EP2714866B1 - Use of nanoparticles in a composition to improve fatigue life and pitting on the surface of a drive train - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung von nanoskaligen Materialien in einer Zusammensetzung, die zur Verhinderung von Ermüdungsschäden in Antriebselementen auf deren Oberflächen aufgetragen wird. Insbesondere werden durch diesen Auftrag die Oberflächen von Antriebselementen gegen die Bildung von Grauflecken (grey staining, surface fatigue, micro-pitting) und die Grübchenbildung geschützt. Das Auftreten von Ermüdungsschäden auf diesen Oberflächen wird dadurch verhindert oder vermindert.The present invention relates to the use of nanoscale materials in a composition applied to their surfaces to prevent fatigue damage in drive elements. In particular, this order protects the surfaces of drive elements against the formation of gray staining, surface fatigue, micro-pitting and pitting. The occurrence of fatigue damage on these surfaces is thereby prevented or reduced.
Bei Antriebselementen kommt es im Falle von zu hohen mechanischen Belastungen zu zwei Arten von Schädigungen:
- 1) Fressen und Verschleißen, bei denen die Schädigung von der Oberfläche der Kontaktflächen ausgeht.
- 2) Ermüdungsschäden, die ihren Ausgang im Gefüge unterhalb der belasteten Flächen nehmen und letztendlich in Ausbrüchen, wie beispielsweise Pitting, Grauflecken, Grübchenbildung, enden.
- 1) seizure and wear, where the damage originates from the surface of the contact surfaces.
- 2) fatigue damage, which starts in the structure below the loaded surfaces and ends up in outbreaks, such as pitting, gray pitting, pitting.
Zur Verminderung von Verschleiß und Fressen gibt es eine Vielzahl von Additiven und Festschmierstoffen, die gut bekannt sind und vielfach eingesetzt werden.To reduce wear and tear there are a variety of additives and solid lubricants that are well known and widely used.
Zur Unterbindung von Ermüdungsschäden sind nur sehr wenige wirksame Maßnahmen bekannt. Eine Maßnahme ist die Erhöhung der Schmierfilmdicke.To prevent fatigue damage very few effective measures are known. One measure is the increase of the lubricating film thickness.
Ermüdungsverschleiß (Pitting) entsteht durch örtliche Überlastung des Werkstoffes durch periodische Druckbeanspruchung. Die Ermüdung des Werkstoffes wird durch Grauflecken (grey staining, surface fatigue, mirco-pitting) bzw. Grübchen auf der Oberfläche des Werkstoffes sichtbar. Es entstehen zunächst 20 bis 40 µm unterhalb der Oberfläche feine Risse im Metallgitter, die zu Materialausbrüchen führen. Die als Micro-pittings oder Graufleckigkeit bezeichneten kleinen mikroskopisch sichtbaren Ausbrüche auf der Zahnflanke, sind als mattgraue Bereiche zu erkennen. Bei Verzahnungen können praktisch in allen Geschwindigkeitsbereichen Grauflecken auf Zahnflanken beobachtet werden. Auch in Wälzlagern entstehen im Bereich des Gleitkontaktes sehr flache Ausbrüche als Grauflecken auf der Laufbahn Diese Zusammenhänge sind ausführlich in der
Zur Verbesserung der Viskositätseigenschaften werden in Schmiermitteln unterschiedliche Zusätze verwendet, um die oben genannten Schäden in Wälzlagern, Zahnrädern, Getrieben und dergleichen zu vermeiden oder zumindest zu minimieren. Hierbei sind die als Graufleckenbildung und die Grübchenbildung bezeichneten Ermüdungsschäden, diejenigen, die zu schwerwiegendsten Materialbeeinträchtigungen durch die entstehenden Risse gehören.In order to improve the viscosity properties, different additives are used in lubricants in order to avoid or at least minimize the above-mentioned damage in rolling bearings, gears, gears and the like. Here, the fatigue damage referred to as gray pitting and pitting are those which are the most severe material damage from the resulting cracks.
