RU2024598C1

RU2024598C1 - Lubricant composition

Info

Publication number: RU2024598C1
Application number: RU93003576A
Authority: RU
Inventors: Юрий Александрович Устынюк; Ростислав Митрофанович Матвеевский; Илья Александрович Буяновский; Петр Павлович Заскалько; Николай Николаевич Землянский; Евгений Алексеевич Монин; Ирина Владимировна Борисова; Мирон Аронович Езерец; Юрий Николаевич Дроздов; Владимир Николаевич Пучков
Original assignee: Юрий Александрович Устынюк; Ростислав Митрофанович Матвеевский; Илья Александрович Буяновский; Петр Павлович Заскалько; Николай Николаевич Землянский; Евгений Алексеевич Монин; Ирина Владимировна Борисова; Мирон Аронович Езерец; Юрий Николаевич Дроздов; Владимир Николаевич Пучков
Priority date: 1993-01-26
Filing date: 1993-01-26
Publication date: 1994-12-15

Abstract

FIELD: lubricant materials. SUBSTANCE: lubricant composition has in the base oil 1.5-4 wt.-% addition agent. The latter has, wt.-%: oleic acid 5-7 and compound of the general formula: R-Э-(OOCR′)_4-n or their mixture where R - (C₁-C₅)- alkyl, cyclopentadienyl; R′ - (C₁₇-C₂₀)-alkyl (or alkenyl); Э - Si, Ge, Sn; n = 0-2. EFFECT: enhanced quality of lubricant. 3 tbl

Description

Изобретение относится к смазочным композициям и может быть использовано в различных областях машиностроения в качестве смазочного материала для редукторов, коробок передач, направляющих металлорежущих станков и в других аналогичных узлах трения. The invention relates to lubricating compositions and can be used in various fields of engineering as a lubricant for gearboxes, gearboxes, guides of metal cutting machines and other similar friction units.

Известна смазочная композиция для двигателей внутреннего сгорания, представляющая собой базовое масло с добавлением 0,05-1 мас.% металлических солей жирных кислот (главным образом лаураты и стеараты двухвалентного олова или свинца), которые применяются сами по себе или в комплексе с диметилсульфоксидом. Эта композиция обладает хорошими противоизносными свойствами [1] , но недостаточно высокими противозадирными и антифрикционными свойствами. Кроме того, как известно, эти соли плохо растворимы в маслах. Known lubricating composition for internal combustion engines, which is a base oil with the addition of 0.05-1 wt.% Metal salts of fatty acids (mainly laurates and stearates of tin or lead), which are used alone or in combination with dimethyl sulfoxide. This composition has good anti-wear properties [1], but not high enough anti-seize and anti-friction properties. In addition, as you know, these salts are poorly soluble in oils.

Известны смазочные композиции на основе минерального масла, используемые в промышленности, в частности, в качестве смазочных материалов для редукторов, коробок передач, и т. д. (см., например, масло МС-20 по ГОСТ 21743-76, применяемое для этой цели в автомобилях БелАЗ) [2]. Недостатком подобной композиции является значительный износ шестерен в ее присутствии (10 мкм за 60 часов испытания на зубчатом стенде IАЕ по квалификационному методу, утвержденному Госстандартом СССР для масла МС-20), низкая удельная нагрузка заедания (1600 МПа, невысокая температурная стойкость (160^оС для того же масла).Mineral oil-based lubricant compositions are known that are used in industry, in particular, as lubricants for gearboxes, gearboxes, etc. (see, for example, MS-20 oil according to GOST 21743-76, used for this purpose in BelAZ vehicles) [2]. The disadvantage of this composition is the significant wear of gears in its presence (10 μm for 60 hours of testing on a gear stand IAE according to the qualification method approved by the USSR State Standard for MS-20 oil), low specific load of seizing (1600 MPa, low temperature resistance (160 ^о С for the same oil).

