物具有以下显著优点：
(1)本发明的摩擦改进剂组合物能明显降低摩擦系数，改善润滑油的抗微点蚀性能，尤其适用于工业闭式齿轮油中。
(2)本发明的摩擦改进剂组合物不含固体添加剂和其他金属元素，储存稳定性好。
(3)本发明的摩擦改进剂组合物在I类、II类和合成基础油中都具有很好的溶解性和稳定性，同时制备过程简便。包含所述摩擦改进剂组合物的工业齿轮油，摩擦系数明显降低，抗微点蚀性能得到有效改善。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。若未特别指明，实施例中所用的试剂均为常规市售试剂，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。
工业齿轮油的抗微点蚀性能测试采用
Figure BDA0002796754160000051
4摩擦磨损试验机和MPR微点蚀试验机进行模拟评定。
Figure BDA0002796754160000052
4型摩擦磨损试验机是德国OPTIMOL公司生产的一种用途广泛的摩擦、磨损试验机及润滑油、添加剂性能评定装置，可用于对材料在室温或高温、有润滑或干摩擦条件下的摩擦磨损性能的测试，或对润滑介质的承载能力、高温减摩性能进行评定。MPR微点蚀试验机是由英国PCS Instruments公司生产的试验设备，是专门用来在特定的模拟试验条件下产生微点蚀或点蚀的试验机，尤其适合于模拟齿轮、滚动轴承运动部件的接触情况。该仪器通过计算机控制，可以自动控制速度、滑滚比、温度和载荷，可用于研究润滑油组成对点蚀、微点蚀的影响，或开展其他类型的疲劳载荷试验。
实施例1～5
本发明实施例1～5中所述的摩擦改进剂组合物所采用的组分的质量百分比见表1。
将实施例1～5所述的摩擦改进剂组合物按照0.3％质量百分比加入到市场上常用的工业闭式齿轮油(L-CKD 320工业闭式齿轮油GB 5903)中，搅拌混合均匀得到实施例1～5的工业齿轮油。
表1实施例1～5的摩擦改进剂组合物采用的组分质量百分比
Figure BDA0002796754160000061
比较例1
比较例1为市场上常用的工业闭式齿轮油(L-CKD 320工业闭式齿轮油GB 5903)
比较例2
比较例2的工业齿轮油为将硬脂酸摩擦改进剂按照0.3％的质量百分比加入到市场上常用的工业闭式齿轮油(L-CKD 320工业闭式齿轮油GB 5903)中，搅拌混合均匀得到。
实施例1～5与比较例1～2的工业齿轮油测试结果见表2。
表2实施例1～3与比较例1～2的工业齿轮油的测试结果
Figure BDA0002796754160000071
表2的SRV结果表明，在试验过程中，实施例1～5的摩擦系数与比较例1～2相比明显降低。从表2的MPR结果可以看出，实施例1～5试验后辊子的失重明显低于比较例1～2，辊子宽度变化也低于比较例1～2。结合以上的分析，本发明提供的摩擦改进剂表现出良好的减摩性能和抗微点蚀性能。
虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对其作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (11)

1.一种用于改善抗微点蚀性能的摩擦改进剂组合物，其特征在于，以质量百分比计，包括：
至少一种酯类摩擦改进剂：             15～50%；
至少一种醇类摩擦改进剂：             15～45%；
硫化脂肪油：                         0～20%；
至少一种基础油：                     10～70%；
所述酯类摩擦改进剂为长链烷基磷酸酯和/或烷基亚磷酸酯；
所述醇类摩擦改进剂为支链烷基醇和/或油醇。
2.根据权利要求1所述的用于改善抗微点蚀性能的摩擦改进剂组合物，其特征在于，以质量百分比计，包括：
至少一种酯类摩擦改进剂：             40～45%；
至少一种醇类摩擦改进剂：             38～42%；
硫化脂肪油：                         0～5%；
至少一种基础油：                     15～20%。
3.根据权利要求1或2所述的用于改善抗微点蚀性能的摩擦改进剂组合物，其特征在于，所述基础油为石蜡基基础油、环烷基基础油、聚亚烷基二醇、多元醇酯、双酯、复合酯中的一种或几种的混合物。
4.根据权利要求3所述的用于改善抗微点蚀性能的摩擦改进剂组合物，其特征在于，所述基础油为石蜡基基础油。
5.根据权利要求1所述的用于改善抗微点蚀性能的摩擦改进剂组合物，其特征在于，所述长链烷基磷酸酯具有如下式（I）所示的结构：
；
其中，R1为C12-C22的直链烷烃；
和/或，所述烷基亚磷酸酯具有如下式（II）所示的结构：
；
其中，R2、R3、R4相同或不同，各自独立地选自C2-C18的直链烷烃。
6.根据权利要求1所述的用于改善抗微点蚀性能的摩擦改进剂组合物，其特征在于，所述支链烷基醇具有如下式（III）所示的结构：
；
其中，R5为C1-C4的直链亚烷烃，R6为C1-C4的直链烷烃，R7为C3-C8的直链烷烃。
7.权利要求1-6任一项所述的用于改善抗微点蚀性能的摩擦改进剂组合物在工业齿轮油中的应用。
8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述工业齿轮油为工业闭式齿轮油。
9.一种工业齿轮油，其特征在于，以质量百分比计，包括0.05～1.0%权利要求1-6任一项所述的用于改善抗微点蚀性能的摩擦改进剂组合物。
10.根据权利要求9所述的工业齿轮油，其特征在于，以质量百分比计，包括0.1～0.5%权利要求1-6任一项所述的用于改善抗微点蚀性能的摩擦改进剂组合物。
11.根据权利要求9或10所述的工业齿轮油，其特征在于，所述工业齿轮油为工业闭式齿轮油。
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