Zur Vermeidung dieser Ermüdungsschäden können folgende Maßnahmen ergriffen werden:
- Senkung der Kontaktkräfte,
- geeignete Auswahl des Schmiermittels,
- ausreichende Schmiermittelzufuhr,
- günstige Positionierung und Gestaltung der Schmierstellen,
- Vermeidung von Zuständen ohne Schmierung.
- Lowering the contact forces,
- suitable selection of the lubricant,
- adequate lubricant supply,
- favorable positioning and design of the lubrication points,
- Avoiding conditions without lubrication.
Zur Vermeidung von Ermüdungserscheinungen wurden verschiedene Untersuchungen gemacht, unter anderem wurde versucht, die Schmierwirkung von Schmierstoffen durch Zugabe verschiedener Additive zu verbessern. Es wurden insbesondere Additive untersucht, mit denen die Reibung zwischen den Bauteilen verringert werden kann oder die eine verbesserte Viskosität aufweisen.To avoid fatigue, various investigations have been made, among other things, attempts to improve the lubricity of lubricants by adding various additives. In particular, additives have been investigated which can reduce the friction between the components or which have an improved viscosity.
So beschreibt die
Die bereits oben genannte
Die
The already mentioned above
The
Aus der
Die
The
Die oben beschriebenen, aus dem Stand der Technik bekannten Additive, wie Organophosphate und Thiazole, sind als organische Stoffe thermisch nicht stabil. Darüber hinaus können sie unter den Betriebsbedingungen verdampfen oder können als klassische Anti-Wear-Additive vor allem mit den Metalloberflächen reagieren, d.h. sie reagieren überwiegend an den sich berührenden Rauhigkeitsspitzen ab, da dort durch die auftretenden Blitztemperaturen ausreichend Energie für eine chemische Reaktion mit der metallischen Reibschicht vorhanden ist. Sie können deshalb allenfalls untergeordnet als Anti-Pitting-Additive wirken. Festschmierstoffe, wie Molybdändisulfid haben dagegen aufgrund ihrer Dichte die Tendenz, sich ausThe additives known from the prior art described above, such as organophosphates and thiazoles, are not thermally stable as organic substances. In addition, they can evaporate under the operating conditions or can react as a classic anti-wear additives, especially with the metal surfaces, ie they predominantly react on the touching roughness peaks, since there by the flash temperatures occurring sufficient energy for a chemical reaction with the metallic Friction layer is present. Therefore, they can at most act as subordinate anti-pitting additives. Solid lubricants, such as molybdenum disulfide, on the other hand, have a tendency to precipitate out due to their density
Ölformulierungen abzusetzen und können außerdem korrosiv wirken. Da die Feststoffteilchen mit Teilchengrößen im µm Bereich eingesetzt werden, kommt es zu einer starken Beeinflussung des Fließverhaltens und einer Viskositätserhöhung sowie zu einem Abweichen vom newtonschen Fließverhalten. Dieses Verhalten verschlechtert die Verfügbarkeit des Additivs im Schmierspalt. REM Untersuchungen an den Oberflächen der metallischen Reibpartner zeigen, dass diese Strukturen bzw. Vertiefungen mit Abmessungen deutlich unterhalb 1 µm aufweisen. Diese Vertiefungen sind den µm großen Festschmierstoff Teilchen nicht zugänglich.Settle oil formulations and may also have a corrosive effect. Since the solid particles are used with particle sizes in the micron range, there is a strong influence on the flow behavior and an increase in viscosity and a deviation from Newton's flow behavior. This behavior degrades the availability of the additive in the lubrication gap. SEM investigations on the surfaces of the metallic friction partners show that these structures or depressions have dimensions of well below 1 μm. These depressions are not accessible to the μm-sized solid lubricant particles.
