FI124709B - Voiteluaineen lisäainekoostumus - Google Patents

Description

VOITELUAINEEN LISÄAINEKOOSTUMUS KEKSINNÖN ALA

Esillä oleva keksintö koskee metallinpinnoi-5 tusvoiteluaineen lisäainetta. Erityisemmin se koskee koostumusta, joka lisätään voiteluaineisiin kitkapin-tojen suojaamiseksi ja menetelmää suojaavan kalvon muodostamiseksi kitkapinnalle.

10 KEKSINNÖN TAUSTA

Moottorien ja koneiden liikkuvien osien, kuten mäntien, kulumisen- ja kitkankestävyyden parantaminen on erittäin toivottavaa nykyajan auto- ja kulje-tusteollisuudessa, koska suurin osa koneiden rikkoon-15 tumisista aiheutuu niiden liikkuvien osien mekaanisesta kulumisesta. Tyypillisesti järjestelmän liikkuvien osien välistä kitkaa vähennetään erilaisilla liikkuvia osia erottavilla voiteluaineilla, koska voiteluaineen ja pinnan välinen kitka on paljon vähemmän haitallista 20 kuin pinnan ja pinnan välinen kitka.

Tällä hetkellä tunnetaan monentyyppisiä voi-teluainekoostumuksia. Eräs paljon tutkittu ratkaisu voiteluaineiden kitkaa vähentävien ominaisuuksien parantamiseksi on öljyliukoisten metallikoostumusten li-25 saaminen perusvoiteluaineeseen. US-patentissa US4431553 tuodaan esiin voiteluaine, joka käsittää eri ^ rasvojen seosta, voiteluöljyä ja 0,1 - 10 paino-% ku- 0 CVJ paria, tinaa tai lyijyä kuparioksikinolinaatin, tina- 2 oksikinolinaatin, lyijyoksikinolinaatin tai niiden i ^ 30 seosten muodossa. Tällaisten metallioksikinolinaattien 1 alhaisen öljyynliukenemisasteen vuoksi voiteluaine ei Q_ ole kuitenkaan tehokas sovelluksissa, joissa esiintyy

CvJ

CO voimakkaan paineen alaista kitkaa.

LO

T- Viimeisten viidenkymmenen vuoden aikana on ^ 35 kehitetty metallinpinnoitusvoiteluaineita käytettävik si erityisesti haastavissa olosuhteissa, joissa esiin- 2 tyy korkeita lämpötiloja ja paineita. Metallinpinnoi-tusvoiteluaineet ovat materiaaleja, jotka muodostavat hapettumattoman ohuen metallikalvon, kuten muutaman mikrometrin paksuisen kuparikaivon, kitkapinnoille 5 myös sellaisille pinnoille, jotka eivät sisällä kalvoa muodostavia metalleja. Suojaava ohut metallikalvo saa aikaan kitkakertoimen merkittävän pienentymisen jopa marginaalisissa voiteluolosuhteissa ja kun kitkapinnat ovat suuren paineen alaisina.

10 Venäläisessä patentissa RU2277579 tuodaan esiin metallia sisältävä öljyliukoinen koostumus voi-teluainemateriaaleille. Mainittu koostumus käsittää epäorgaanisen hapon metallisuolaa, orgaanisen hapon metallisuolaa, alifaattista alkoholia, aromaattista 15 amiinia, epoksihartsia, meripihkaimidipolymeeriä ja indoliinin 2-imiinisubstituoitua johdannaista. Mainitun koostumuksen tunnettuna epäkohtana on suojaavan ohuen metallikalvon tehoton muodostuminen kitkapinnoille, mikä tekee tällaisesta voiteluaineesta käyttö-20 kelvottoman sovelluksissa, joissa on ratkaisevaa saa vuttaa maksimaalinen suojausaste mahdollisimman nopeasti .

KEKSINNÖN TARKOITUS

25 Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on poistaa edellä mainitut epäkohdat. Esillä olevan kek- ^ sinnön tarkoituksena on pidentää koneiden ja moottori- o en elinikää laskemalla kitkapintojen lämpötiloja ja ö parantamalla hankauskestävyyttä vähentäen siten niiden ^ 30 liikkuvien osien kulumista. Tämä saavutetaan suojaa- o ^ maila kitkapintoja uudella voiteluaineen lisäainekoos- £ tumuksella, joka saa aikaan suojaavan ohuen metalli- kalvon nopean muodostumisen kitkapinnoille. Lisäksi m esitellään uusi menetelmä kitkapintojen suojaamiseksi o 35 kulumiselta. Keksintö perustuu tutkimustyöhön, jonka

C\J

tarkoituksena on ollut osoittaa, että hankaavien par- 3 tikkelien tietty konsentraatio nopeuttaa suojaavan ohuen metallikalvon muodostumista. Tutkimusten mukaan hankaavat partikkelit tehostavat voiteluaineessa me-tallisuolojen muodossa läsnäolevien metalli-ionien 5 diffuusiota kitkapintojen kidehilaan.

