JP6265355B2 - Lubricating oil and lubrication system - Google Patents
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Description
本発明は、潤滑油に関し、詳しくは、表面にナノ結晶粒層を有する金属材料に適用する潤滑油、およびこれを用いた潤滑システムに関する。 The present invention relates to a lubricating oil, and more particularly to a lubricating oil applied to a metal material having a nanocrystal grain layer on a surface, and a lubricating system using the same.
金属材料への強加工により、結晶粒径が1μm未満であるナノ結晶組織が形成された材料を得る方法が知られている。ナノ結晶組織を持つ金属材料は、非常に高い強度や優れた靭性を有している。それ故、金属材料表面に強加工を施し、金属部品表層の硬化や圧縮残留応力の付与による疲労強度の向上を図ることが可能である。
これまで、ナノ結晶組織を得るための様々な強加工方法が考案されており、高圧下でねじり応力を与える方法や、ショットピーニングによる方法、すべり摩擦による方法などが知られている。たとえば、すべり摩擦による方法の一形態として、超硬チップを高速回転する試料の表面に押し当てることにより、表面にナノ結晶組織を形成する表層ナノ結晶粒化摩擦加工方法が知られている。この加工方法によれば、簡便に金属表面の硬度を上げることが可能であり、加工処理後の金属材料は強度、疲労特性および耐摩耗性にも優れている(特許文献1、2参照)。また、このような表面にナノ結晶粒層を有する金属材料に対して熱処理を行うことで、さらに表面硬度を上げた金属材料も知られている(特許文献3参照)。
There is known a method for obtaining a material in which a nanocrystalline structure having a crystal grain size of less than 1 μm is formed by strong processing of a metal material. A metal material having a nanocrystalline structure has very high strength and excellent toughness. Therefore, it is possible to improve the fatigue strength by subjecting the surface of the metal material to strong processing and hardening the surface layer of the metal part or applying compressive residual stress.
Until now, various strong processing methods for obtaining a nanocrystalline structure have been devised, and a method of applying a torsional stress under high pressure, a method of shot peening, a method of sliding friction, and the like are known. For example, as one form of the sliding friction method, a surface layer nanocrystallizing friction processing method is known in which a carbide tip is pressed against the surface of a sample that rotates at high speed to form a nanocrystalline structure on the surface. According to this processing method, it is possible to easily increase the hardness of the metal surface, and the metal material after the processing is excellent in strength, fatigue characteristics, and wear resistance (see Patent Documents 1 and 2). In addition, a metal material having a higher surface hardness by performing a heat treatment on the metal material having a nanocrystal grain layer on such a surface is also known (see Patent Document 3).
一方、特許文献1〜3に記載された金属材料は、安定して良好な摩擦特性(摩擦係数)を得ることが困難であった。 On the other hand, it is difficult for the metal materials described in Patent Documents 1 to 3 to stably obtain good friction characteristics (friction coefficient).
本発明は、表面にナノ結晶粒層を有する金属材料に対し、安定して良好な摩擦特性を与えることのできる潤滑油、およびこれを用いた潤滑システムを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a lubricating oil capable of stably giving good friction characteristics to a metal material having a nanocrystalline layer on the surface, and a lubricating system using the same.
本発明者らは、表面にナノ結晶粒層を有する金属材料に対して、各種潤滑剤の初期摩擦特性と経時後の摩擦特性を鋭意検討した。その結果、当初から摩擦係数が低く、かつ経時後も摩擦係数が大きく変化しない潤滑油を見出し、本発明を完成させたものである。
すなわち、本発明は、以下に示すような潤滑油および潤滑システムを提供するものである。
(1)表面にナノ結晶粒層を有する金属材料に適用される潤滑油であって、極性を有する有機化合物を配合してなることを特徴とする潤滑油。
(2)上述の(1)に記載の潤滑油において、前記極性を有する有機化合物が、ヘテロ原子および不飽和結合の少なくともいずれかを含む極性基を有することを特徴とする潤滑油。
(3)上述の(2)に記載の潤滑油において、前記極性基が、カルボニル基、チオカルボニル基、スルホニル基、スルフィニル基、ホスホリル基、チオホスホリル基,アミノ基、
水酸基およびアルケニル基のうち少なくともいずれかであることを特徴とする潤滑油。
(4)上述の(1)から(3)までのいずれか1つに記載の潤滑油において、前記極性を有する有機化合物が、エステル、アミドおよびα−オレフィンのうち少なくともいずれかであることを特徴とする潤滑油。
(5)上述の(1)から(4)までのいずれか1つに記載の潤滑油において、基油として鉱油あるいは合成油の少なくともいずれかを配合してなることを特徴とする潤滑油。
(6)上述の(1)から(5)までのいずれか1つに記載の潤滑油において、前記ナノ結晶粒層の厚みが10nm以上であることを特徴とする潤滑油。
(7)上述の(1)から(6)までのいずれか1つに記載の潤滑油において、前記金属材料は、前記ナノ結晶粒層より内層に焼き入れ組織を有することを特徴とする潤滑油。
(8)上述の(1)から(7)までのいずれか1つに記載の潤滑油において、前記金属材料が熱誘起相変態をする材料であることを特徴とする潤滑油。
(9)上述の(8)に記載の潤滑油において、前記金属材料が高炭素クロム鋼であることを特徴とする潤滑油。
(10)上述の(1)から(9)までのいずれか1つに記載の潤滑油を用いることを特徴とする潤滑システム。
The present inventors diligently examined the initial friction characteristics and the friction characteristics after aging of various lubricants with respect to a metal material having a nanocrystalline layer on the surface. As a result, the present inventors have completed the present invention by finding a lubricating oil having a low friction coefficient from the beginning and having a friction coefficient that does not change significantly even after aging.
That is, the present invention provides the following lubricating oil and lubricating system.
(1) A lubricating oil applied to a metal material having a nanocrystal grain layer on its surface, wherein the lubricating oil is blended with a polar organic compound.
(2) The lubricating oil according to (1) above, wherein the organic compound having the polarity has a polar group containing at least one of a hetero atom and an unsaturated bond.
(3) In the lubricating oil according to (2) above, the polar group is a carbonyl group, a thiocarbonyl group, a sulfonyl group, a sulfinyl group, a phosphoryl group, a thiophosphoryl group, an amino group,
A lubricating oil which is at least one of a hydroxyl group and an alkenyl group.
(4) The lubricating oil according to any one of (1) to (3) above, wherein the organic compound having the polarity is at least one of an ester, an amide, and an α-olefin. And lubricating oil.
(5) A lubricating oil according to any one of the above (1) to (4), wherein at least one of a mineral oil and a synthetic oil is blended as a base oil.
(6) The lubricating oil according to any one of (1) to (5) above, wherein the nanocrystal grain layer has a thickness of 10 nm or more.
(7) The lubricating oil according to any one of (1) to (6) above, wherein the metal material has a hardened structure in an inner layer from the nanocrystal grain layer. .
(8) The lubricating oil according to any one of (1) to (7), wherein the metal material is a material that undergoes a heat-induced phase transformation.
(9) The lubricating oil according to (8) above, wherein the metal material is high carbon chromium steel.
(10) A lubricating system using the lubricating oil according to any one of (1) to (9) above.
本発明によれば、表面にナノ結晶粒層を有する金属材料に対し、安定して良好な摩擦特性を与えることのできる潤滑油、およびこれを用いた潤滑システムを提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the lubricating oil which can provide a favorable favorable friction characteristic stably with respect to the metal material which has a nanocrystal grain layer on the surface, and a lubrication system using the same can be provided.