Известны смазочные композиции, включающие пакеты присадок различного значения, используемые в качестве трансмиссионных масел (трансмиссионные масла по ГОСТ 23.652-72: ТСп-10, ТАп-15В, ТСп-15к и т.д.) [3]. Недостатком подобных композиций являются низкие противоизносные свойства (износ зубьев шестерен при испытании на стенде IАЕ: 22 мкм для масла ТСп-10, 14-15 мкм для масла ТСп-15В, 10-12 мкм для масла ТСп-15к), а также низкая противопиттинговая стойкость. Lubricating compositions are known, including additive packages of various values used as transmission oils (transmission oils according to GOST 23.652-72: TSp-10, TAp-15V, TSp-15k, etc.) [3]. The disadvantage of such compositions is their low anti-wear properties (gear tooth wear when tested at the IAE test bench: 22 microns for TSp-10 oil, 14-15 microns for TSp-15V oil, 10-12 microns for TSp-15k oil), as well as low anti-pitting durability.

Использование триолета циклопентадиенилолова в смазочных композициях в концентрации 0,4-1 мас.% не обеспечивает достаточной температурной стойкости [4]. The use of trioplet cyclopentadienyltin in lubricating compositions at a concentration of 0.4-1 wt.% Does not provide sufficient temperature resistance [4].

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является смазочная композиция, содержащая минеральное масло и присадку МКФ-18, состоящую из олеиновой кислоты и олеата одновалентной меди [5]. Недостатком композиции являются низкие противоизносные и противозадирные свойства и низкая температурная стойкость. The closest in technical essence and the achieved result is a lubricating composition containing mineral oil and an additive MKF-18, consisting of oleic acid and monovalent copper oleate [5]. The disadvantage of the composition are low antiwear and extreme pressure properties and low temperature resistance.

Целью изобретения является разработка смазочной композиции, обладающей улучшенными противозадирными, противоизносными, противопиттинговыми свойствами и повышенной температурной стойкостью при трении. The aim of the invention is to develop a lubricating composition having improved anti-seize, anti-wear, anti-petting properties and high temperature resistance to friction.

Цель решается тем, что смазочная композиция, содержит базовое масло и присадку на основе олеиновой кислоты и производного карбоновой кислоты. В качестве производного карбоновой кислоты содержит соединение общей формулы R_n - Э - (ОСОR^I)_4-n или их смесь, где R - алкил С₁ - С₅ или циклопентадиенил; R¹ - алкил или алкенил С₁₇ - С₂₀; Э = Si, Ge, Sn, n = 0-2 при следующем соотношении компонентов в присадке, мас.%:
Олеиновая кислота 5-7
Производное карбоновой
кислоты указанной формулы 93-95 и при содержании присадки в масле 1,5-4 мас.%.The goal is solved in that the lubricating composition contains a base oil and an additive based on oleic acid and a derivative of a carboxylic acid. As a carboxylic acid derivative, it contains a compound of the general formula R _n - E - (OSOR ^I ) _4-n or a mixture thereof, where R is C ₁ - C ₅ alkyl or cyclopentadienyl; R ¹ is alkyl or alkenyl C ₁₇ - C ₂₀ ; E = Si, Ge, Sn, n = 0-2 in the following ratio of components in the additive, wt.%:
Oleic acid 5-7
Carbon derivative
acid of the specified formula 93-95 and when the additive content in the oil of 1.5-4 wt.%.

В качестве производных карбоновой кислоты могут быть использованы тетраолеаты кремния, германия, олова, триолеаты и диолеаты алкил- или циклопентадиенилкремния, - германия, - олова, или соответствующие производные стеариновой кислоты. As the carboxylic acid derivatives, silicon, germanium, tin tetraoleates, alkyl or cyclopentadienyl silicon trioleates and dioleates, germanium, tin, or the corresponding stearic acid derivatives can be used.

Композиции смазочных масел испытаны по критериям противоизносных, противозадирных и противопиттинговых свойств и критерию температурной стойкости. Lubricating oil compositions are tested according to the criteria of anti-wear, extreme pressure and anti-pitting properties and the criterion of temperature resistance.