Ausgehend von dem Stand der Technik ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Zusammensetzung zur Verfügung zu stellen, die auf die Oberflächen von Antriebselementen aufgetragen werden kann, um so die Ermüdungserscheinungen "Grauflecken" und "Grübchenbildung" auf diesen Antriebelementen zu verhindern oder vermindern. Die Zusammensetzung soll dabei keine flüchtigen organischen Verbindungen als Anti-Pitting-Additiv beinhalten und die Anti Pitting Additive sollen in einer flüssigen Phase mit Newton schem Fließverhalten vorliegen Dadurch können sie in die oben beschriebene Strukturen bzw. Vertiefungen eindringen und dort das Metallgefüge verstärken.Starting from the prior art, the object of the present invention is to provide a composition which can be applied to the surfaces of drive elements so as to prevent or reduce the fatigue phenomena "gray spots" and "pitting" on these drive elements. The composition should contain no volatile organic compounds as an anti-pitting additive and the anti-pitting additives should be in a liquid phase with Newton shem flow behavior. Thus, they can penetrate into the structures or depressions described above and there reinforce the metal structure.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist dementsprechend die Verwendung einer Zusammensetzung, die auf die Oberfläche der Antriebselemente aufgetragen wird, um Ermüdungserscheinungen zu verhindern oder zu vermeiden. Überraschenderweise wurde gefunden, dass durch den Auftrag einer Zusammensetzung, die oberflächenmodifizierte Nanoteilchen und ein Trägermaterial enthält, die Ermüdungsschäden, wie Graufleckenbildung und Grübchenbildung verhindert oder vermieden werden.The subject of the present invention is therefore the use of a composition which is applied to the surface of the drive elements in order to prevent or avoid fatigue phenomena. It has surprisingly been found that the application of a composition containing surface-modified nanoparticles and a carrier material prevents or prevents the fatigue damage, such as gray pitting and pitting.
Die in der Zusammensetzung enthaltenen oberflächenmodifizierten Nanopartikel sind oxidische Nanopartikel. Sie können ausgewählt werden aus Siliziumdioxid, Zinkoxid und Aluminiumoxid. Zur Oberflächenmodifizierung eignen sich insbesondere Oberflächenmodifizierungsreagenzien, wie Alkyl-, Aryl-, Alkylarylsilane mit mindestens 1 bis 3 dieser Alkyl-, Aryl- bzw. Alkylarylgruppen, die zusätzlich funktionale Gruppen, insbesondere Thiogruppen, Phosphatgruppen enthalten können und die einzeln oder in Kombination verwendet werden. Die optional vorhandenen Thio- oder Phosphatgruppen können zusätzlich eine Reaktion mit der zu schützenden Metalloberfläche eingehen. Bei der Oberflächenmodifizierung beträgt die Menge an Modifizierungsreagenz pro nm2 der Teilchenoberfläche 0,1 bis 10 Moleküle des Modifizierungsreagenz, bevorzugt 0,3 bis 5 Moleküle. Diese chemische Modifizierung bewirkt, dass die Nanopartikel in verschiedenen Grundölen monoteilig, d.h. ohne Aggregation vorliegen.The surface-modified nanoparticles contained in the composition are oxidic nanoparticles. They can be selected from silica, zinc oxide and alumina. For surface modification, surface modification reagents such as alkyl, aryl, Alkylarylsilanes having at least 1 to 3 of these alkyl, aryl or alkylaryl groups, which may additionally contain functional groups, in particular thio groups, phosphate groups and which are used individually or in combination. The optionally present thio or phosphate groups can additionally undergo a reaction with the metal surface to be protected. In the surface modification, the amount of modifying reagent per nm 2 of the particle surface is 0.1 to 10 molecules of the modifying reagent, preferably 0.3 to 5 molecules. This chemical modification causes the nanoparticles in different base oils monopartite, ie without aggregation.
Es hat sich auch gezeigt, dass die Zusammensetzung Mischungen von Nanoteilchen enthalten kann, die sowohl voneinander verschieden sind und unterschiedlich Teilchengrößen aufweisen.It has also been found that the composition may contain mixtures of nanoparticles which are both different from one another and have different particle sizes.