本発明は、表面にナノ結晶粒層を有する金属材料(以下、「本金属材料」ともいう。)に適用される潤滑油(以下、「本潤滑油」ともいう。)であって、極性を有する有機化合物を配合してなることを特徴とする。以下、本潤滑油について詳細に説明する。 The present invention is a lubricating oil (hereinafter also referred to as “the present lubricating oil”) applied to a metal material (hereinafter also referred to as “the present metallic material”) having a nanocrystal grain layer on the surface, and having a polarity. It is characterized by blending an organic compound. Hereinafter, the present lubricating oil will be described in detail.
〔ナノ結晶粒層を有する金属材料〕
ナノ結晶とは、その結晶粒の大きさ(長さ)が100nm以下の結晶をいい、ナノ結晶粒層とは、その結晶組織の少なくとも50%以上に前記したナノ結晶が含まれている組織をいう。ただし、ナノ結晶は、その結晶粒の大きさ(長さ)がいずれの方向においても100nm以下である必要はなく、少なくとも一方向において100nm以下であれば足りる趣旨である。すなわち、ナノ結晶は、必ずしも断面円形の結晶である必要はなく、断面偏平形状の結晶であってもよい。
また、ナノ結晶粒層は、前記したナノ結晶を少なくとも50%以上含むものであれば、混粒組織であることも可能であり、ナノ結晶以外の残部がどのような態様の結晶から構成されていてもよい。ナノ結晶粒の大きさは走査型電子顕微鏡(SEM)により観察することで測定できる。
[Metal material having nanocrystal grain layer]
A nanocrystal refers to a crystal having a crystal grain size (length) of 100 nm or less, and a nanocrystal grain layer refers to a structure in which the above-described nanocrystal is contained in at least 50% of the crystal structure. Say. However, the size (length) of the crystal grains of the nanocrystal does not need to be 100 nm or less in any direction, and is intended to be 100 nm or less in at least one direction. That is, the nanocrystal is not necessarily a crystal having a circular cross section, and may be a crystal having a flat cross section.
The nanocrystal grain layer may be a mixed grain structure as long as it contains at least 50% of the above-described nanocrystals, and the remainder other than the nanocrystals is composed of any form of crystals. May be. The size of the nanocrystal grains can be measured by observing with a scanning electron microscope (SEM).
このような本金属材料は、特開2003−39398号公報や再公表特許2005−070614号公報に開示された方法によって製造することができる。例えば、図1に示すような装置を用いて、高速回転する供試材(金属材料)の表面に硬い工具(超硬チップ等)を押し当てて摩擦加工を行えばよい。
ベースとなる金属材料としては、熱誘起相変態をする材料であることが好ましく、高炭素クロム鋼であることがより好ましい。本金属材料の具体的な製造方法については、後述する。
なお、本金属材料に対し、さらに焼入れを行ってもよい(特開2011-105991号公報参照)。
Such a metal material can be produced by the methods disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-39398 and Republished Patent Document 2005-070614. For example, using an apparatus as shown in FIG. 1, friction processing may be performed by pressing a hard tool (such as a carbide tip) against the surface of a test material (metal material) that rotates at high speed.
The metal material used as a base is preferably a material that undergoes a heat-induced phase transformation, and more preferably a high carbon chromium steel. A specific method for producing the metal material will be described later.
Note that the present metal material may be further quenched (see JP 2011-105991 A).
〔極性を有する有機化合物〕
本潤滑油に用いられる極性を有する有機化合物は、酸素、硫黄、リン、窒素などのヘテロ原子や、二重結合などの不飽和結合を含む極性基を有するものが好ましく挙げられる。
本金属材料は、高炭素クロム鋼のような熱誘起相変態をする金属材料の表層をナノ結晶粒化することで得られるが、表面には転位、空孔などの格子欠陥ができ、電子の偏りが存在していると考えられる。この電子の偏りに対応した上記極性を有する有機化合物を配合することにより低摩擦で、かつ摩擦係数の変化の少ない潤滑油が得られるものと推定される。
上記した極性を有する有機化合物の配合量は、潤滑性の観点より潤滑油全量基準で0.05質量%以上が好ましく、0.1質量%以上であることがより好ましい。
[Organic compound having polarity]
Preferred examples of the organic compound having polarity used in the present lubricating oil include those having a polar group containing a hetero atom such as oxygen, sulfur, phosphorus and nitrogen and an unsaturated bond such as a double bond.
This metal material can be obtained by nanocrystallizing the surface layer of a metal material that undergoes a heat-induced phase transformation such as high-carbon chromium steel, but the surface has lattice defects such as dislocations and vacancies, and electron There seems to be a bias. It is presumed that a lubricating oil with low friction and little change in friction coefficient can be obtained by blending the organic compound having the above polarity corresponding to this electron bias.
The blending amount of the organic compound having the above polarity is preferably 0.05% by mass or more, more preferably 0.1% by mass or more based on the total amount of the lubricating oil from the viewpoint of lubricity.
極性基の具体例としては、カルボニル基、チオカルボニル基、スルホニル基、スルフィニル基、ホスホリル基、チオホスホリル基,アミノ基、水酸基およびアルケニル基などが好ましく挙げられる。
このような極性基を備えることで化合物全体として極性を有することになる。極性を有する有機化合物の具体例としては、エステル類、脂肪酸類、リン酸エステル類(リン酸トリエステル、酸性リン酸エステル(リン酸モノエステル、リン酸ジエステル)、亜リン酸エステル、および酸性亜リン酸エステルなど)、スルホネート類、アミン類、アミド類、イミド類、アルコール類、およびオレフィン類などが好ましく用いられる。
また、スルフィド類(スルフィド、ジスルフィド等)や複素環式化合物も好適である。硫黄を有する複素環式化合物としては、チオフェン類などが挙げられ、窒素を有する複素環式化合物としては、ピリジン類、キノリン類、インドール類、およびカルバゾール類などが挙げられる。
Specific examples of the polar group are preferably a carbonyl group, a thiocarbonyl group, a sulfonyl group, a sulfinyl group, a phosphoryl group, a thiophosphoryl group, an amino group, a hydroxyl group, and an alkenyl group.
By providing such a polar group, the entire compound has polarity. Specific examples of the organic compound having polarity include esters, fatty acids, phosphate esters (phosphate triester, acid phosphate ester (phosphate monoester, phosphate diester), phosphite ester, and acid suboxide. Phosphates, etc.), sulfonates, amines, amides, imides, alcohols, olefins and the like are preferably used.
Further, sulfides (sulfides, disulfides, etc.) and heterocyclic compounds are also suitable. Examples of the heterocyclic compound having sulfur include thiophenes, and examples of the heterocyclic compound having nitrogen include pyridines, quinolines, indoles, and carbazoles.
エステル類としては、モノエステル、ジエステル、芳香族系および脂肪族系のいずれでもよい。
エステルを構成する脂肪酸としては、例えば、炭素原子数6以上60以下のモノカルボン酸やジカルボン酸が好ましく挙げられる。具体的には、カプロン酸、カプリル酸、ノナン酸、ラウリン酸、ステアリン酸、オレイン酸、リシノレイン酸、ヒドロキシ脂肪酸(例えば、リシノール酸、12−ヒドロキシステアリン酸等)、アラキン酸、ベヘン酸、メリシン酸、イソノナン酸、ネオデカン酸、イソステアリン酸、ナフテン酸、アジピン酸、セバシン酸、ドデカン二酸、モノまたはジヒドロキシアラキン酸、オレイン酸、リシノール酸、リシノレイン酸、およびヒドロキシステアリン酸等が挙げられる。
Esters may be any of monoesters, diesters, aromatics and aliphatics.