KEKSINNÖN YHTEENVETO

Esillä olevan keksinnön mukainen voiteluaineen lisäainekoostumus on tunnettu siitä, mitä on tuo-10 tu esiin patenttivaatimuksessa 1. Esillä olevan keksinnön mukainen menetelmä kitkapintojen suojaamiseksi kulumiselta on tunnettu siitä, mitä on tuotu esiin patenttivaatimuksessa 9.

Esillä oleva keksintö koskee voiteluaineen 15 lisäainekoostumusta, voiteluaineen lisäainekoostumuk-sen käyttöä metallipinnan voitelemisesksi ja menetelmää kitkapintojen suojaamiseksi kulumiselta. Tässä voiteluaine tarkoittaa ainetta, joka lisätään liikkuvien pintojen väliin vähentämään niiden välistä kit-20 kaa, eli voiteluaine on minkä tahansa tyyppinen luonnollinen tai synteettinen moottori- tai vaihteistoöljy tai plastinen rasvausaine. Voiteluaineen lisäainekoostumus muodostaa kitkapinnoille hapettumattoman ohuen metallikalvon vähentäen siten pintojen, joille se on 25 levitetty, mekaanista kulumista. Siten voiteluaineen lisäainekoostumus voidaan luokitella metallinpinnoi-tuskoostumukseksi.

^ Kuten alan asiantuntijat tietävät hyvin, voi- $2 teluaineen on käsitettävä metalli-ioneja metallikalvon ^ 30 muodostamiseksi metallisille kitkapinnoille. Lisäksi x mainituilla ioneilla täytyy olla suurempi ionisaa- cc tioenergia kuin pinnan metalli-ioneilla; eli jos kit-co kapinta on tehty teräksestä, voiteluaineen täytyy kä- !ί? sittää sellaisten metallien ioneja, joilla on suurempi ^ 35 ionisaatioenergia kuin raudalla. Tässä tapauksessa voiteluaineessa läsnä olevat metalli-ionit täyttävät 4 vakanssit ja diffusoituvat kitkapinnan sisään poistaen kitkan aiheuttamia dislokaatioita ja muodostaen pinnalle suojaavan ohuen metallikalvon kiteitä.

Epäorgaanisten ja orgaanisten happojen metal-5 lisuolojen lisääminen voiteluaineisiin on ratkaisevaa suojaavan ohuen metallikalvon muodostamiseksi kitka-pinnoille, joille voiteluainetta on levitetty. Mainitut metallisuolat luovuttavat metalli-ioneja, jotka täyttävät avoimet vakanssit ja diffusoituvat kitkapin-10 nan sisään muodostaen ohuen metallikalvon. Tämä on alalla tunnettu käytäntö, josta esimerkkinä on julkaisussa RU2277579 esiin tuotu koostumus. Olennaisena erona tunnettuun tekniikkaan nähden esillä olevan keksinnön mukainen lisäainekoostumus käsittää kuitenkin 15 hankaavia partikkeleita, jotka tehostavat koostumuk sessa metallisuolojen muodossa läsnä olevien metalli-ionien diffuusiota kitkapintoihin ja siten nopeuttavat suojaavan metallikalvon muodostumista.

Esillä olevan keksinnön mukainen voiteluai-20 neen lisäainekoostumus käsittää epäorgaanisten ja or gaanisten happojen metallisuoloja ja lisäksi hankaavia partikkeleita. Mainitut hankaavat partikkelit tehostavat metalli-ionien diffuusiota kitkapintoihin ja siten nopeuttavat suojaavan metallikalvon muodostumista, 25 koska ne poistavat oksidikalvoja kitkapinnoilta. Oksi-dikalvot, joita muodostuu tyypillisesti metallipin-^ noille ilmalle altistumisen vuoksi, tekevät metallista δ kestävämmän kemiallisille reaktioille. Kun pinnoilla

CvJ

ό ei ole oksidikalvoja, suojaava metallikalvo muodostuu ^ 30 nopeammin. Hankaavilla partikkeleilla tarkoitetaan ° tässä joko luonnollisesti esiintyvää tai valmistettua x £ rakeista materiaalia, joka muodostuu hienojakoisista c\j kovista partikkeleista, kuten mineraali- tai metallien ^ ίο partikkeleista.