Температурная стойкость сравниваемых смазочных композиций оценивалась с использованием метода экспериментальной оценки температурной стойкости материалов при трении по ГОСТ 23.221-84, сущность которого состоит в триботехническом испытании сопряжения при точечном контакте, образованном вращающимся с постоянной скоростью (0,24 мм/с) шаром диаметром 8 мм и тремя неподвижными шарами того же диаметра, зажатыми в специальной оправке, при постоянной нагрузке (108 Н) и ступенчатом повышении объемной температуры шаров и окружающего их смазочного материала от внешнего источника тепла. Во время испытаний (продолжительность испытания при каждой температуре - 60 с) регистрируют момент трения, по изменению которого судят о температурной стойкости смазочного материала. Минимальная температура, при которой для данного сочетания смазочных материалов и материалов трущихся образцов (для данного случая - стандартных шаров из стали ШХ-15) происходит разрушение смазочных слоев, образованных смазочным материалом и разделяющих трущиеся поверхности - что проявляется в резком повышении момента трения - называется критической температурой. По ее величине судят о температурной стойкости смазочного материала, т.е. о его способности сохранять свои смазочные свойства до определенной температуры. The temperature resistance of the compared lubricating compositions was evaluated using the method of experimental evaluation of the temperature resistance of materials under friction according to GOST 23.221-84, the essence of which is the tribotechnical testing of conjugation with point contact formed by a 8 mm diameter ball rotating at a constant speed (0.24 mm / s) and three stationary balls of the same diameter, clamped in a special mandrel, with a constant load (108 N) and a stepwise increase in the volumetric temperature of the balls and the surrounding lubricating mat Series from an external heat source. During the tests (the test duration at each temperature is 60 s), the moment of friction is recorded, by the change of which the temperature resistance of the lubricant is judged. The minimum temperature at which for a given combination of lubricants and materials of rubbing samples (in this case, standard balls made of ShKh-15 steel) is the destruction of the lubricant layers formed by the lubricant and separating the rubbing surfaces - which manifests itself in a sharp increase in the friction moment - is called critical temperature. The temperature resistance of the lubricant, i.e. about its ability to maintain its lubricating properties to a certain temperature.

Противозадирные, противоизносные и противопиттинговые свойства сравниваемых композиций оценивали на шестеренном стенде IАЕ-3¹/4 (Англия). Методика испытаний соответствует квалификационному методу комплексной оценки смазывающих свойств масел, утвержденному Госкомиссией по испытанию масел, топлив и специальных жидкостей при Госстандарте СССР решением N 23/1-123 от 1986 г. Машина IАЕ имеет привод от синхронного двигателя, который передает вращение замкнутому контуру через клиноременную передачу со сменными шкивами. Испытательными образцами служат цилиндрические прямозубные шестерни пятой-шестой степени точности со шлифованными зубьями, цементированные и закаленные до НРС 61 из никель-молибденовой стали. Расстояние между центрами - 82,6 мм, ширина зуба - 4,8 мм, модуля - 5,2 мм, числа зубьев на шестернях 15 и 16, отношение максимальной скорости скольжения к окружной скорости - 0,475.Extreme pressure, antiwear and protivopittingovye properties compared compositions were evaluated for GEAR IAe stand-3 ^1/4 (England). The test method corresponds to the qualification method for the comprehensive assessment of the lubricating properties of oils, approved by the State Commission for the Testing of Oils, Fuels and Special Liquids under the USSR State Standard by Decision N 23 / 1-123 of 1986. The IAE machine is driven by a synchronous motor, which transmits rotation to a closed loop through a V-belt gear with interchangeable pulleys. Fifth to sixth precision cylindrical spur gears with ground teeth cemented and hardened to LDC 61 made of nickel-molybdenum steel serve as test samples. The distance between the centers is 82.6 mm, the tooth width is 4.8 mm, the module is 5.2 mm, the number of teeth on the gears is 15 and 16, the ratio of the maximum sliding speed to the peripheral speed is 0.475.

Применялись три типа испытаний. Оценка противозадирных свойств масел производилась при частоте вращения шестерен 4000 мин^-1 и ступенчатом нагружении узла трения. Длительность испытания при каждой ступени нагружения - 5 мин. Критерием достижения заедания является задирание минимум 60% поверхностей головок зубьев двух шестерен, резкое повышение температуры масла на выходе из зацепления шестерен, увеличение тока электродвигателя главного привода. При этом регистрируется удельная нагрузка заедания шестерен в полюсе зацепления зубьев.Three types of tests were used. Evaluation of the extreme pressure properties of the oils was carried out at a gear speed of 4000 min ^-1 and stepwise loading of the friction unit. The test duration at each stage of loading is 5 min. The criterion for achieving seizing is the lifting of at least 60% of the surfaces of the heads of the teeth of the two gears, a sharp increase in the temperature of the oil at the exit of the gears meshing, an increase in the current of the electric motor of the main drive. In this case, the specific load of the gear jam is recorded in the gearing pole of the teeth.