Preferred examples of the fatty acid constituting the ester include monocarboxylic acids and dicarboxylic acids having 6 to 60 carbon atoms. Specifically, caproic acid, caprylic acid, nonanoic acid, lauric acid, stearic acid, oleic acid, ricinoleic acid, hydroxy fatty acids (for example, ricinoleic acid, 12-hydroxystearic acid, etc.), arachidic acid, behenic acid, melicic acid , Isononanoic acid, neodecanoic acid, isostearic acid, naphthenic acid, adipic acid, sebacic acid, dodecanedioic acid, mono- or dihydroxyarachidic acid, oleic acid, ricinoleic acid, ricinoleic acid, and hydroxystearic acid.
エステルを構成するアルコールとしては、直鎖状または分岐状のいずれでもよく、また飽和または不飽和のいずれでもよい。飽和アルコールの具体例としては、エタノール、プロパノール、ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、ヘプタノール、オクタノール、ノニルアルコール、デシルアルコール、ウンデシルアルコール、ドデシルアルコール、トリデシルアルコール、テトラデシルアルコール、ペンタデシルアルコール、ヘキサデシルアルコール、へプタデシルアルコール、およびオクタデシルアルコールが挙げられる。不飽和アルコールの具体例としては、エテニルアルコール、プロペニルアルコール、ブテニルアルコール、ペンチニルアルコール、ヘキセニルアルコール、ペプテニルアルコール、ノネニルアルコール、デセニルアルコール、ウンデセニルアルコール、ドデセニルアルコール、トリデセニルアルコール、テトラデセニルアルコール、ペンタデセニルアルコール、ヘキサデセニルアルコール、ヘプタデセニルアルコール、オクタデセニルアルコールが挙げられる。 The alcohol constituting the ester may be linear or branched, and may be either saturated or unsaturated. Specific examples of saturated alcohols include ethanol, propanol, butanol, pentanol, hexanol, heptanol, octanol, nonyl alcohol, decyl alcohol, undecyl alcohol, dodecyl alcohol, tridecyl alcohol, tetradecyl alcohol, pentadecyl alcohol, hexadecyl. Alcohol, heptadecyl alcohol, and octadecyl alcohol are mentioned. Specific examples of the unsaturated alcohol include ethenyl alcohol, propenyl alcohol, butenyl alcohol, pentynyl alcohol, hexenyl alcohol, peptenyl alcohol, nonenyl alcohol, decenyl alcohol, undecenyl alcohol, and dodecenyl alcohol. , Tridecenyl alcohol, tetradecenyl alcohol, pentadecenyl alcohol, hexadecenyl alcohol, heptadecenyl alcohol, and octadecenyl alcohol.
上記したエステルは、必ずしも上記したカルボン酸とアルコールから製造する必要はなく、エステル交換法など他の方法で製造してもよい。
上記エステルの具体例としては、ステアリン酸ブチル、ステアリン酸オクチル、オレイン酸ブチル、オレイン酸ヘキシル、オレイン酸2−エチルヘキシル、およびイソデシルアジペートなどが挙げられる。
以上、モノエステルとジエステルのみ例示したが、他の構造のエステルでもよい。
脂肪酸類としては、上記したエステルを構成する脂肪酸として挙げたものが好適に用いられる。
The above-described ester is not necessarily produced from the above-described carboxylic acid and alcohol, and may be produced by other methods such as a transesterification method.
Specific examples of the ester include butyl stearate, octyl stearate, butyl oleate, hexyl oleate, 2-ethylhexyl oleate, and isodecyl adipate.
In the above, only monoesters and diesters are illustrated, but esters having other structures may be used.
As the fatty acids, those listed as fatty acids constituting the above-mentioned esters are preferably used.
リン酸エステル類のうちリン酸トリエステルとしては、トリアリールホスフェート、トリアルキルホスフェート、トリアルキルアリールホスフェート、トリアリールアルキルホスフルキルホスフェート、トリアルケニルホスフェートなどがあり、具体的には、トリフェニルホスフェート、トリクレジルホスフェート、ベンジルジフェニルホスフェート、エチルジフェニルホスフェート、トリブチルホスフェート、エチルジブチルホスフェート、クレジルジフェニルホスフェート、ジクレジルフェニルホスフェート、エチルフェニルジフェニルホスフェート、ジ(エチルフェニル)フェニルホスフェート、プロピルフェニルジフェニルホスフェート、ジ(プロピルフェニル)フェニルホスフェート、トリエチルフェニルホスフェート、トリプロピルフェニルホスフェート、ブチルフェニルジフェニルホスフェート、ジ(ブチルフェニル)フェニルホスフェート、トリブチルフェニルホスフェート、トリヘキシルホスフェート、トリ(2−エチルヘキシル)ホスフェート、トリデシルホスフェート、トリラウリルホスフェート、トリミリスチルホスフェート、トリパルミチルホスフェート、トリステアリルホスフェート、およびトリオレイルホスフェートなどを挙げることができる。 Among phosphate esters, phosphate triesters include triaryl phosphate, trialkyl phosphate, trialkylaryl phosphate, triarylalkyl phosphate fluoride, trialkenyl phosphate, and the like. Specifically, triphenyl phosphate, trialkyl phosphate, Cresyl phosphate, benzyl diphenyl phosphate, ethyl diphenyl phosphate, tributyl phosphate, ethyl dibutyl phosphate, cresyl diphenyl phosphate, dicresyl phenyl phosphate, ethyl phenyl diphenyl phosphate, di (ethylphenyl) phenyl phosphate, propylphenyl diphenyl phosphate, di (propyl Phenyl) phenyl phosphate, triethylphenyl phosphate, tripro Ruphenyl phosphate, butylphenyl diphenyl phosphate, di (butylphenyl) phenyl phosphate, tributylphenyl phosphate, trihexyl phosphate, tri (2-ethylhexyl) phosphate, tridecyl phosphate, trilauryl phosphate, trimyristyl phosphate, tripalmityl phosphate, Tristearyl phosphate, trioleyl phosphate and the like can be mentioned.
酸性リン酸エステルとしては、2−エチルヘキシルアシッドホスフェート、エチルアシッドホスフェート、ブチルアシッドホスフェート、オレイルアシッドホスフェート、テトラコシルアシッドホスフェート、イソデシルアシッドホスフェート、ラウリルアシッドホスフェート、トリデシルアシッドホスフェート、ステアリルアシッドホスフェート、およびイソステアリルアシッドホスフェートなどを挙げることができる。
亜リン酸エステルとしては、トリエチルホスファイト、トリブチルホスファイト、トリフェニルホスファイト、トリクレジルホスファイト、トリ(ノニルフェニル)ホスファイト、トリ(2−エチルヘキシル)ホスファイト、トリデシルホスファイト、トリラウリルホスファイト、トリイソオクチルホスファイト、ジフェニルイソデシルホスファイト、トリステアリルホスファイト、およびトリオレイルホスファイトなどを挙げることができる。
酸性亜リン酸エステルとしては、ジブチルハイドロゲンホスファイト、ジラウリルハイドロゲンホスファイト、ジオレイルハイドロゲンホスファイト、ジステアリルハイドロゲンホスファイト、およびジフェニルハイドロゲンホスファイトなどを挙げることができる。
リン酸エステル類の中で、トリクレジルホスフェート、およびトリフェニルホスフェートが潤滑性の観点より好適である。
Acid phosphates include 2-ethylhexyl acid phosphate, ethyl acid phosphate, butyl acid phosphate, oleyl acid phosphate, tetracosyl acid phosphate, isodecyl acid phosphate, lauryl acid phosphate, tridecyl acid phosphate, stearyl acid phosphate, and Examples thereof include isostearyl acid phosphate.