Die oberflächenmodifizierten Nanopartikel haben eine mittlere Teilchengröße von 10 nm bis kleiner 200 nm, bevorzugt 10 nm bis 100 nm. Die Teilchengröße von Nanoteilchen kann mit unterschiedlichen Verfahren bestimmt werden. Trockene Verfahren wie die Messung mit dem Transmissionselektronenmikroskop liefern dabei oft kleinere Teilchengrößen als die Messung mit der dynamischen Lichtstreuung, da bei dem letzten Verfahren eine relativ fest gebundene Solvenshülle größere Werte bedingt. Die Teilchengrößenangaben in dieser Anmeldung beziehen sich in der Regel auf Ergebnisse mit der dynamischen Lichtstreuung.The surface-modified nanoparticles have an average particle size of 10 nm to less than 200 nm, preferably 10 nm to 100 nm. The particle size of nanoparticles can be determined by different methods. Dry methods such as transmission electron microscopy often provide smaller particle sizes than the dynamic light scattering measurement, as in the latter method a relatively tightly bound solvent envelope requires larger values. The particle size data in this application are generally related to dynamic light scattering results.
Das Trägermaterial wird ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Mineralölen, synthetischen Kohlenwasserstoffen, Polyglykole, Ester und Esterverbindungen, PFPE, native Öle und Derivate von nativen Ölen, aromatenhaltige Öle wie Phenylether und deren Mischungen. Besonders bevorzugt als Trägermaterial werden Polygkykole, Ester und synthetische Kohlenwasserstoffe eingesetzt.The carrier material is selected from the group consisting of mineral oils, synthetic hydrocarbons, polyglycols, esters and ester compounds, PFPE, native oils and derivatives of native oils, aromatic oils such as phenyl ethers and mixtures thereof. Polygkycols, esters and synthetic hydrocarbons are particularly preferably used as carrier material.
Die erfindungsgemäße Zusammensetzung, die die Nanoteilchen und das Trägermittel enthält, kann des weiteren in ein Schmiermittel eingearbeitet werden. Dieses Schmiermittel kann in Form von Fetten, Pasten, Ölen vorliegen und wird ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem Schmieröl oder Gemischen von Schmierölen, Polyglykolen, Silikonölen, Perfluorpolyether, Mineralölen, Estern, synthetischen Kohlenwasserstoffen, Phenylethern, nativen Ölen und Derivate von nativen Ölen, organischen oder anorganischen Verdickern, insbesondere PTFE, Graphit, Metalloxiden, Bornitrid, Molybdändisulfid, Phosphaten, Silikaten, Sulfonaten, Polyimiden, Metallseifen, Metallkomplexseifen, Harnstoffen und deren Gemische, Festschmierstoffen wie Graphit, MoS2.The composition of the present invention containing the nanoparticles and the carrier may further be incorporated into a lubricant become. This lubricant may be in the form of fats, pastes, oils and is selected from the group consisting of a lubricating oil or mixtures of lubricating oils, polyglycols, silicone oils, perfluoropolyethers, mineral oils, esters, synthetic hydrocarbons, phenyl ethers, native oils and derivatives of native oils. organic or inorganic thickeners, in particular PTFE, graphite, metal oxides, boron nitride, molybdenum disulfide, phosphates, silicates, sulfonates, polyimides, metal soaps, metal complex soaps, ureas and mixtures thereof, solid lubricants such as graphite, MoS 2 .
Besonders bevorzugt sind Zusammensetzungen, die als Konzentrat in einem der oben erwähnten Schmiermittel zum Einsatz gebracht werden.Particularly preferred are compositions which are used as a concentrate in one of the above-mentioned lubricants.
Außerdem können lösliche Additive, insbesondere aromatische Amine, Phenole, Phosphate, sowie Korrosionsschutzmittel, Oxidationsschutzmittel, Verschleißschutzmittel, Mittel zur Reibungsminderung, Mittel zum Schutz gegen Metalleinflüsse, UV-Stabilisatoren in der Zusammensetzung vorhanden sein.In addition, soluble additives, in particular aromatic amines, phenols, phosphates, as well as corrosion inhibitors, antioxidants, anti-wear agents, friction reducing agents, means for protection against metal influences, UV stabilizers may be present in the composition.