При оценке противоизносных свойств смазочных композиций испытания проводились при частоте вращения шестерен 3000 мин^-1 постоянной удельной нагрузке 1500 МПа. Определялся линейный износ шестерен в полюсе зацепления до 60 ч испытания с использованием метода вырезанных лунок.When evaluating the anti-wear properties of lubricating compositions, the tests were carried out at a gear speed of 3000 rpm ^-1 constant specific load of 1500 MPa. The linear wear of the gears in the gearing pole was determined up to 60 hours of testing using the method of cut holes.

Противопиттинговые свойства сравниваемых смазочных композиций проводились при постоянной удельной нагрузке в защеплении 2400 МПа, постоянной частоте вращения шестерен 1000 мин^-1 и оценивались по числу циклов нагружения до появления питтинга.The anti-pitting properties of the compared lubricating compositions were carried out at a constant specific load of 2400 MPa, a constant gear speed of 1000 min ^-1 and were estimated by the number of loading cycles until the appearance of pitting.

Чем выше удельная нагрузка заедания, тем выше уровень противозадирных свойств масел. Чем ниже линейный износ шестерен, тем выше уровень противоизносных свойств сравниваемых композиций. Чем больше число циклов до появления питтинга, тем выше противопиттинговые свойства исследуемых масел. The higher the specific load of seizing, the higher the level of extreme pressure properties of oils. The lower the linear wear of the gears, the higher the level of anti-wear properties of the compared compositions. The greater the number of cycles before the appearance of pitting, the higher the anti-pitting properties of the studied oils.

В табл. 1-3 приведены результаты исследований функциональных свойств смазочных композиций. In the table. 1-3 are the results of studies of the functional properties of lubricating compositions.

Таким образом, добавка тетраолеата кремния обеспечивает повышение уровня противозадирных свойств по классификации АРI масла МС-20 с GL-1 до GL-3, т. е. увеличивает удельную нагрузку заедания в 1,45 раза, а также противопиттинговые свойства в 2 раза, снижает износ зубьев шестерен в 1,43 раза. Thus, the addition of silicon tetraoleate provides an increase in the level of anti-seize properties according to the API classification of MC-20 oil from GL-1 to GL-3, i.e., it increases the specific load of seizing by 1.45 times, as well as anti-pitting properties by 2 times, reduces gear teeth wear 1.43 times.

В отличие от большинства используемых присадок добавки типа ТОК нетоксичны для теплокровных и человека, обладают высокой скорость биодеградации и поэтому экологически безопасны. Для тетраолеата кремния получены следующие токсикологические характеристики: LD₅₀ более 5000 мг/кг для крыс; раздражающее действие на кожу и слизистые, аллергическое действие и кожно-резорбтивный эффект отсутствуют; класс опасности по ГОСТ 12.1.007-76 - IV; установление ПДК не требуется.Unlike most additives used, TOK additives are non-toxic to warm-blooded and human, have a high biodegradation rate and are therefore environmentally friendly. The following toxicological characteristics were obtained for silicon tetraoleate: LD ₅₀ more than 5000 mg / kg for rats; irritant effect on the skin and mucous membranes, allergic effect and skin-resorptive effect are absent; hazard class according to GOST 12.1.007-76 - IV; establishment of MPC is not required.

Claims

LUBRICANT COMPOSITION containing a base oil and an additive based on oleic acid and a carboxylic acid derivative, characterized in that the composition contains a compound of the general formula R - E - (OOCR ′) _{4-n ′} or a mixture thereof, where R - C ₁ - C ₅ - alkyl cyclopentadienyl, R '- C ₁₇ - C ₂₀ -alkyl C ₁₇ - C ₂₀ - alkenyl E - Si, Ge, Sn, n = 0 - 2, with the following ratio of components in the additive, wt.% :
Oleic acid 5 - 7
A carboxylic acid derivative of the specified formula 93 - 95
and when the content of the additive in the oil is 1.5 to 4 wt.%.