Phosphites include triethyl phosphite, tributyl phosphite, triphenyl phosphite, tricresyl phosphite, tri (nonylphenyl) phosphite, tri (2-ethylhexyl) phosphite, tridecyl phosphite, trilauryl Examples thereof include phosphite, triisooctyl phosphite, diphenylisodecyl phosphite, tristearyl phosphite, and trioleyl phosphite.
Examples of the acidic phosphite include dibutyl hydrogen phosphite, dilauryl hydrogen phosphite, dioleyl hydrogen phosphite, distearyl hydrogen phosphite, and diphenyl hydrogen phosphite.
Among phosphate esters, tricresyl phosphate and triphenyl phosphate are preferable from the viewpoint of lubricity.
スルホネート類としては、アルカリ土類金属スルホネートが好ましく用いられる。アルカリ土類金属スルホネートとしては、過塩基性のものが好ましい。具体的には、全塩基価(TBN)が100mgKOH/g以上であることが好ましく、300mgKOH/g以上であることがより好ましい。アルカリ土類金属としては、CaやMgが好適である。 As the sulfonates, alkaline earth metal sulfonates are preferably used. The alkaline earth metal sulfonate is preferably overbased. Specifically, the total base number (TBN) is preferably 100 mgKOH / g or more, and more preferably 300 mgKOH / g or more. As the alkaline earth metal, Ca and Mg are suitable.
アミン類としては、モノ置換アミンの例として、ブチルアミン、ペンチルアミン、ヘキシルアミン、シクロヘキシルアミン、オクチルアミン、ラウリルアミン、ステアリルアミン、オレイルアミン、ベンジルアミンなどを挙げることができ、ジ置換アミンの例として、ジブチルアミン、ジペンチルアミン、ジヘキシルアミン、ジシクロヘキシルアミン、ジオクチルアミン、ジラウリルアミン、ジステアリルアミン、ジオレイルアミン、ジベンジルアミン、ステアリル・モノエタノールアミン、デシル・モノエタノールアミン、ヘキシル・モノプロパノールアミン、ベンジル・モノエタノールアミン、フェニル・モノエタノールアミン、トリル・モノプロパノールアミンなどを挙げることができ、トリ置換アミンの例として、トリブチルアミン、トリペンチルアミン、トリヘキシルアミン、トリシクロヘキシルアミン、トリオクチルアミン、トリラウリルアミン、トリステアリルアミン、トリオレイルアミン、トリベンジルアミン、ジオレイル・モノエタノールアミン、ジラウリル・モノプロパノールアミン、ジオクチル・モノエタノールアミン、ジヘキシル・モノプロパノールアミン、ジブチル・モノプロパノールアミン、オレイル・ジエタノールアミン、ステアリル・ジプロパノールアミン、ラウリル・ジエタノールアミン、オクチル・ジプロパノールアミン、ブチル・ジエタノールアミン、ベンジル・ジエタノールアミン、フェニル・ジエタノールアミン、トリル・ジプロパノールアミン、キシリル・ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、トリプロパノールアミンなどを挙げることができる。 Examples of the amines include butylamine, pentylamine, hexylamine, cyclohexylamine, octylamine, laurylamine, stearylamine, oleylamine, benzylamine and the like as examples of monosubstituted amines. Dibutylamine, dipentylamine, dihexylamine, dicyclohexylamine, dioctylamine, dilaurylamine, distearylamine, dioleylamine, dibenzylamine, stearyl monoethanolamine, decyl monoethanolamine, hexyl monopropanolamine, benzyl Examples include monoethanolamine, phenyl monoethanolamine, tolyl monopropanolamine, and examples of trisubstituted amines include tributylamine. Tripentylamine, trihexylamine, tricyclohexylamine, trioctylamine, trilaurylamine, tristearylamine, trioleylamine, tribenzylamine, dioleyl monoethanolamine, dilauryl monopropanolamine, dioctyl monoethanolamine, dihexyl Monopropanolamine, dibutyl monopropanolamine, oleyl diethanolamine, stearyl dipropanolamine, lauryl diethanolamine, octyl dipropanolamine, butyl diethanolamine, benzyl diethanolamine, phenyl diethanolamine, tolyl dipropanolamine, xylyl Diethanolamine, triethanolamine, tripropanolamine, etc. It can be mentioned.
アミド類としては、上記した脂肪酸類と上記したアミン類とから得られるものが挙げられる。
イミド類としては、モノタイプ及びビスタイプのアルキルコハク酸イミド、アルケニルコハク酸イミドが好適に用いられる。アルケニル基としては、ポリブテニル基、ポリイソブテニル基、エチレン−プロピレン共重合体を挙げることができ、アルキル基としてはこれらを水添したものである。好適なアルケニル基としては、ポリブテニル基又はポリイソブテニル基が挙げられる。
アルコール類としては、上記したエステルを構成するものが好適に用いられる。
Examples of amides include those obtained from the above fatty acids and the above amines.
As the imides, mono-type and bis-type alkyl succinimides and alkenyl succinimides are preferably used. Examples of the alkenyl group include a polybutenyl group, a polyisobutenyl group, and an ethylene-propylene copolymer, and the alkyl group is a hydrogenated form thereof. Suitable alkenyl groups include polybutenyl or polyisobutenyl groups.
As alcohols, those constituting the above-mentioned esters are preferably used.
オレフィン類としては、α−オレフィンが例示できる。α−オレフィンとしては、炭素数6以上18以下のものが好ましく、炭素数8以上16以下のものがより好ましく、炭素数10以上16以下のものがさらに好ましく、炭素数12以上16以下ものが最も好ましい。このようなα−オレフィンとしては直鎖状のものが潤滑性の観点より好ましい。
炭素数が5以下のα−オレフィンを用いると、成分が揮発しやすく、一方、炭素数が19以上のα−オレフィンは、潤滑油としたときに固体状となるおそれがあり、安定性の点で使用が困難である。
α−オレフィンの具体例としては、1−ヘキセン、1−オクテン、1−デセン、1−ドデセン、1−テトラデセン、1−ヘキサデセン、1−オクタデセンあるいはこれらの混合物などを挙げることができる。これらのα−オレフィンは、様々な製法によって得たものを用いることができる、例えばエチレンを通常の手段で重合させて得たエチレンオリゴマーを使用することができる。
Examples of olefins include α-olefins. The α-olefin is preferably those having 6 to 18 carbon atoms, more preferably those having 8 to 16 carbon atoms, still more preferably those having 10 to 16 carbon atoms, and most preferably those having 12 to 16 carbon atoms. preferable. As such an α-olefin, a linear one is preferable from the viewpoint of lubricity.
When an α-olefin having 5 or less carbon atoms is used, the components are likely to volatilize. On the other hand, an α-olefin having 19 or more carbon atoms may become a solid when used as a lubricating oil. It is difficult to use.
Specific examples of the α-olefin include 1-hexene, 1-octene, 1-decene, 1-dodecene, 1-tetradecene, 1-hexadecene, 1-octadecene, and mixtures thereof. As these α-olefins, those obtained by various production methods can be used. For example, ethylene oligomers obtained by polymerizing ethylene by usual means can be used.
