RU2340658C1 - Смазочная композиция и смазочный материал, ее содержащий (варианты) - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к области производства смазочных материалов, предназначенных для улучшения трибологических свойств в эксплуатационном режиме различного рода машин и механизмов, предпочтительно двигателей внутреннего сгорания. Сущность: смазочная композиция содержит синтетический смазочный материал в виде жидких сополимеров (С₁₄-С₁₆) альфа-олефинов и альфа, бета-ненасыщенной 1,4-дикарбоновой кислоты, этерифицированных н-бутанолом, имеющих молекулярную массу 600-7000, плотность при 20°С от 0,91 до 0,96 г/см³ и индекс вязкости от 120 до 163, и добавку - наночастицы в виде кластеров кремния или оксида церия, или оксида титана с дисперсностью их 10-100 нм в количестве 0,1-1,5 мас.%. В другом варианте композиция содержит указанные выше жидкие полиэфиры и добавку - наночастицы в виде смеси кластеров кремния и оксида церия или кластеров кремния и оксида титана, или кластеров кремния, оксида церия и оксида титана, или кластеров оксида церия и оксида титана с дисперсностью их 10-100 нм в количестве 0,1-1,5 мас.%. Соотношение Si:CeO₂, или Si:TiO₂, или Si:CeO₂:TiO₂, или CeO₂:TiO₂, соответствует как 1:1, или 1:(0,5-1), 1:1:(0,5-1), или 1:(0,5-1). Смазочный материал содержит, мас.%: антиоксиданты фенольного или аминного типов или смесь их 0,5-1,0, вышеописанная смазочная композиция 0,5-1,5, базовое масло - остальное. Технический результат - улучшение антифрикционных и противоизносных свойств смазочного материала. 3 н. и 5 з.п. ф-лы, 2 табл., 3 ил.

Description

Изобретение относится к области производства смазочных материалов, предназначенных для улучшения трибологических свойств в эксплуатационном режиме различного рода машин и механизмов, предпочтительно двигателей внутреннего сгорания.

Известно, что высокие трибологические свойства смазочных материалов достигаются за счет добавления в базовые минеральные или/и синтетические масла смазочных композиций предпочтительно многофункционального действия, улучшающих противоизносные, антифрикционные, противозадирные и др. свойства эксплуатируемых смазочных материалов.

При создании смазочных композиций используют различные органические и неорганические соединения, эффективность которых зависит от синергизма и химического взаимодействия компонентного состава в условиях эксплуатации, где существенное значение имеет температурный режим работы и удельные давления, возникающие при работе пар трения, а также используемые в деталях машин и механизмов металлы, которые оказывают каталитическое и химическое воздействие на смазочные материалы.

Известно, что наиболее активными являются смазочные композиции с хлорсодержащими соединениями, преимущественно жидкими хлорпарафинами, механизм действия которых основан на образовании пленок в виде хлоридов металлов на локальных микроучастках поверхностей трения в условиях высоких удельных нагрузок (Д.Кламанн. "Смазки и родственные продукты", М., Химия, 1988 г., с.216-218).

Так, например, в патенте США 4534873 предложена противоизносная, антифрикционная смазочная композиция, содержащая минеральное масло, борнокислый калий, сурьмоорганическое соединение в виде диалкилдитиофосфатного соединения сурьмы, жидкий хлорпарафин, добавку в виде сульфоната кальция, нейтрализующую хлорид водорода, выделяющийся в процессе эксплуатации смазочного материала, а также добавку для повышения индекса вязкости. Дополнительно композиция может содержать антиоксидант аминной группы, такой как алкилированный дифениламин и др., пеногаситель.

Однако известная смазочная композиция содержит значительный пакет противоизносных добавок, которые повышают коммерческую стоимость продукта, а использование токсичного сурьмоорганического соединения способствует ускорению процесса старения металлических поверхностей деталей машин и механизмов в условиях высоких температур и давлений вследствие каталитического воздействия сурьмы на процесс диффундирования водорода во внутренние слои металлов, что ускоряет водородное изнашивание их.

Известна более простая по составу противоизносная, антифрикционная смазочная композиция (заявка WO 93/22408 (заявка PCT/US 93/03924)), которая предназначена для применения в различных смазочных материалах, в том числе в составе моторных масел для двигателей внутреннего сгорания, для моторов электронного оборудования, для двухтактных двигателей; в составе трансмиссионных и редукторных автотракторных масел.

Данная композиция содержит хлорпарафины, противокоррозионные компоненты из группы затрудненных фенолов или полифенолов, насыщенных или ненасыщенных ди-трикарбоновых кислот, имеющих одну или более алкильную цепь, а также биоцид.