Die erfindungsgemäße Zusammensetzung besteht gemäß Anspruch1 im allgemeinen aus 0,1 bis 40 Gew.-% oberflächenmodifizierten Nanopartikeln, insbesondere 2 bis 20 Gew.-% oberflächenmodifizierten Nanopartikeln, sowie 99,9% bis 60% Gew.-% Trägermaterial, insbesondere 8 bis 80 Gew.-% Trägermaterial.The composition of the invention according to
Die Einbringung der Nanoteilchen in das Trägermaterial kann dabei auf zweierlei Weise erfolgen. Zum einen können Dispersionen von Nanoteilchen in einem Sol-Gel-Prozess erzeugt, und in der Dispersion oberflächenmodifiziert werden und anschließend durch Zugabe des Trägermaterials und Abziehen der flüchtigen Lösemittel die Dispersion erstellt werden. Dieses Verfahren kann als Umdispergieren bezeichnet werden und hat den Vorteil, dass die Nanoteilchen immer von Flüssigkeit benetzt sind und damit die Gefahr der Agglomeration verringert wird. Dieses Verfahren wird in den nachfolgenden Beispielen beschrieben.The introduction of the nanoparticles into the carrier material can take place in two ways. On the one hand, dispersions of nanoparticles can be produced in a sol-gel process and surface-modified in the dispersion, and then the dispersion can be prepared by adding the support material and removing the volatile solvents. This process can be referred to as redispersing and has the advantage that the nanoparticles are always wetted by liquid and thus the risk of agglomeration is reduced. This method is described in the following examples.
Alternativ können nach dem Modifizieren der Oberflächen die Lösemittel entfernt und die trockenen Teilchen isoliert werden. Durch Eindispergieren unter Scherung und optional erhöhter Temperatur können die Teilchen eingearbeitet werden. Welches Verfahren anzuwenden ist, hängt von verschiedensten Faktoren wie Teilchenart, Teilchengrößen, Art und Ausmaß der Oberflächenbelegung und chemischer Natur des Trägermaterials ab und muss individuell abgestimmt werden.Alternatively, after modifying the surfaces, the solvents may be removed and the dry particles isolated. By dispersing under shear and optionally elevated temperature, the particles can be incorporated. Which method is to be used depends on various factors such as particle type, particle sizes, type and extent of surface coverage and chemical nature of the carrier material and must be individually tailored.
Diese Zusammensetzung kann dann in ein beliebiges Schmiermittel eingebracht werden, sodass bezogen auf die Endformulierung von 0,1 - 10 % Nanoteilchen, 99,9 - 90 % Schmiermittel vorliegen.This composition can then be incorporated into any lubricant so that, based on the final formulation of 0.1-10% nanoparticles, 99.9-90% lubricant.
Die nachfolgend beschriebenen Abbildungen zeigen:
- Figur 1:
- Teilchengrößenverteilung einer
Charge von Levasil 200N/30% - Figur 2:
- Teilchengröße der SiO2 Dispersion, wobei die Teilchen mit dem Stöber Prozeß hergestellt und mit dyn. Lichtstreuung bestimmt wurden (Beispiel 1)
- Figur 3:
- Teilchengröße der SiO2 Dispersion nach Funktionalisierung mit Butylsilan, die mit dyn. Lichtstreuung bestimmt wurde (Beispiel 2)
- Figur 4:
- Teilchengrößenverteilung in Polyglykol (Beispiel 4)
- Figur 5:
- Die rheologischen Eigenschaften der Nanoteilchen enthaltende Zusammensetzung basierend auf Polyglykol in Abhängigkeit vom Schergefälle (
Beispiele 4 a bis d und Vergleichsbeispiel 4 e)
- FIG. 1:
- Particle size distribution of one batch of
Levasil 200N / 30% - FIG. 2:
- Particle size of the SiO 2 dispersion, wherein the particles prepared by the Stöber process and dyn. Light scattering were determined (Example 1)
- FIG. 3:
- Particle size of the SiO 2 dispersion after functionalization with butylsilane, with dyn. Light scattering was determined (Example 2)
- FIG. 4:
- Particle size distribution in polyglycol (Example 4)
- FIG. 5:
- The rheological properties of the nanoparticle-containing composition based on polyglycol as a function of the shear rate (Examples 4 a to d and Comparative Example 4 e)
Die Herstellung von SiO2-Nanoteilchen ist beispielsweise beschrieben in:
Es gibt auch kommerzielle Quellen von nanoteiligen SiO2-Dispersionen. Unter dem Handelsnamen Levasil (Akzo Nobel, früher HC Starck) werden wässrige Dispersionen mit Feststoffgehalten von bis zu 50% angeboten. Bei Levasil 200N/30% handelt es sich beispielsweise um eine 30%ige Dispersion, die mit Ammoniak stabilisiert ist. Die Teilchengröße wird mit ca. 55 nm angegeben. Diese Größenverteilung wird durch das Diagramm in
Ebenfalls von Akzo Nobel unter dem Handelsnamen Bindzil sind SiO2-Nanodispersionen mit Teilchengrößen um 10 nm und Feststoffgehalten bis 40% erhältlich, deren Oberflächen mit Epoxysilan modifiziert sind.Also available from Akzo Nobel under the trade name Bindzil are SiO 2 nanodispersions with particle sizes around 10 nm and solids contents up to 40%, the surfaces of which are modified with epoxy silane.