5 35 Esillä olevan keksinnön toisessa edullisessa c\j suoritusmuodossa hankaavien partikkelien kovuus on vä- 5 hintaan 7 Mohsin asteikolla. Siten hankaavat partikkelit käsittävät keraamisten materiaalien, mineraalien, metallien ja/tai muiden yhdisteiden, joiden kovuus on 7 tai suurempi Mohsin asteikolla, hienojakoisia par-5 tikkeleita. Muun muassa seuraavien mineraalien kovuus on vähintään 7 Mohsin asteikolla, joten ne ovat sopivia käytettäviksi hankaavina partikkeleina: kvartsi, granaatti, berylli, krysoberylli, topaasi, smaragdi, spinelli, korundi, boori ja timantti. Lisäksi ainakin 10 seuraavien metallien kovuus on vähintään 7 Mohsin asteikolla, joten ne ovat myös sopivia käytettäviksi hankaavina partikkeleina: osmium, teräs, volframi, kromi ja titaani. Edelleen ainakin seuraavia keraamisia materiaaleja, joiden kovuus on vähintään 7 Mohsin 15 asteikolla, voidaan käyttää hankaavina partikkeleina: piikarbidi, volframikarbidi, titaanikarbidi, reniumdi-boridi ja titaanidiboridi. Esillä olevan keksinnön edullisen suoritusmuodon mukaisesti hankaavat partikkelit käsittävät mitä tahansa edellä mainituista ke-20 raamisista materiaaleista, mineraaleista tai metalleista tai niiden seoksia hienon jauheen tai rakeisen seoksen muodossa.

Esillä olevan keksinnön toisessa edullisessa suoritusmuodossa hankaavat partikkelit käsittävät boo-25 ri-, hiili- ja/tai maa-alkalimetalliryhmien alkuaineiden karbonaatteja, nitridejä, karbideja ja/tai okside-^ ja. Tässä booriryhmä on jaksollisen järjestelmän rytien mä, joka koostuu boorista (B) , alumiinista (AI) , gal- ό Humista (Ga) , indiumista (In), talliumista (Tl), ja ^ 30 ununtriumista (Uut); hiiliryhmä on jaksollisen järjes- o telmän ryhmä, joka koostuu hiilestä (C), piistä (Si) ,

X

£ germaniumista (Ge), tinasta (Sn), lyijystä (Pb), ja ununkvadiumista (Uuq); ja maa-alkalimetallit koostuvat iö berylliumista (Be), magnesiumista (Mg), kalsiumista o 35 (Ca), strontiumista (Sr), bariumista (Ba) ja radiumis-

C\J

ta (Ra). Esimerkkejä edellä mainitut ehdot täyttävistä 6 yhdisteistä ovat muun muassa piidioksidi, boorikarbi-di, boorinitridi ja alumiinidioksidi. Esillä olevan keksinnön edullisen suoritusmuodon mukaisesti hankaa-vat partikkelit käsittävät mitä tahansa edellä maini-5 tuista yhdisteistä erikseen tai niiden seoksena hienon jauheen tai rakeisen seoksen muodossa.

Esillä olevan keksinnön toisessa edullisessa suoritusmuodossa hankaavien partikkelien keskimääräinen halkaisijakoko on välillä 0,5 pm - 20 pm, edulli-10 sesti 1 pm - 10 pm, edullisimmin 1 pm - 3 pm. Hankaavien partikkelien tarkka kemiallinen koostumus voi vaihdella, mutta niiden keskimääräinen halkaisijakoko on välillä noin 0,5 pm - 20 pm, edullisesti 1 pm - 10 pm, edullisimmin 1 pm - 3 pm. Tämä tarkoittaa, että 15 tilastollisesti suurimmalla osalla hankaavista partikkeleista on mainittu halkaisija, mutta vaihtelut näiden arvojen ympärillä ovat mahdollisia. Siten voiteluaineen lisäainekoostumuksessa suurimman osan hankaavista partikkeleista halkaisija voi olla noin 1 pm; 20 sama voiteluaineen lisäainekoostumus voi kuitenkin käsittää myös hankaavia partikkeleita, joiden halkaisija on noin 5 pm tai 20 pm. Samalla tavoin toisessa voiteluaineen lisäainekoostumuksessa suurimman osan hankaavista partikkeleista halkaisija voi olla noin 10 pm; 25 sama voiteluaineen lisäainekoostumus voi kuitenkin käsittää myös hankaavia partikkeleita, joiden halkaisija ^ on noin 3 pm. Tutkimukset osoittavat, että hankaavat o partikkelit, joiden halkaisija on 0,5 pm - 20 pm, ό poistavat oksidikalvoja kitkapinnoilta tehokkaimmin ja ^ 30 nopeuttavat siten suojaavan kalvon muodostumista.