本発明においては、必要に応じて所定の基油を配合してもよい。基油としては通常使用される鉱油や合成油が、単独またはそれぞれより選ばれる2種以上の混合物として用いられる。例えば、1種以上の鉱油、1種以上の合成油、1種以上の鉱油と1種以上の合成油との混合油等を挙げることができる。鉱油としては、例えば原油を常圧蒸留して得られる常圧残油を減圧蒸留して得られた潤滑油留分を、溶剤脱れき、溶剤抽出、水素化分解、溶剤脱ろう、および水素化精製等の処理を1つ以上行って精製したもの、あるいは鉱油系ワックスやフィッシャ−トロプシュプロセス等により製造されるワックス(ガストゥリキッドワックス)を異性化することによって製造される基油等が挙げられる。鉱油のなかでも、API分類のグループ2以上のものが好ましい。グループ2以上の鉱油を用いることで、潤滑油の酸化安定性を良好に保つとともに、良好な潤滑特性を得ることができる。 In the present invention, a predetermined base oil may be blended as necessary. As the base oil, commonly used mineral oils and synthetic oils are used alone or as a mixture of two or more selected from each. Examples thereof include one or more mineral oils, one or more synthetic oils, a mixed oil of one or more mineral oils and one or more synthetic oils, and the like. As mineral oil, for example, a lubricating oil fraction obtained by distillation under reduced pressure of atmospheric residual oil obtained by atmospheric distillation of crude oil can be subjected to solvent removal, solvent extraction, hydrocracking, solvent dewaxing, and hydrogenation. Examples include base oils produced by isomerizing waxes produced by performing one or more treatments such as refining, mineral oil waxes, Fischer-Tropsch processes, etc. . Among the mineral oils, those of API classification group 2 or more are preferred. By using a group 2 or higher mineral oil, the oxidation stability of the lubricating oil can be kept good and good lubricating characteristics can be obtained.
一方、合成油としては、α−オレフィンの重合体(PAO)、その水素添加物、ポリオールエステル、アルキルベンゼンやアルキルナフタレン等の芳香族系合成油、ポリアルキレングリコール等が挙げられる。これらの合成油のうち、極性を有するものは、前記極性化合物としての効果をも奏する。 On the other hand, examples of the synthetic oil include α-olefin polymers (PAO), hydrogenated products thereof, polyol esters, aromatic synthetic oils such as alkylbenzene and alkylnaphthalene, and polyalkylene glycols. Among these synthetic oils, those having polarity also have an effect as the polar compound.
PAOとしては、α−オレフィンの低分子量重合体(オリゴマー)が好ましく用いられる。モノマーであるα−オレフィンの炭素数としては、粘度指数や蒸発性の観点より6から20までが好ましいが、8から16までがより好ましく、特に10から14までがさらに好ましい。具体的には、1−オクテンや1−デセンなどが挙げられる。
また、PAOとしては、低蒸発性の観点よりα−オレフィンの3量体が好ましいが、目的とする性状にあわせ、α−オレフィンの炭素数とその配合比、重合度を適宜調節すればよい。α−オレフィンの重合触媒としては、BF3触媒、AlCl3触媒、チーグラー型触媒、メタロセン触媒などが使用可能である。
As the PAO, a low molecular weight polymer (oligomer) of α-olefin is preferably used. The number of carbon atoms of the α-olefin as the monomer is preferably 6 to 20 from the viewpoint of viscosity index and evaporability, more preferably 8 to 16, and even more preferably 10 to 14. Specific examples include 1-octene and 1-decene.
Further, as the PAO, an α-olefin trimer is preferable from the viewpoint of low evaporation, but the carbon number of the α-olefin, its blending ratio, and the degree of polymerization may be appropriately adjusted in accordance with the intended properties. As the α-olefin polymerization catalyst, a BF 3 catalyst, an AlCl 3 catalyst, a Ziegler type catalyst, a metallocene catalyst, or the like can be used.
本潤滑油の好ましい40℃動粘度は、5mm2/s以上4000mm2/s以下であり、より好ましくは7mm2/s以上2000mm2/s以下であり、さらに好ましくは10mm2/s以上500mm2/s以下である。 The preferable 40 ° C. kinematic viscosity of the lubricating oil is 5 mm 2 / s or more and 4000 mm 2 / s or less, more preferably 7 mm 2 / s or more and 2000 mm 2 / s or less, and further preferably 10 mm 2 / s or more and 500 mm 2 or less. / S or less.
〔添加剤〕
本潤滑油には、本発明の目的を損なわない範囲で各種の添加剤を配合することができる。
これらの添加剤としては、酸化防止剤、油性剤、極圧剤、清浄分散剤、防錆剤、金属不活性化剤、粘度指数向上剤、流動点降下剤、および消泡剤などを挙げることができる.これらは一種を単独でまたは二種以上を組み合わせて用いることができる。
〔Additive〕
Various additives can be blended in the lubricating oil as long as the object of the present invention is not impaired.
These additives include antioxidants, oily agents, extreme pressure agents, cleaning dispersants, rust inhibitors, metal deactivators, viscosity index improvers, pour point depressants, and antifoaming agents. Is possible. These can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.
酸化防止剤としては、従来の炭化水素系合成潤滑油に使用されているアミン系酸化防止剤、フェノール系酸化防止剤および硫黄系酸化防止剤を使用することができる。これらの酸化防止剤は、一種を単独でまたは二種以上を組み合わせて用いることができる。
アミン系酸化防止剤としては、例えば、モノオクチルジフェニルアミン、モノノニルジフェニルアミンなどのモノアルキルジフェニルアミン系化合物、4,4’−ジブチルジフェニルアミン、4,4’−ジペンチルジフェニルアミン、4,4’−ジヘキシルジフェニルアミン、4,4’−ジヘプチルジフェニルアミン、4,4’−ジオクチルジフェニルアミン、4,4’−ジノニルジフェニルアミンなどのジアルキルジフェニルアミン系化合物、テトラブチルジフェニルアミン、テトラヘキシルジフェニルアミン、テトラオクチルジフェニルアミン、テトラノニルジフェニルアミンなどのポリアルキルジフェニルアミン系化合物、α−ナフチルアミン、フェニル−α−ナフチルアミン、ブチルフェニル−α−ナフチルアミン、ペンチルフェニル−α−ナフチルアミン、ヘキシルフェニル−α−ナフチルアミン、ヘプチルフェニル−α−ナフチルアミン、オクチルフェニル−α−ナフチルアミン、ノニルフェニル−α−ナフチルアミンなどのナフチルアミン系化合物が挙げられる。
As the antioxidant, amine-based antioxidants, phenol-based antioxidants and sulfur-based antioxidants used in conventional hydrocarbon-based synthetic lubricating oils can be used. These antioxidants can be used singly or in combination of two or more.
Examples of the amine antioxidant include monoalkyl diphenylamine compounds such as monooctyl diphenylamine and monononyl diphenylamine, 4,4′-dibutyldiphenylamine, 4,4′-dipentyldiphenylamine, 4,4′-dihexyldiphenylamine, 4 , 4′-diheptyldiphenylamine, 4,4′-dioctyldiphenylamine, dialkyldiphenylamine compounds such as 4,4′-dinonyldiphenylamine, polyalkyl such as tetrabutyldiphenylamine, tetrahexyldiphenylamine, tetraoctyldiphenylamine, tetranonyldiphenylamine Diphenylamine compounds, α-naphthylamine, phenyl-α-naphthylamine, butylphenyl-α-naphthylamine, pentylphenyl-α-na Ethylamine, hexyl phenyl -α- naphthylamine, heptylphenyl -α- naphthylamine, octylphenyl -α- naphthylamine, and naphthylamine-based compounds such as nonylphenyl -α- naphthylamine.