Die Herstellung der wäßrigen Dispersionen wird auch in der
Verfahren zur Herstellung von unmodifizierten SiO2 Nanoteilchen aus Tetraethylorthosilikat (Stöberverfahren)Process for the preparation of unmodified SiO 2 nanoparticles from tetraethyl orthosilicate (Stöber method)
In einem 2 I Dreihalskolben mit KPG Rührer und Rückflußkühler werden 612,4 g Ethanol, 113,47 g H2O dest, 21,67 g NH3 (25%) vorgelegt und auf Rückfluß erhitzt. Eine Lösung von 95,68 g Tetraethylorthosilikat in 156,77 g Ethanol wird langsam über einen Tropftrichter zugegeben. Nach Beendigung der Zugabe wird die Reaktionslösung für weitere 4 h unter Rühren am Rückfluß gehalten. Es entsteht eine opaleszierende Dispersion. Die mittlere Teilchengröße beträgt 52 nm, wie in
Funktionalisierung der Oberfläche von Nanoteilchen mit einem Silanisierungsreagenz, die nach dem Stöberprozess gemäß Beispiel 1 hergestellt wurdenFunctionalization of the surface of nanoparticles with a silanization reagent, which were prepared by the Stöberprozess according to Example 1
Es ist bekannt, dass Laut Literatur, beispielsweise der zwischen 4 und 4,6 SiOH Gruppen pro nm2 auf SiO2-Oberflächen zu erwarten sind (
Bei der vertretbaren Annahme, dass es sich um kugelförmige Teilchen handelt, kann die Spezifische Oberfläche in m2/g berechnet werden:
Die in Beispiel 1 hergestellte Dispersion (277,87 g) wird auf 78°C unter Rückfluß und Rühren erhitzt. Nach Erreichen der Temperatur werden 1,66 g n-Butyltrimethoxysilan in einem Schuß zugegeben. Die Lösung wird weitere 8 h unter Rühren bei 78°C gehalten.
Einarbeiten der funktionalisierten Nanoteilchen in PolyglykolIncorporation of the functionalized nanoparticles into polyglycol
83,11 g der Dispersion aus funktionalisierten Nanoteilchen nach Beispiel 2 werden gemeinsam mit 28,10 g wassermischbaren Polyglykol (Monomere Ethylenoxid und Propylenoxid; kinematische Viskosität 100 mm2/sec bei 40°C) im Rotationsverdampfer unter Erhitzen mit dem Ölbad auf 100°C und Anlegen eines Vakuums, beispielsweise mit einer Wasserstrahlpumpe, eingeengt. Es resultiert eine klare Flüssigkeit. Das hohe Verhältnis Dispersion zu Öl ist erforderlich, um bei der geringen Konzentration an SiO2-Teilchen die in den Dispersionen, die im Stöber-Prozeß hergestellt werden, zugrunde liegt, Konzentrationen von 10% Nanoteilchen im Polyglykol herstellen zu können. Diese Dispersion kann ebenfalls per dynamischer Lichtstreuung vermessen werden, allerdings muß dazu durch Zugabe des Grundöles auf eine Konzentration von 1% SiO2 verdünnt werden.