° Esillä olevan keksinnön toisessa edullisessa

X

£ suoritusmuodossa voiteluaineen lisäainekoostumus kä- cj sittää 0, 005 p-% - 0,1 p-%, edullisesti 0,01 p-% - ίο 0,05 p-%, edullisimmin 0,01 p-% - 0,03 p-% hankaavia q 35 partikkeleita. Tulee huomata, että hankaavien partik-

CM

kelien tarkka kemiallinen koostumus on toissijainen 7 tärkeydeltään; ratkaisevaa on kuitenkin hankaavien partikkelien konsentraatio lisäainekoostumuksessa. Kattavien tutkimusten mukaisesti hankaavien partikkelien optimaalinen konsentraatio lisäainekoostumuksessa 5 vaihtelee välillä noin 0,005 p-% - noin 0,1 p-%, jossa p-% on massaprosentti. Optimaalinen konsentraatio riippuu sellaisista tekijöistä kuten voiteluaineen ja lisäaineiden koostumus, hankaavien partikkelien koko jne. Tutkimukset osoittavat, että kun lisäainekoostu-10 mus käsittää noin 0,01 p-% - noin 0,05 p-% hankaavia partikkeleita, suojaava metallikalvo muodostuu noin 30 sekunnissa kitkan alkamisesta voideltujen pintojen välillä (eli siitä hetkestä kun voideltu moottori alkaa käydä). Samantyyppisillä voiteluaineen lisäainekoostu-15 muksilla, joissa ei ole hankaavia partikkeleita, suoritetut mittaukset osoittavat, että näissä tapauksissa suojaava metallikalvo muodostuu noin viidessä minuutissa, mikä on huomattavasti pidempi aika.

Esillä olevan keksinnön toisessa edullisessa 20 suoritusmuodossa lisäainekoostumus käsittää hankaavien partikkelien ja epäorgaanisten ja orgaanisten happojen metallisuolojen lisäksi alifaattista alkoholia, meri- pihkaimidijohdannaista, aromaattista amiinia, epoksi- hartsia ja 2-iminosubstituoitua indoliinia. Esillä 25 olevan keksinnön mukaisesti epäorgaanisen hapon metal- lisuolat käsittävät vähintään yhden seuraavista metal- ^ leista metallisuoloja, eli klorideja, bromideja ja/tai o jodideja: Cu, Co, Pb, Sn, Ni. Edelleen esillä olevan ό keksinnön mukaisesti orgaanisen hapon metallisuola kä- ^ 30 sittää sellaisten orgaanisten happojen metallisuoloja, o joiden molekyylikaavassa on 15 - 18 hiiliatomia, kuten £ oleiinihapon CH3 (CH2) 7CH=CH (CH2) 7COOH metallisuoloja; toinen esimerkki orgaanisten happojen metallisuolasta

Ho on tinaoleaatti C36H66C>4Sn.

o 35 Esillä olevan keksinnön toisessa edullisessa c\j suoritusmuodossa meripihkaimidijohdannainen käsittää 8 S-5A-polyalkenyylimeripihkaimidin, aromaattinen amiini käsittää homotyyppisen difenyyliamiinin ja epoksihart-si käsittää kaupallisesti saatavana olevan alifaatti-sen epoksihartsin Α3Γ-1, joka valmistetaan kondensoi-5 maila epikloorihydriini glykolin kanssa. Esillä olevan keksinnön käyttöaspektin mukaisesti mitä tahansa edellä olevien määritelmien mukaisista koostumuksista käytetään voiteluaineen lisäainekoostumuksena. Esillä olevan keksinnön erään aspektin mukaisesti saadaan ai-10 kaan voiteluaineen lisäainekoostumuksen käyttö, jossa lisäainekoostumus käsittää epäorgaanisten ja orgaanisten happojen suoloja ja hankaavia partikkeleita, metallipinnan voitelemiseksi. Esillä olevan keksinnön toisen aspektin mukaisesti saadaan aikaan koostumuksen 15 käyttö, jossa koostumus käsittää epäorgaanisten ja orgaanisten happojen suoloja ja 0, 005 p-% - 0,1 p-%, edullisesti 0,01 p-% - 0,05 p-%, edullisimmin 0,01 p-% - 0,03 p-% hankaavia partikkeleita. Esillä olevan keksinnön toisen aspektin mukaisesti saadaan aikaan koos-20 tumuksen käyttö, jossa koostumus käsittää epäorgaanisten ja orgaanisten happojen suoloja ja hankaavia partikkeleita, jossa hankaavien partikkelien keskimääräinen halkaisijakoko on välillä 0,5 pm - 20 pm, edullisesti 1 pm - 10 pm, edullisimmin 1 pm - 3 pm. Esillä 25 olevan keksinnön toisen aspektin mukaisesti saadaan aikaan koostumuksen käyttö, jossa koostumus käsittää ^ epäorgaanisten ja orgaanisten happojen suoloja ja han- o kaavia partikkeleita ja lisäksi alifaattista alkoho- ό lia, meripihkaimidijohdannaista, aromaattista amiinia, ^ 30 epoksihartsia ja 2-iminosubstituoitua indoliinia.