フェノール系酸化防止剤としては、例えば、2,6−ジ−tert−ブチル−4−メチルフェノール、2,6−ジ−tert−ブチル−4−エチルフェノールなどのモノフェノール系化合物、4,4’−メチレンビス(2,6−ジ−tert−ブチルフェノール)、2,2’−メチレンビス(4−エチル−6−tert−ブチルフェノール)などのジフェノール系化合物が挙げられる。
硫黄系酸化防止剤としては、例えば、2,6−ジ−tert−ブチル−4−(4,6−ビス(オクチルチオ)−1,3,5−トリアジン−2−イルアミノ)フェノール、五硫化リンとピネンとの反応物などのチオテルペン系化合物、ジラウリルチオジプロピオネート、ジステアリルチオジプロピオネートなどのジアルキルチオジプロピオネートなどが挙げられる。
これらの酸化防止剤の配合量は、潤滑油全量基準で、0.01質量%以上10質量%以下程度であり、好ましくは0.03質量%以上5質量%以下である。
Examples of the phenolic antioxidant include monophenolic compounds such as 2,6-di-tert-butyl-4-methylphenol and 2,6-di-tert-butyl-4-ethylphenol, 4,4 ′ Examples include diphenolic compounds such as -methylenebis (2,6-di-tert-butylphenol) and 2,2'-methylenebis (4-ethyl-6-tert-butylphenol).
Examples of the sulfur-based antioxidant include 2,6-di-tert-butyl-4- (4,6-bis (octylthio) -1,3,5-triazin-2-ylamino) phenol, phosphorus pentasulfide and Examples thereof include thioterpene compounds such as a reaction product with pinene, and dialkylthiodipropionates such as dilauryl thiodipropionate and distearyl thiodipropionate.
The blending amount of these antioxidants is about 0.01% by mass or more and 10% by mass or less, preferably 0.03% by mass or more and 5% by mass or less, based on the total amount of the lubricating oil.
油性剤としては、脂肪族アルコール、脂肪酸や脂肪酸金属塩などの脂肪酸化合物、ポリオールエステル、ソルビタンエステル、グリセライドなどのエステル化合物、脂肪族アミンなどのアミン化合物などを挙げることができる。油性剤の配合量は、配合効果の点から、潤滑油全量基準で、0.1質量%以上30質量%以下程度であり、好ましくは0.5質量%以上10質量%以下である。 Examples of the oily agent include fatty alcohols, fatty acid compounds such as fatty acids and fatty acid metal salts, ester compounds such as polyol esters, sorbitan esters, and glycerides, and amine compounds such as aliphatic amines. The blending amount of the oily agent is about 0.1% by mass or more and 30% by mass or less, preferably 0.5% by mass or more and 10% by mass or less, based on the total amount of the lubricating oil, from the viewpoint of blending effect.
極圧剤としては、硫黄系極圧剤、リン系極圧剤、硫黄および金属を含む極圧剤、リンおよび金属を含む極圧剤が挙げられる。これらの極圧剤は一種を単独でまたは二種以上組み合わせて用いることができる。極圧剤としては、分子中に硫黄原子やリン原子を含むものが極圧性の観点より好ましい。分子中に硫黄を含む極圧剤としては、例えば、硫化油脂、硫化脂肪酸、硫化エステル、硫化オレフィン、ジヒドロカルビルポリサルファイド、チアジアゾール化合物、アルキルチオカルバモイル化合物、トリアジン化合物、チオテルペン化合物、ジアルキルチオジプロピオネート化合物などを挙げることができる。
これら極圧剤の配合量は、配合効果および経済性の点から、潤滑油全量基準で、0.01質量%以上30質量%以下程度であり、より好ましくは0.01質量%以上10質量%以下である。
Examples of the extreme pressure agent include a sulfur-based extreme pressure agent, a phosphorus-based extreme pressure agent, an extreme pressure agent containing sulfur and a metal, and an extreme pressure agent containing phosphorus and a metal. These extreme pressure agents can be used singly or in combination of two or more. As the extreme pressure agent, those containing a sulfur atom or a phosphorus atom in the molecule are preferable from the viewpoint of extreme pressure. Examples of extreme pressure agents containing sulfur in the molecule include sulfurized fats and oils, sulfurized fatty acids, sulfurized esters, sulfurized olefins, dihydrocarbyl polysulfides, thiadiazole compounds, alkylthiocarbamoyl compounds, triazine compounds, thioterpene compounds, dialkylthiodipropionate compounds, etc. Can be mentioned.
The blending amount of these extreme pressure agents is about 0.01% by mass or more and 30% by mass or less, more preferably 0.01% by mass or more and 10% by mass or more based on the total amount of the lubricating oil from the viewpoint of blending effect and economy. It is as follows.
清浄分散剤としては、金属系清浄剤と無灰分散剤が挙げられる。
無灰分散剤としては、数平均分子量が900から3,500までのポリブテニル基を有するポリブテニルコハク酸イミド、ポリブテニルベンジルアミン、ポリブテニルアミン、及びこれらのホウ酸変性物等の誘導体等が挙げられる。これらの無灰分散剤は、単独でまたは複数種を任意に組合せて含有させることができるが、その好ましい配合量は、潤滑油全量基準で0.1質量%以上20質量%以下の範囲である。
金属系清浄剤としては、例えば、アルカリ金属(ナトリウム(Na)、カリウム(K)等)又はアルカリ土類金属(カルシウム(Ca)、マグネシウム(Mg)等)のスルホネート、フェネート、サリシレートおよびナフテネート等が挙げられる。これらは単独でまたは複数種を組合せて使用できる。これらの金属系清浄剤の全塩基価及び添加量は、要求される潤滑油の性能に応じて任意に選択でき、全塩基価は、過塩素酸法で通常0mgKOH/g以上500mgKOH/g以下、望ましくは20mgKOH/g以上400mgKOH/g以下、その好ましい配合量は、潤滑油全量基準で0.1質量%以上10質量%以下の範囲である。
Examples of the cleaning dispersant include metal-based cleaning agents and ashless dispersants.
Examples of ashless dispersants include polybutenyl succinimide having a polybutenyl group having a number average molecular weight of 900 to 3,500, polybutenylbenzylamine, polybutenylamine, and derivatives of these boric acid modified products, etc. Is mentioned. These ashless dispersants can be contained singly or in any desired combination, but the preferred blending amount is in the range of 0.1% by mass or more and 20% by mass or less based on the total amount of the lubricating oil.
Examples of metal detergents include sulfonates, phenates, salicylates and naphthenates of alkali metals (sodium (Na), potassium (K), etc.) or alkaline earth metals (calcium (Ca), magnesium (Mg), etc.). Can be mentioned. These can be used alone or in combination of two or more. The total base number and addition amount of these metallic detergents can be arbitrarily selected according to the required performance of the lubricating oil, and the total base number is usually from 0 mgKOH / g to 500 mgKOH / g in the perchloric acid method, Desirably, 20 mgKOH / g or more and 400 mgKOH / g or less, and a preferable blending amount thereof is in a range of 0.1% by mass or more and 10% by mass or less based on the total amount of the lubricating oil.
