DE69334137T2 - Verbesserte schmierung durch mischung von borsäure mit ölen und fetten - Google Patents

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Description

  • Diese Erfindung ist auf ein verbessertes Schmiermittel gerichtet, das aus einem Gemisch aus Borsäure und Öl oder Fett oder einem anderen derartigen Grundschmiermittel zubereitet ist. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Gemisch, das Borsäureteilchen in einem Gemisch und/oder einer Suspension mit einer speziellen Spannweite von Teilchengrößen und -mengen enthält. Schmiermittel haben eine wichtige Funktion bei der Erhaltung von Maschinenkomponenten und der Verlängerung von Maschinenbetriebszeiten. Die Optimierung von Schmiermitteleigenschaften ist ein Hauptziel geblieben, da Maschinen unter anspruchsvolleren und schwierigeren Bedingungen in Verbindung mit erhöhter Effizienz und Leistung betrieben werden. Zahlreiche Zusätze sind entwickelt worden, aber es bleibt noch viel zu tun, um die erhöhten Anforderungen zu erfüllen, die jetzt an Schmiermittel gestellt werden.
  • Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Schmiermittel bereitzustellen.
  • Es ist eine andere Aufgabe der Erfindung, einen neuartigen Schmiermittelzusatz bereitzustellen.
  • Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten Feststoff-Schmiermittelzusatz bereitzustellen.
  • Es ist eine zusätzliche Aufgabe der Erfindung, ein neuartiges Schmiermittel aus Borsäurefeststoffen bereitzustellen, die in einem Grundschmiermittel dispergiert sind.
  • Es ist noch eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Schmierung von Keramik- und/oder Metallkomponenten unter Verwendung einer Borsäure, die in einem Grundschmiermittel dispergiert ist, bereitzustellen.
  • Es ist noch eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein neuartiges multifunktionales Schmiermittel bereitzustellen, das Borsäure- und Polymer-Festkörperzusätze zu einem Grundschmiermittel aufweist.
  • Es ist außerdem eine zusätzliche Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Festkörperschmiermittel und Verfahren zur Verwendung für ein Borsäure/Polymer-Gemisch bereitzustellen.
  • Gemäß der Erfindung umfasst eine schmierende Zusammensetzung eine stabile Dispersion aus mindestens 0,1 Gew.-% eines im Wesentlichen geschichteten kristallinen Festkörper-Borsäurezusatzes, der eine Partikelgröße von 0,2 bis 40 Mikrometer hat, und einem Grundschmiermittel.
  • Die schmierende Zusammensetzung umfasst vorzugsweise 10 bis 50 Gew.-% Festkörper-Borsäurezusatz.
  • Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung wenden aus der nachstehend bereitgestellten Beschreibung zusammen mit den beigefügten Ansprüchen ersichtlich.
  • Ausführliche Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung nimmt ein Zusatz zu einem Grundschmiermittel die Form einer Dispersion von Borsäure oder Borsäure bildendem Boroxid an. Borsäurepulver sind von US Borax Co. aus Los Angeles, CA erhältlich. Das resultierende Schmiermittel mit der Borsäuredispersion darin nutzt die Niedrigreibungseigenschaften von Borsäure bei Suspension in Schmiermitteln. Beispiele für Grundschmiermittel sind Öle, wie etwa Öle auf Erdölbasis, synthetische Öle, Mineralöle, Öle auf Kohlenwasserstoffbasis und Silikonöle oder andere geeignete Schmiermittel, die nicht mit Borsäure reagieren. Unerwünschte Reaktionen können beispielsweise die Zerstörung oder wesentliche Störung der ge schichteten Kristallstruktur von Borsäure einschließen. Ohne den Umfang der Erfindung zu beschränken, wird angenommen, dass die Borsäureteilchen unter hohem Druck und Reibungskraftschluss mit lasttragenden Oberflächen Wechselwirken, um hervorragende Elastizität und Belastbarkeit bereitzustellen. Die Schichtstruktur von kristallinen Borsäureteilchen kann mit relativer Leichtigkeit übereinander gleiten und kann Reibung und Verschleiß verringern.
  • Bei dieser Erfindung ist Borsäure insbesondere nützlich für Systeme, die bei Temperaturen bis zu etwa 170°C laufen. Die Borsäure ist dann als eine Komponente in Grundschmiermitteln dispergiert, wobei das Ergebnis eine im Wesentlichen verbesserte Leistung für das Gemisch ist.
  • Die Teilchengröße für Borsäure von etwa 0,2 bis 40 Mikrometer (Mikron) erleichtert die Bildung einer stabilen Suspension, wobei die Borsäure in einer Menge von mindestens 0,1 Gew.-% vorhanden ist. Die Menge an Festkörperteilchen, die in dem Öl vermischt und/oder dipergiert sein kann, hängt von der Größe des Teilchens ab. Je kleiner die Teilchengroße ist, umso größer ist die Menge an Teilchen, die in Öl suspendiert sein kann. Im Allgemeinen ist die bevorzugte Spannweite für Öle etwa 0,5 bis 50 Gew.-% und für Fette etwa 1–50 Gew.-%, wobei die am meisten bevorzugte Spannweite 1–15 Gew.-% für Öle und 1–20 Gew.-% für Fette ist.