o

Esillä olevan keksinnön mukainen menetelmä x £ kitkapintojen suojaamiseksi kulumiselta käsittää voi- teluaineen, joka käsittää 1 p-% - 5 p-% lisäainekoos-lö tumusta, joka käsittää epäorgaanisten ja orgaanisten 5 35 happojen metallisuoloja ja hankaavia partikkeleita, C\1 levittämisen kitkapinnoille.

9

Yleisesti esillä olevan keksinnön mukainen voiteluaineen lisäainekoostumus voidaan valmistaa millä tahansa alalla tunnetuilla tekniikoilla, kuten tavanomaisilla sekoitustekniikoilla, joiden erilaiset 5 variaatiot ovat alan asiantuntijoiden hyvin tuntemia.

PIIRUSTUSTEN LYHYT KUVAUS

10 Seuraavassa selostetaan yksityiskohtaisesti esillä olevan keksinnön suoritusmuotoja viitaten liitteenä oleviin kuviin, joissa on esitetty mittaustuloksia erilaisista voiteluaineen lisäainekoostumuksista.

Kuva 1 on kuvaaja, joka esittää näytteen ko-15 konaiskulumisen laboratoriossa suoritetussa kitka- ja kulumiskokeessa. Eri kuvaajat edustavat näytteen koko-naiskulumista, kun kitkapinnoille on levitetty voiteluaine, joka käsittää lisäainekoostumuksen, joka edelleen käsittää 0,0 p-% - 0,07 p-% hankaavia partikke-20 leita;

Kuva 2 on kuvaaja, joka esittää näytteen pinnan kulumisen läpimitan käytetyn paineen funktiona kuudella eri voiteluaineen lisäainekoostumuksella.

Kuva 3 esittää näytteen lämpötilanvaihte-25 lusuhteen käytetyllä 2600 MPa:n vakiopaineella. Kuten ^ edellä, eri kuvaajat edustavat tuloksia, jotka on mi- 0 c\J tattu voiteluaineilla, jotka käsittävät lisäainekoos- i ° tumuksen, joka käsittää edelleen 0,0 p-% - 0,07 p-% ^ hankaavia partikkeleita; ja 1 30 Kuva 4 on kaavio, joka esittää näytteen läm- pötilan kokonaismuutoksen kitka- ja kulumiskokeen ai-

CVJ

CO kana. Tutkittiin voiteluaineita, jotka käsittivät li- i säainekoostumuksen, joka käsitti 0,0 p-% - 0,07 p-% ^ hankaavia partikkeleita.

35 10

KEKSINNÖN YKSITYISKOHTAINEN SELOSTUS

ESIMERKKI 1

Seuraavat esimerkit havainnollistavat keksintöä edelleen. Taulukossa 1 on esitetty erilaisia esil-5 lä olevan keksinnön mukaisia voiteluaineiden lisäaine-koostumuksia. Esillä olevan keksinnön mukainen voiteluaineen lisäainekoostumus mahdollistaa ohuen metalli-kalvon nopean muodostumisen kitkapinnoille. Mainittu metallikalvo suojaa pintoja mekaanista kulumista ja 10 vetyhaurastumista vastaan. Tutkimukset osoittavat, että voiteluaine, joka sisältää esillä olevan keksinnön mukaisen lisäainekoostumuksen, saa aikaan toivottavia tuloksia muun muassa seuraavilla kitkapinnoilla: te räs-teräs, teräs-rauta ja teräs-pronssi. Taulukossa 2 15 on esitetty esillä olevan keksinnön mukaisia edullisia voiteluaineiden koostumuksia.

Taulukko 1.

Määrä, p-% hankaavia partikkeleita 0,005-0,1 orgaanisen hapon metallisuolaa 10-90 epäorgaanisen hapon metallisuolaa 1-25 alifaattista alkoholia 3-55 aromaattista amiinia 1-20 epoksihartsia 2-18 meripihkaimidi j ohdannaista 2-50 o i— 2-iminosubstituoitua indoliinia 0,5-6 1^ o

X

£ Taulukko 2.