防錆剤としては、金属系スルホネート、コハク酸エステルなどを挙げることができる。これら防錆剤の配合量は、配合効果の点から、潤滑油全量基準で、0.01質量%以上10質量%以下程度であり、好ましくは0.05質量%以上5質量%以下である。
粘度指数向上剤としては、例えば、非分散型ポリメタクリレート、分散型ポリメタクリレート、オレフィン系共重合体(例えば、エチレン−プロピレン共重合体など)、分散型オレフィン系共重合体、スチレン系共重合体(例えば、スチレン−ジエン水素化共重合体など)などが挙げられる。これら粘度指数向上剤の質量平均分子量は、例えば分散型及び非分散型ポリメタクリレートでは5,000以上1,000,000以下が好ましく、100,000以上800,000以下がさらに好ましい。また、オレフィン系共重合体では800以上300,000以下が好ましく、10,000以上200,000以下がさらに好ましい。これらの粘度指数向上剤は、単独でまたは複数種を任意に組み合わせて配合することができるが、好ましい配合量は、潤滑油全量基準で0.1質量%以上20質量%以下の範囲である。
Examples of the rust inhibitor include metal sulfonates and succinates. The blending amount of these rust preventives is about 0.01% by mass or more and 10% by mass or less, preferably 0.05% by mass or more and 5% by mass or less, based on the total amount of the lubricating oil, from the viewpoint of blending effect.
Examples of the viscosity index improver include non-dispersed polymethacrylates, dispersed polymethacrylates, olefin copolymers (for example, ethylene-propylene copolymers), dispersed olefin copolymers, styrene copolymers. (For example, styrene-diene hydrogenated copolymer). The weight average molecular weight of these viscosity index improvers is preferably 5,000 or more and 1,000,000 or less, and more preferably 100,000 or more and 800,000 or less for dispersed and non-dispersed polymethacrylates, for example. In the case of an olefin copolymer, the number is preferably from 800 to 300,000, more preferably from 10,000 to 200,000. These viscosity index improvers can be blended singly or in any desired combination, but the preferred blending amount is in the range of 0.1% by mass or more and 20% by mass or less based on the total amount of the lubricating oil.
流動点降下剤としては、例えばエチレン−酢酸ビニル共重合体、塩素化パラフィンとナフタレンとの縮合物、塩素化パラフィンとフェノールとの縮合物、ポリメタクリレート、
ポリアルキルスチレン等が挙げられ、特に、ポリメタクリレートが好ましく用いられる。これらの好ましい配合量は、潤滑油全量基準で0.01質量%以上5質量%以下の範囲である。
金属不活性化剤としては、ベンゾトリアゾール、チアジアゾールなどを挙げることができる。これら金属不活性化剤の好ましい配合量は、配合効果の点から、潤滑油全量基準で、通常0.01質量%以上10質量%以下程度であり、好ましくは0.01質量%以上1質量%以下である。
消泡剤としては、メチルシリコーン油、フルオロシリコーン油、ポリアクリレートなどを挙げることができる。これらの消泡剤の配合量は、配合効果の点から、組成物全量基準で、通常0.0005質量%以上0.01質量%以下程度である。
Examples of the pour point depressant include ethylene-vinyl acetate copolymer, condensate of chlorinated paraffin and naphthalene, condensate of chlorinated paraffin and phenol, polymethacrylate,
Examples thereof include polyalkylstyrene, and polymethacrylate is particularly preferably used. A preferable blending amount thereof is in a range of 0.01% by mass to 5% by mass based on the total amount of the lubricating oil.
Examples of the metal deactivator include benzotriazole and thiadiazole. The preferred compounding amount of these metal deactivators is usually about 0.01% by mass or more and 10% by mass or less, preferably 0.01% by mass or more and 1% by mass, based on the total amount of the lubricating oil, from the viewpoint of the blending effect. It is as follows.
Examples of the antifoaming agent include methyl silicone oil, fluorosilicone oil, and polyacrylate. The blending amount of these antifoaming agents is usually about 0.0005% by mass or more and 0.01% by mass or less based on the total amount of the composition from the viewpoint of the blending effect.
本発明の潤滑油を用いた潤滑システムは、表面にナノ結晶粒層を有する金属材料に対し、安定して良好な摩擦特性を与えることができ、耐摩耗性および耐久性にも優れている。それ故、本発明は、各種軸受部品、エンジン動弁系部品、エンジンピストンリング/ライナー摺動部、工作機械摺動部、大型歯車部品などにおける潤滑システムとして極めて優れている。 The lubrication system using the lubricating oil of the present invention can stably give good friction characteristics to a metal material having a nanocrystal grain layer on the surface, and is excellent in wear resistance and durability. Therefore, the present invention is extremely excellent as a lubrication system in various bearing parts, engine valve system parts, engine piston ring / liner sliding parts, machine tool sliding parts, large gear parts and the like.
次に、本発明を実施例および比較例により更に詳細に説明するが、本発明はこれらの例によって何ら限定されるものではない。 EXAMPLES Next, although an Example and a comparative example demonstrate this invention further in detail, this invention is not limited at all by these examples.
〔表面にナノ結晶粒層を有する金属材料の製造〕
図1に示す装置を用い、高速回転する供試材に対して超硬チップを押し当てることで、供試材表面に均一にナノ結晶粒層を有する金属材料を製造した。用いた供試材、装置および摩擦加工条件は以下の通りである。組織観察はSEM、TEMにより行い、表面層がナノ結晶粒層であることを確認した。
供試材:軸受鋼として用いられるSUJ2鋼(HV 7.4GPa)
供試材の組成(質量%):C(1.00)、Si(0.20)、Mn(0.41)、P(0.014)、S(0.009)、Ni(0.08)、Cr(1.37)、Mo(0.03)
装置:NC旋盤
押当荷重F:500N
送り速度V:0.01mm/rev
回転速度ω:1600rpm
保持時間:20s
潤滑油:水溶性エマルジョン
[Manufacture of metal materials having nanocrystal grain layers on the surface]
The metal material which has a nanocrystal grain layer uniformly on the surface of a test material was manufactured by pressing the carbide | carbonized_material chip | tip with respect to the test material rotating at high speed using the apparatus shown in FIG. The used test materials, equipment and friction processing conditions are as follows. Structure observation was performed by SEM and TEM, and it was confirmed that the surface layer was a nanocrystal grain layer.
Specimen: SUJ2 steel (HV 7.4 GPa) used as bearing steel
Composition of test material (mass%): C (1.00), Si (0.20), Mn (0.41), P (0.014), S (0.009), Ni (0.08) ), Cr (1.37), Mo (0.03)
Equipment: NC lathe Pushing load F: 500N
Feeding speed V: 0.01mm / rev
Rotational speed ω: 1600 rpm
Holding time: 20s
Lubricating oil: Water-soluble emulsion
〔摩擦試験〕
上記で得られた金属材料および未加工の供試材に対し、所定の潤滑油を塗布してピン・オン・ディスク試験法により摩擦係数を測定した。測定は、摩擦開始後100min経過時の摩擦係数(初期摩擦係数)、および、摩擦開始後600min経過後の摩擦係数(経時摩擦係数)の2通りについて実施した。試験条件は、以下の通りである。
荷重:200g(1.96N)
摺動速度:10mm/s
摺動半径:5mm
ピン材:アルミナボール
[Friction test]
Predetermined lubricating oil was applied to the metal material and raw sample material obtained above, and the coefficient of friction was measured by a pin-on-disk test method. The measurement was carried out for two types of friction coefficient (initial friction coefficient) after 100 minutes from the start of friction and friction coefficient after 600 minutes from the start of friction (time-dependent friction coefficient). The test conditions are as follows.
Load: 200g (1.96N)
Sliding speed: 10mm / s
Sliding radius: 5mm
Pin material: Alumina ball
〔実施例1〜4、比較例1〜6〕
上記の摩擦試験の結果を表1に示す。
[Examples 1 to 4, Comparative Examples 1 to 6]
The results of the friction test are shown in Table 1.