Rheologische Eigenschaften von modifizierten Nanoteilchen in PolyglykolRheological properties of modified nanoparticles in polyglycol
Entsprechend den vorangegangen Beispielen werden Polyglykoldispersionen hergestellt, die in allen Fällen auf der Dispersion des Beispiels 1 aufbauen. Als Silane wurden neben Butyltrimethoxysilan auch Phenyltrimethoxysilan und Triethoxy(octyl)silan verwendet. Es wurde mit einem Silan pro nm2 analog Beispiel 2 modifiziert. In allen Fällen resultieren klare Flüssigkeiten nach Umdispergieren. Tabelle 1 zeigt, dass die kinematische Viskosität nur geringfügig erhöht ist. Der Gehalt an SiO2 zeigt sich auch an der höheren Dichte.
In Tabelle 1 sind die Daten der 10%igen Dispersionen der mit Butylsilan, Octylsilan und Phenylsilan modifizierten Nanoteilchen in Polyglykol dargestellt.Table 1 shows the data of the 10% dispersions of the butyl silane, octyl silane and phenyl silane modified nanoparticles in polyglycol.
Es wurde zusätzlich die dynamische Viskosität der Nanoteilchen-haltigen Öle in Abhängigkeit von der Scherrate mit einem Kegel/Platte System am Rheometer bestimmt. Die Scherrate wird logarithmisch von 50 sec-1 bis 5000 sec-1 gesteigert. Bei den drei oben beschriebenen Dispersionen bleibt die dynamischen Viskosität unabhängig von der Scherrate, man beobachtet also ein Newton'sches Fließverhalten (siehe
Die Aerosil enthaltende Mischung, die in
Funktionalisierung und Umdispergieren ausgehend von Levasil 200N/30%Functionalization and redispersion from
404 g Levasil 200N/30% werden unter Rühren auf etwa 85°C erhitzt. 395 g Ethanol und 11,78 g Butyltrimethoxysilan (entspricht etwa 5 Silanmoleküle pro nm2 Oberfläche) werden in einem Schuß zugegeben und ca. 1 h unter Rühren bei der Temperatur gehalten. Bereits in der Hitze bildet sich eine gelartige Konsistenz aus.404 g of
21,06 g des Gels werden mit 81,89 g Polyglykolöl, wie oben beschrieben, umdispergiert. Es resultiert eine klare Flüssigkeit (ca. 3,8 % SiO2).
Die Tabelle2 zeigt geringen Einfluss auf die rheologischen Eigenschaften durch die Nanoteilchen. Es sind also auch hochkonzentrierte Dispersionen, wie Levasil, als Nanoteilchenquelle möglich.Table 2 shows little influence on the rheological properties by the nanoparticles. So there are also highly concentrated dispersions, such as Levasil, possible as a nanoparticle source.
Zur Untersuchung des Einflusses der Nanoteilchen auf Reibung und Verschleiß wird durch Verdünnen mit Grundöl eine Nanoteilchendispersion mit einem Gehalt von1 % SiO2 hergestellt.
Die Nanoteilchen in Beispiel 6 haben einen geringen, vernachlässigbaren Einfluß auf die rheologischen Eigenschaften, beim VKA Dauerverschleiß ergibt sich eine leichte Verschlechterung. Im SRV wird der Verschleißfaktor etwas erhöht, der Reibwert bleibt gleich. Bei der Schweißkraft wird eine geringfügige Verbesserung beobachtet.The nanoparticles in Example 6 have a small, negligible influence on the rheological properties, resulting in VKA endurance a slight deterioration. In the SRV, the wear factor is increased slightly, the coefficient of friction remains the same. In the welding force, a slight improvement is observed.
Die Wirkung auf Reibung und Verschleiß ist also abhängig von den Versuchsbedingungen und kann auch zu Verschlechterungen führen. Damit ist keine Wirkung als Anti-Wear-Additiv gegeben.The effect on friction and wear is therefore dependent on the experimental conditions and can also lead to deterioration. There is no effect as an anti-wear additive.