C\J

CO Maara, p-%

LO

^ hankaavia partikkeleita 0,01 0,02 0,01 δ

CM

orgaanisen hapon metallisuolaa 90 50 7,8 11 epäorgaanisen hapon metallisuolaa 1,4 9,8 1 alifaattista alkoholia 331 aromaattista amiinia 1 3 15 epoksihartsia 2 6 14 meripihkaimidijohdannaista 2 26 60 2-iminosubstituoitua indoliinia 0,59 2,18 1,19

Esillä olevan keksinnön suoritusmuotoina taulukossa 2 esitettyjen koostumusten mukaisesta voiteluaineen lisäainekoostumuksesta valmistettiin kuusi näy-5 tettä. Hankaavien partikkelien määrä vaihteli kussakin näytteessä; mainitut määrät on esitetty taulukossa 3.

Taulukko 3.

Näyte # hankaavia partikkeleita Näyte 1 0,0 p-% Näyte 2 0,01 p-% Näyte 3 0, 02 p-% Näyte 4 0,03 p-% Näyte 5 0,05 p-% Näyte 6 0,07 p-%

Hankaavat partikkelit käsittivät boorikarbi-10 dijauhetta, joka muodostui suuresta määrästä boorikar- ^ bidipartikkeleita; boorikarbidipartikkelien keskimääri räinen halkaisijakoko vaihteli välillä 1 pm - 3 pm.

ö Näytteet lisättiin edelleen 10W40-perusöljyyn, niin ^ että perusöljy sisälsi 2,2 p-% lisäainetta, o 15 Muodostettujen voiteluaineiden, eli perusöl- cc Q- jyn, joka käsitti voiteluaineen lisäainetta, joka kä- ^ sitti eri määriä hankaavia partikkeleita, kitkaa väin hentävät ominaisuudet määritettiin seuraavassa labora- δ toriotutkimuksessa. Mittausjärjestely käsitti teräs- c\j 20 näytteen, joka järjestettiin terässylinterin päälle 12 terässylinterin pyörimisakselin ollessa vaakatasossa. Näytteen päälle ladattiin eri painoja, jotka painoivat sitä sylinterin pyörivää pintaa vasten. Näytteen ja sylinterin kosketuspinnoille kohdistettu paine oli 5 luonnollisesti suhteessa painon massaan. Tutkimus suoritettiin kolmella eri paineella, eli kolmella eri painolla. Suoritettiin yhteensä 18 koeajoa; kohtaan, jossa näytteen pinta oli kosketuksessa pyörivään sylinteriin, levitettiin kuutta voiteluainetta, jotka 10 käsittivät eri lisäainekoostumuksia. Sylinterin pyörimisnopeus pidettiin vakiona jokaisessa 60 minuutin koeajossa; tämän jakson aikana näyte pysyi painettuna sylinterin pyörivää pintaa vasten. Sekä sylinteri että näyte oli tehty mx-15-luokan teräksestä (vastaa luoki-15 tusta US A295 52100).

Kunkin koeajon jälkeen mitattiin näytteen eri ominaisuuksia, sen jälkeen näyte vaihdettiin ja suoritettiin uusi koejakso. Mitattiin seuraavat ominaisuudet : 20 · näytteen massa mitattiin ennen koet ta ja sen jälkeen mekaanisen kulumisen, eli pyörivän kiekon näytteen pinnalta poistaman teräksen määrän, määrittämiseksi, • näytteen mekaaninen kuluminen koh-25 dassa, jossa näyte oli kosketuksessa pyörivään sylinteriin, määritettiin optisesti mikroskoopil- 19-, ^ · näytteen lämpötilaa kosketuspinnalla ό tarkkailtiin termoparilla.

i ^ 30 Taulukossa 4 on esitetty koejärjestelyn eri paramet- x rit.

cc

CL

Taulukko 4.

” Sylinterin paksuus 3 5±0,5 mm m--

Sylinterin läpimitta 24+0 5 mm δ CVJ Näytteen läpimitta 6,3 + 0,5 mm Näytteen kovuus 62-64 13

Kosketuspintojen samansuuntaisuuden poikkeama < 1 K™

Kosketuspinnan karkeusaste Ra < 0 63

Sylinterin aksiaalinen pyörimisti- 14qo RPM

_heys__

Radiaalipoikkeama (radiaalisen _liikkeen vaihtelu) ' _

Testikappaleelle lisätty paino wx Q 124 , (= 700 Mpa) _(vastaa painetta ρχ) '_ ^es ti kappaleelle lisätty paino w2 (= 16Q() Mpa) (vastaa painetta p2)

Testikappaleelle lisätty paino w3 (= 2600 Mpa) (vastaa painetta p3)