  • Die Größe und Menge von zu Ölen und Fetten hinzuzufügenden Borsäureteilchen wird im Allgemeinen von der beabsichtigten Verwendung des resultierenden Schmiermittelgemisches bestimmt, das die Festkörperteilchen in Suspension aufweist. Herkömmliche Ausrüstung und Techniken können eingesetzt werden, um eine im Wesentlichen gleichmäßige oder stabile Dispersion oder Verteilung des Zusatzes in dem endgültigen Gemisch zu erreichen. Eine stabile Dispersion bedeutet ein Gemisch, bei dem schmierende Festkörperteilchen in Anwesenheit eines Stabilisators und eines Trägerfluidmittels als getrennte, diskrete Partikel bleiben. Verfahren zum Erreichen einer gleichmäßigen Dispersion der Teilchen in dem Grundschmiermittel sind dem Fachmann gut bekannt. Konzentrate mit höhe ren Mengen an Borsäure können auch zuerst zubereitet und dann zu herkömmlichen Ölen oder Fetten hinzugefügt werden. Die Schmiermittel können zusätzlich andere Zusätze enthalten, die hinzugefügt werden, um die grundlegenden Eigenschaften von Schmiermitteln noch weiter zu verbessern. Derartige Zusätze können Folgende einschließen: Antioxidantien, Metallpassivatoren, Rostinhibitoren, Viskositätsindexverbesserer, Stockpunkterniedriger, Dispergiermittel, Detergentien, Hochdruckwirkstoffe vom flüssigen und festen Typ und Antiverschleißzusätze. Die bei der Zubereitung der Schmiermittelzusammensetzung der Erfindung nützlichen Grundschmierfette können irgendeines der bekannten Fette sein, die als Grundstoffe für Hochdruckanwendungen eingesetzt wenden.
  • BEISPIELE
  • Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung lediglich erläutern und sie nicht beschränken. Falls nicht anders angegeben, sind alle Mengen Gewichtsmengen.
  • Beispiel 1 Gemisch aus Borsäure und Schmieröl oder -fett.
  • Dieses Beispiel veranschaulicht das Ausmaß der Leistungsverbesserung mit der Verwendung eines Gemisches aus Borsäure und Öl oder Fett. Bei diesem Beispiel werden ein handelsübliches Mineral- und Motoröl oder -fett mit Borsäurepulver vermischt, das Partikelgrößen von 0,2–40 Mikrometer (Mikron) in Mengen zwischen 1 und 50 Gew.-% aufweist. Das Gemisch wurde in einen Glasbehälter gegeben und mittels einer magnetischen Rührvorrichtung für eine Dauer von mindestens 2 Stunden kräftig gerührt. Die Mischung wurde dann als Schmiermittel auf einer Verschleißprüfmaschine verwendet, deren Funktion und Hauptmerkmale in dem 1990 Annual Book of ASTM Standards, Band 3.02, Abschnitt 3, Seiten 391–395 gefunden werden können. Bei den Tests wurden Stifte aus Stahl (440C und 52100) und Aluminiumoxid (Al2O3) mit einem Halbkugelspitzenradius von 5 Zoll (127 mm) auf dem Stifthalter der Verschleißprüfmaschine gesichert und gegen eine rotierende Stahl- oder Aluminiumoxidplatte gepresst. Durch ein Hebelsystem, das den stationären Stifthalter nach unten gegen die rotierende Scheibe presst, wird eine spezifische Last aufgebracht. Das Schmiermittel, das wird eine spezifische Last aufgebracht. Das Schmiermittel, das geprüft wird, bedeckt den stationären Stift. Nach der Prüfung, die über eine spezifizierte Entfernung bei spezifizierter Temperatur, spezifiziertem Druck und spezifizierter Geschwindigkeit durchgeführt wird, wird der Reibungskoeffizient im Beharrungszustand von einer Schreibvorrichtung erhalten und ist in Tabelle 1 gezeigt. Die Verschleißrate wurde aus einer Formel berechnet, die in dem 1990 Annual Book of ASTM Standards, Band 3.02, Abschnitt 3, Seite 394 angegeben ist, und zwar ausgedrückt in Kubikmillimeter pro Meter (mm3/m). Die Verschleißergebnisse und der Reibungskoeffizient, die erhalten wurden, sind in Tabelle II zusammengefasst. TABELLE 1 Reibungstestergebnisse von verschiedenen Stift-und-Scheibe-Paaren unter unterschiedlichen Lasten. Testbedingungen: Geschwindigkeit 1–3 mm/s; Temperatur 22–25°C; Stifte und Scheiben aus 440C- und 52100-Stahl
    Schmiermittel Stift-/Platten-Material Last (kg) Gleitentfernung (m) Reibungskoeffizient
    Grundmineralöl 440C/52100 5 27 0,15