Wirkung der modifizierten Nanoteilchen in einer auf Polyglykol basierenden GetriebeölformulierungEffect of modified nanoparticles in a polyglycol-based gear oil formulation
Getriebeölformulierungen wurden mit 60 nm großen SiO2-Teilchen mit einer Butyl-Oberflächenmodifizierung hergestellt. Dazu wurde eine 10%ige Dispersion der modifizierten Nanoteilchen in Polyglykol verwendet, die einfach in die Formulierung eingerührt werden kann. Die Konzentration der Nanoteilchen in der Endformulierung beträgt 1%. Die Formulierung wurde in zwei Viskositätslagen (100 und 220 cst) hergestellt.
Mit den oben beschriebenen Zusammensetzungen wurde nun untersucht, wie sich die Verwendung von Nanopartikeln im Hinblick auf die Graufleckentragfähigkeit auswirkt.
Wie aus Tabelle 5 ersichtlich, ist die Graufleckenbildung deutlich reduziert, wenn Nanopartikel in einem Polyglykol-Getriebeöl verwendet werden. Insgesamt lässt sich feststellen, dass durch die Nanopartikel die Graufleckentragfähigkeit durch die Verwendung der beiden Zusammensetzungen, die die Nanopartikel enthalten, nochmals deutlich verbessert wurde, wenn sie als Auftrag auf den Oberflächen der Antriebselemente ausgehend von einem guten Niveau Referenzen 100 cst und 220 cst) vorhanden sind.As can be seen from Table 5, the gray speckling is significantly reduced when nanoparticles are used in a polyglycol gear oil. Overall, it can be stated that the use of the two compositions containing the nanoparticles was once again significantly improved by the nanoparticles when they were present as a deposit on the surfaces of the drive elements starting from a good level of
Claims (7)
- The use of a composition comprising(a) 0.1 to 40% by weight of surface-modified nanoparticles selected from the group consisting of silicon dioxide, zinc oxide and aluminum oxide, wherein the surface modification is brought about by means of surface-modifying reagents selected from alkyl-, aryl- and alkylarylsilanes having at least 1 to 3 of these alkyl, aryl and alkylaryl groups which may additionally contain functional groups, especially thio groups, phosphate groups, and which are used individually or in combination, and wherein the additional functional groups can react with metal surfaces and(b) 99.9 to 60% by weight a carrier material selected from the group consisting of synthetic and native ester oils, polyglycols, synthetic hydrocarbon oilswherein the composition is applied to the surfaces of drive elements for prevention or reduction of fatigue damage, trench formation or micropitting.
- The use of a composition as claimed in claim 1, wherein the composition comprises mixtures of nanoparticles having both different substances and different particle sizes.
- The use of a composition as claimed in any of claims 1 to 2, wherein the surface-modified nanoparticles have a particle size of 10 nm to less than 200 nm, wherein the particle size is determined by dynamic light scattering in dispersion.
- The use of a composition as claimed in any of claims 1 to 3, wherein the composition is introduced into a lubricant selected from the group of the
- The use of a composition as claimed in claim 4, wherein the lubricant is selected from the group consisting of a lubricant oil or mixtures of lubricant oils, polyglycols, silicone oils, perfluoropolyethers, mineral oils, ester oils, hydrocarbon oils, phenyl ether oils, native oils, derivatives of native oils, an organic or inorganic thickener, especially PTFE, graphite, metal oxides, boron nitride, molybdenum disulfide, phosphates, silicates, sulfonates, polyimides, metal soaps, metal complex soaps, ureas and mixtures thereof, solid lubricants such as graphite, MoS2.
- The use of a composition as claimed in either of claims 4 and 5, wherein the following are additionally present in the composition: soluble additives, especially aromatic amines, phenols, phosphates, sulfur carriers and anticorrosives, antioxidants, antiwear agents, friction reducers, agents for protection against metal influences, UV stabilizers.
- The use of a composition as claimed in any of claims 1 to 3, present in a lubricant, based on the final formulation, in an amount of 0.1 to 10% nanoparticles, 99.9 to 90% lubricant.
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