Kuvassa 1 on esitetty näytteen kosketuspinnan kokonaiskuluminen, Δια, käytetyn paineen funktiona kuudella eri voiteluaineiden lisäainekoostumuksella. Ku-5 kin kuvaaja vastaa lisäainekoostumusta, joka käsittää 0,0 p-% - 0,07 p-% hankaavia partikkeleita. Tulokset kokeista, joissa näytteen ja sylinterin kosketuspinnoille kohdistettiin 700 MPa:n paine, osoittavat, että kokonaiskuluminen on samanlaista kaikilla testatuilla 10 voiteluaineen lisäainekoostumuksilla, mikä osoittaa, että hankaavien partikkelien tarkka määrä voiteluaineen lisäaineessa ei ole merkityksellinen noin 700 MPa:n paineilla.

Tulokset kokeista, joissa kosketuspinnoille 15 kohdistettiin 1600 MPa:n paine, osoittavat, että näytteessä ei esiinny mekaanista kulumista tapauksissa, joissa kosketuspinnoille levitettiin voiteluaineita, ^ jotka käsittivät lisäainekoostumuksia, jotka käsitti- o vät 0,01 p-%, 0,02 p-% ja 0,05 p-% hankaavia partikke- ό 20 leita. Näissä tapauksissa havaittu noin 0,05 mg: n - ^ noin 0,1 mg:n lisämassa selittyy suojaavan metallikal- ° von muodostumisella näytteen pinnalle, x £ Tulokset koeajoista, jotka suoritettiin 2600 oj MPa:n paineessa, osoittavat, että koeajon jälkeen in 25 näytteen massa kasvoi neljässä tapauksessa ja pieneni q kahdessa tapauksessa. Näytteen mekaanista kulumista c\j osoittava pienempi massa havaittiin voiteluaineella, 14 joka käsitti lisäainekoostumuksia, jotka käsittivät 0,0 p-% ja 0,07 p-% hankaavia partikkeleita. Tulokset voiteluaineista, jotka käsittivät lisäainekoostumuksia, jotka käsittivät 0,01 p-%, 0,02 p-%, 0,03 p-% ja 5 0,05 p-% hankaavia partikkeleita, osoittavat, että näytteen massa kasvoi noin 0,1 mgrsta noin 0,2 mg:aan, koska sen pinnalle muodostui suojaava metallikalvo.

Kuvassa 2 on esitetty näytteen kulumisen läpimitta kosketuskohdassa pyörivän sylinterin kanssa, 10 eli kitkakohdassa, käytetyn paineen funktiona kuudella eri voiteluaineen lisäainekoostumuksella. Tulokset osoittavat, että 2600 MPa:n paineella suoritettujen koeajojen jälkeen näytteessä havaitun kulumisen läpimitta oli 0,5 mm tai vähemmän tapauksissa, joissa voi-15 teluaine sisälsi lisäainekoostumusta, joka käsitti 0,01 p-% - 0,07 p-% hankaavia partikkeleita. Näytteen pinnalla havaittiin enemmän kulumista, kun käytetty voiteluaine käsitti lisäainekoostumusta, jossa ei ollut hankaavia partikkeleita. Tässä tapauksessa kulumi-20 sen läpimitta oli 0,6 mm.

Kuvassa 3 on esitetty näytteen lämpötilan-vaihtelusuhde koeajan funktiona, AT/At, käytetyllä 2600 MPa:n paineella kunkin koeajon ensimmäisen viiden minuutin aikana. Näytteen lämpötilanvaihtelu kitkako-25 keessa osoittaa järjestelmän (tässä: pyörivän sylinterin) kineettisen energian muuttumisen lämmöksi. Mitä ^ suurempi näytteen lämpötilan nousu on koeajon aikana, o sitä enemmän kitkaa on näytteen ja pyörivän sylinterin ό välillä. Teollisissa sovelluksissa pienet lämpötilan- ^ 30 vaihtelut ovat tietysti toivottavia. Pienimmät lämpö- o tilanvaihtelusuhteet havaitaan lisäainekoostumuksilla, x £ jotka käsittävät 0,01 p-% ja 0,02 p-% hankaavia par- tikkeleita, mikä osoittaa, että näissä olosuhteissa m suojaava ohut metallikalvo muodostuu kitkapinnoille o 35 nopeammin kuin muissa tutkituissa tapauksissa. Edel- c\j leen kuvasta 2 näkyy, että lisäainekoostumuksilla, 15 jotka käsittävät 0,01 p-% ja 0,02 p-% hankaavia partikkeleita, saavutetaan tasainen lämpötilanvaihte-lusuhde, joka on noin 1,2 °C/min, noin 30 sekunnissa koeajon alkamisesta. Kun käytetään voiteluaineita, 5 jotka käsittävät lisäainekoostumuksia, jotka käsittävät 0,0 p-% tai yli 0,03 p-% hankaavia partikkeleita, lämpötilanvaihtelusuhde laskee arvoon noin 1,2 °C/min kolmesta viiteen minuutin aikana, mikä on huomattavasti pidempi aika.