表1、表2で用いた潤滑油の詳細は以下の通りである。潤滑油2、3、5、6、7が本発明の潤滑油である。
潤滑油1:ポリα−オレフィン(40℃動粘度 17.4mm2/s)
潤滑油2:イソデシルアジペートを主成分とするエステル系潤滑油(40℃動粘度20.2mm2/s)
潤滑油3:潤滑油1にトリクレジルフォスフェートを0.3質量%配合したもの(40℃動粘度 17.3mm2/s)
潤滑油4:鉱油(40℃動粘度 17.2mm2/s)
潤滑油5:潤滑油1にイミド系添加剤(低分子量ポリブテニルコハク酸イミド、ニュートラル系)を2質量%配合したもの(40℃動粘度 18.2mm2/s)
潤滑油6:潤滑油4にイミド系添加剤(低分子量ポリブテニルコハク酸イミド、ニュートラル系)を2質量%配合したもの(40℃動粘度 17.9mm2/s)
潤滑油7:潤滑油4に硫黄系添加剤(スルフィド類)を硫黄量換算で0.03質量%配合したもの(40℃動粘度 17.4mm2/s)
Details of the lubricating oil used in Tables 1 and 2 are as follows.
Lubricating oil 1: poly α-olefin (kinematic viscosity at 40 ° C. 17.4 mm 2 / s)
Lubricating oil 2: Ester-based lubricating oil mainly composed of isodecyl adipate (40 ° C. kinematic viscosity 20.2 mm 2 / s)
Lubricating oil 3: Oil containing 0.3% by mass of tricresyl phosphate in lubricating oil 1 (40 ° C. kinematic viscosity 17.3 mm 2 / s)
Lubricating oil 4: mineral oil (40 ° C. kinematic viscosity 17.2 mm 2 / s)
Lubricant 5: Lubricant 1 containing 2% by mass of an imide additive (low molecular weight polybutenyl succinimide, neutral) (40 ° C. kinematic viscosity 18.2 mm 2 / s)
Lubricant 6: Lubricant 4 containing 2% by mass of an imide additive (low molecular weight polybutenyl succinimide, neutral) (40 ° C. kinematic viscosity 17.9 mm 2 / s)
Lubricating oil 7: Lubricating oil 4 containing 0.03% by mass of a sulfur-based additive (sulfides) in terms of sulfur amount (40 ° C. kinematic viscosity 17.4 mm 2 / s)
〔評価結果〕
比較例1は、未加工の供試材(SUJ2鋼:高炭素クロム鋼)とセラミック(アルミナボール)との間の摩擦係数を測定したものであるが(潤滑油なし)、経時摩擦係数は1に近い数値を示し、潤滑システムとしては不適切なものとなる。また、比較例2のように、潤滑油がなくても高炭素クロム鋼の表面にナノ結晶粒層を形成させることで摩擦係数を少し低減させることができるがその低減効果は不十分である。
比較例3は、潤滑油として無極性のPAOを用いたものであるが、未加工の高炭素クロム鋼に対する摩擦低減効果として、経時摩擦係数は低減するものの、初期の摩擦係数が高く、安定した摩擦特性は得られない。
比較例4のように、高炭素クロム鋼の表面にナノ結晶粒層を形成させて、鉱油で潤滑した場合、経時摩擦係数は低減するものの、初期摩擦係数が高く、潤滑システムとしては不十分である。
比較例5は、比較例3と異なり、摩擦加工材に対して無極性のPAOを用いたものであるが、それでもまだ初期摩擦係数が高い。
比較例6は、潤滑油7を未加工材に用いたものであるが、やはり初期摩擦係数がやや高い。
これに対して、実施例1〜5に示すように、高炭素クロム鋼表面にナノ結晶粒層を形成させ、所定の潤滑油と組み合わせることで、小さな初期摩擦係数(0.4未満)が得られ、しかも経時摩擦係数にも大きな変化はない。
すなわち、金属材料表面にナノ結晶粒層を形成させ、所定の潤滑油を組み合わせることで、初期だけでなく、長期に渡って安定した低摩擦係数を得られる潤滑システムを実現できる。
〔Evaluation results〕
In Comparative Example 1, the friction coefficient between an unprocessed specimen (SUJ2 steel: high carbon chromium steel) and a ceramic (alumina ball) was measured (without lubricating oil), but the coefficient of friction with time was 1 It shows a value close to, which is inappropriate for a lubrication system. Further, as in Comparative Example 2, the friction coefficient can be slightly reduced by forming a nanocrystalline layer on the surface of the high carbon chrome steel even if there is no lubricating oil, but the reduction effect is insufficient.
In Comparative Example 3, nonpolar PAO was used as the lubricating oil, but the friction coefficient with respect to the unprocessed high carbon chromium steel was reduced, but the initial friction coefficient was high and stable, although the friction coefficient with time was reduced. Frictional properties cannot be obtained.
As in Comparative Example 4, when a nanocrystalline grain layer is formed on the surface of high carbon chromium steel and lubricated with mineral oil, the coefficient of friction with time decreases, but the initial coefficient of friction is high, which is insufficient as a lubrication system. is there.
Unlike Comparative Example 3, Comparative Example 5 uses non-polar PAO for the friction processed material, but still has a high initial friction coefficient.
In Comparative Example 6, the lubricating oil 7 was used as an unprocessed material, but the initial coefficient of friction was slightly higher.
On the other hand, as shown in Examples 1 to 5, a small initial friction coefficient (less than 0.4) is obtained by forming a nanocrystal grain layer on the surface of high carbon chromium steel and combining it with a predetermined lubricating oil. Moreover, there is no significant change in the coefficient of friction with time.
That is, by forming a nanocrystal grain layer on the surface of a metal material and combining a predetermined lubricating oil, it is possible to realize a lubrication system that can obtain a low coefficient of friction that is stable not only in the initial stage but also for a long period of time.
Claims (6)
前記ナノ結晶粒層が前記金属材料からなり、
前記金属材料が高炭素クロム鋼であり、
前記潤滑油が、極性を有する有機化合物を配合してなり、
前記極性を有する有機化合物が
イミド類およびチオフェン類のうち少なくともいずれかである
ことを特徴とする潤滑油。 A lubricating oil applied to a metal material having a nanograin layer on the surface,
The nanocrystal grain layer is made of the metal material,
The metal material is high carbon chromium steel;
The lubricating oil is blended with a polar organic compound,
A lubricating oil, wherein the organic compound having polarity is at least one of imides and thiophenes.
基油として鉱油あるいは合成油の少なくともいずれかを配合してなる
ことを特徴とする潤滑油。 The lubricating oil according to claim 1,
A lubricating oil comprising a mineral oil or a synthetic oil as a base oil.
前記ナノ結晶粒層の厚みが10nm以上である
ことを特徴とする潤滑油。 In the lubricating oil according to claim 1 or 2 ,
A lubricating oil, wherein the nanocrystal grain layer has a thickness of 10 nm or more.
前記金属材料は、前記ナノ結晶粒層より内層に焼き入れ組織を有する
ことを特徴とする潤滑油。 In the lubricating oil according to any one of claims 1 to 3 ,
The metal material has a quenching structure in an inner layer from the nanocrystal grain layer.
前記金属材料が熱誘起相変態をする材料である
ことを特徴とする潤滑油。 In the lubricating oil according to any one of claims 1 to 4 ,
A lubricating oil, wherein the metal material is a material that undergoes a heat-induced phase transformation.
ことを特徴とする潤滑システム。 A lubricating system according to any one of claims 1 to 5 , wherein the lubricating oil is used.
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