    50 Gew.% Borsäure und Grundmineralöl 440C152100 5 27 0,02
    10 Gew.% Borsäure und Grundmineralöl 440C/52100 4 26 0,01
    10 Gew.-% Borsäure und Grundmineralöl 440C/52100 2 2000 0,03
    10 Gew.% Borsäure und Grundmineralöl 440C/52100 2 450 0,03
    Motoröl 15W40 440C/440C 2 180 0,11
    1 Gew.% Borsäure und Öl 440C/440C 2 180 0,09
    15W40 Fett auf Erdölbasis 440C/440C 5 0,11
    20 Gew.% Borsäure und Fett auf Erdölbasis 440C/440C 5 0,05–0,07
    TABELLE II Verschleißtest auf Stift-an-Scheibe-Maschine. Testbedingungen: Last 2 kg; Geschwindigkeit 1–3 mm/s; Temperatur 22–25°C; Stifte und/oder Scheiben aus 440C-, 52100-Stahl und Aluminiumoxid
    Schmiermittel Stift-/Platten-Material Gleitentfernung (m) Reibungskoeffizient Verschleißrate (mm3/m)
    Grundmineralöl 52100/Al2O3 57 0,16 1,1 × 10–4
    10 Gew.% Borsäure und Grundmineralöl 52100/Al2O3 70 0,03 2,0 × 10–6
    Grundmineralöl Al2O3/ Al2O3 80 0,25 2,8 × 10–4
    10 Gew.% Borsäure und Grundmineralöl Al2O3/ Al2O3 92 0,025 2,6 × 10–6
  • Die obigen Ergebnisse zeigen, dass mit einem Gemisch aus Borsäure und einem Ölschmiermittel die Reibungskoeffizienten um 10 bis über 1000% unter diejenigen des unvermischten Schmiermittels selbst gesenkt werden. Die Verschleißraten von Stiften wenden um Faktoren von 50 bis 100 unter diejenigen von Stiften gesenkt, die in unvermischtem Öl selbst geprüft wurden.
  • Während diese Erfindung mittels verschiedener spezifischer Beispiele und Ausführungsformen beschrieben worden ist, ist es wichtig, zu verstehen, dass die Erfindung nicht auf diese beschränkt ist und dass die Erfindung auf etliche Arten innerhalb des Umfangs der folgenden Ansprüche praktiziert werden kann.

Claims (12)

  1. Schmierende Zusammensetzung mit einer stabilen Dispersion von mindestens 0,1 Gew.-% eines im Wesentlichen geschichteten kristallinen Festkörper-Borsäurezusatzes, der eine Partikelgröße von 0,2 bis 40 Mikrometer hat, und einem Grundschmiermittel.
  2. Schmierende Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei die schmierende Zusammensetzung 10 bis 50 Gew.-% Festkörper-Borsäurezusatz umfasst.
  3. Schmierende Zusammensetzung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei das Schmiermittel aus der Gruppe, bestehend aus Ölen auf Erdölbasis, Mineralölen, synthetischen Ölen und Silikonölen sowie Gemischen davon, ausgewählt ist.
  4. Schmierende Zusammensetzung nach Anspruch 3, wobei der Festkörper-Borsäurezusatz in einem Gemisch mit synthetischen Ölen dispergiert ist.
  5. Schmierende Zusammensetzung nach Anspruch 3, wobei der Festkörper-Borsäurezusatz in einem Gemisch mit Mineral- und synthetischen Ölen dispergiert ist.
  6. Schmierende Zusammensetzung nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, die weiterhin Zusätze aus den Gruppen, bestehend aus Antioxidantien, Metallpassivatoren, Rostinhibitoren, Viskositätsindexverbesserern, Stockpunkterniedrigern, Dispergiermitteln, Detergentien, Hochdruckwirkstoffen, Antiverschleißzusätzen und Gemischen davon, beinhaltet.
  7. Schmierende Zusammensetzung nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, die weiterhin ein Dispergiermittel in einer Menge beinhaltet, welche ausreicht, um den Festkörper-Borsäurezusatz in homogener Dispersion zu halten.
  8. Schmierende Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei das Grundschmiermittel ein Fett ist.
  9. Schmierende Zusammensetzung nach Anspruch 8, wobei das Fett aus der Gruppe, bestehend aus Fetten auf Mineral- und Synthetikölbasis mit anderen und ohne andere Schmiermittel-Festkörperteilchen, ausgewählt ist.
  10. Schmierende Zusammensetzung nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, wobei der Zusatz Borsäure chemisch erzeugt und freisetzt.
  11. Schmierende Zusammensetzung nach Anspruch 10, wobei der Zusatz ein Boroxid umfasst.
  12. Schmierende Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei die Schmierzusammensetzung 0,5 bis 50 Gew.-% eines Festkörper-Borsäurezusatzes umfasst.
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