10 Kuvassa 4 on esitetty näytteen lämpötilan ko- konaismuutos, ΔΤ, kunkin 60 minuutin koeajon aikana. Tulokset vahvistavat, että lisäainekoostumukset, jotka käsittävät 0,01 p-% - 0,03 p-% hankaavia partikkeleita, pienentävät näytteen lämpötilan kokonaismuutosta 15 koeajon aikana ja siten vähentävät kitkasta johtuvaa energiahäviötä näytteen ja pyörivän sylinterin välillä verrattuna lisäainekoostumuksiin, jotka käsittävät 0,0 p-% tai yli 0,05 p-% hankaavia partikkeleita.

On tärkeää huomata, kuten alan asiantuntijal-20 le on selvää, että keksintöä ei rajata edellä kuvattuihin esimerkkeihin. Esillä olevan keksinnön todelliset suoritusmuodot voivat vaihdella vapaasti patenttivaatimusten puitteissa.

25 't δ c\j i o 1^ o

X

cc

CL

C\l

CO

δ δ

CM

Claims (9)

1. Voiteluaineen lisäainekoostumus, joka käsittää epäorgaanisten ja orgaanisten happojen metallisuoloja, tunnettu siitä, että lisäainekoostumus käsittää 5 0,005 p-% - 0,1 p-%, edullisesti 0,01 p-% - 0,05 p-%, edullisimmin 0,01 p-% - 0,03 p-% hankaavia partikke leita .

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen voiteluaineen lisä-ainekoostumus, tunnettu siitä, että hankaavien 10 partikkelien keskimääräinen halkaisijakoko on välillä 0,5 pm - 20 pm, edullisesti 1 pm - 10 pm, edullisimmin 1 pm - 3 pm.

3. Jonkin patenttivaatimuksista 1-2 mukainen voiteluaineen lisäainekoostumus, tunnettu siitä, että 15 hankaavien partikkelien kovuus on vähintään 7 Mohsin asteikolla.

4. Jonkin patenttivaatimuksista 1-3 mukainen voiteluaineen lisäainekoostumus, tunnettu siitä, että hankaavat partikkelit käsittävät boori-, hiili- ja/tai 20 maa-alkalimetalliryhmien alkuaineiden karbonaatteja, nitridejä, karbideja ja/tai oksideja. •Ί· δ c\j

° 5. Jonkin patenttivaatimuksista 1-4 mukainen voitein luaineen lisäainekoostumus, tunnettu siitä, että O x lisäainekoostumus käsittää vähintään yhden seuraavis- cr 25 ta: alifaattinen alkoholi, meripihkaimidijohdannainen, co aromaattinen amiini, epoksihartsi ja/tai 2- ^ iminosubstituoitu indoliini. δ C\J

6. Voiteluaineen lisäainekoostumuksen käyttö, jossa lisäainekoostumus käsittää epäorgaanisten ja orgaanisten happojen suoloja ja 0,005 p-% - 0,1 p-%, edullisesti 0,01 p-% - 0,05 p-%, edullisimmin 0,01 p-% - 5 0,03 p-% hankaavia partikkeleita, kitkapintojen suo jaamiseksi kulumiselta.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen koostumuksen käyttö, tunnettu siitä, että hankaavien partikkelien keskimääräinen halkaisijakoko on välillä 0,5 pm - 20 pm, 10 edullisesti 1 pm - 10 pm, edullisimmin 1 pm - 3 pm.

8. Jonkin patenttivaatimuksista 6-7 mukainen koostumuksen käyttö, tunnettu siitä, että lisäainekoostumus käsittää vähintään yhden seuraavista: alifaatti-nen alkoholi, meripihkaimidijohdannainen, aromaattinen 15 amiini, epoksihartsi ja/tai 2-iminosubstituoitu indo-liini.

9. Menetelmä kitkapintojen suojaamiseksi kulumiselta käsittäen - voiteluaineen, joka käsittää 1 p-% - 5 p-% 20 lisäainekoostumusta, joka käsittää epäor gaanisten ja orgaanisten happojen metal-? lisuoloja ja 0, 005 p-% - 0,1 p-%, edulli- ^ sesti 0,01 p-% - 0,05 p-%, edullisimmin p- 0,01 p-% - 0,03 p-% hankaavia partikkelei- o 25 ta, levittämisen kitkapinnoille. x cc CL C\l CO LO O CM