Однако антифрикционные, противоизносные свойства смазочных материалов с технологической добавкой по данному патенту малоэффективны в режиме граничного трения, характеризующегося повышенными температурами и удельными давлениями между парами трения. Это объясняется повышенным содержанием в смазочной композиции хлорпарафинов, дестабилизирующихся в указанном режиме трения вследствие выделения избытка хлорида водорода (HCl), а также интенсифицирующимся разложением в этом режиме ингибиторов, входящих в состав присадки. При этом нарушается компромисс между противозадирной, противоизносной эффективностью и коррозионной агрессивностью, повышается каталитическое воздействие хлоридов металла на реакционные процессы окисления углеводородов смазочных материалов, что снижает устойчивость граничной масляной пленки.

Анализ известного уровня техники в области производства смазочных композиций к смазочным материалам также показал, что трибологические свойства последних улучшаются при использовании в смазочных композициях неорганических добавок, которые обладают повышенными антифрикционными, противозадирными, противопиттинговыми свойствами. В качестве неорганических добавок используют, например:

смесь наночастиц алмаза и графита (заявка WO 93/01261 (PCT/RU 91/00134));

тонкодисперсную структуру частиц бентонитовых глин, предпочтительно монтмориллонитов, промодифицированных соединениями поверхностно-активных веществ (заявка WO 96/35764 (PCT/US 96/06435), патент RU №2194742);

измельченную смесь минералов, в частности диорита, габбро, серпентина, в состав которых входят такие окислы, как SiO₂, Al₂O₃, MgO, CaO, Na₂O, K₂O и др. (см. патент RU №2302451, публ. 10.07. 2007 г.).

В техническом решении по заявке WO 93/01261 смазочная композиция содержит минеральное масло, названную выше углеродную добавку и неионогенное поверхностно-активное вещество в виде раздельно взятых или в сочетании: амин синтетической жирной кислоты (C₆-C₁₈), амид синтетической жирной кислоты (C₆-C₁₈), сложный эфир синтетической жирной кислоты (C₆-C₁₈), эфир высшего первичного спирта (С₁₀-C₁₆), синтетическую жирную кислоту (С₁₀-C₁₆).

Указанный состав смазочной композиции, а также требуемый для приготовления углеродной добавки технологический процесс повышают коммерческую стоимость продукта, при этом действие последнего ограничено приработочным периодом масел, в составе которых он используется.

Смазочная композиция по патенту RU №2302451 содержит измельченную смесь названных выше минералов, поверхностно-активное вещество, которые вводят в связующее, являющееся соответственно минеральным или синтетическим маслом или технологической жидкостью, используемой в качестве смазки. Однако наличие в составе смазочной композиции измельченной смеси минералов, содержащих такие окислы, как SiO₂, Al₂O₃, MgO, CaO, Na₂O, K₂O, приводит при эксплуатации смазочных материалов (при повышенных температурах и высоких удельных давлений) к образованию алюминатов и алюмосиликатных соединений, оказывающих неблагоприятное абразивное действие на трущиеся поверхности.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому является смазочная композиция и смазочный материал по патенту RU №2194742. При использовании смазочной композиции по данному патенту, например, в моторном масле повышается эффективность противоизносных, антифрикционных свойств, в том числе и в эксплуатационных режимах, характеризующихся повышенными температурами и удельными давлениями.

Смазочная композиция по патенту RU №2194742 содержит органическую основу и наночастицы неорганической добавки. Смазочный материал по данному техническому решению содержит моторное масло для двигателей внутреннего сгорания и смазочную композицию по данному патенту.

В состав смазочной композиции по патенту №2194742 вводят также беззольные антиоксиданты фенольного и аминного типов с рабочим диапазоном температур от 100 до 400°С, сложный эфир дикарбоновых кислот, в качестве органической основы используют хлорпарафин. В качестве наночастиц неорганической добавки используют органобентонит, полученный при модификации бентонита поверхностно-активным веществом формулы R_fSO₂A, где R_f - фторуглеродный радикал. Наночастицы органобентонита имеют дисперсность 1·10²-5·10³ Å (10-500 нм).

В смазочном материале по данному техническому решению используют 1-4 мас.% смазочной композиции.

Улучшение противоизносных, антифрикционных свойств смазочного материала по этому техническому решению основано:

на компромиссной эффективности основы смазочной композиции в виде хлорпарафинов, заключающейся в полезном использовании выделяющейся части хлорида водорода, который на локальных микроучастках поверхностей трения в условиях высоких удельных нагрузок, особенно в присутствии следов влаги, образует пленки металлохлоридов, имеющих меньшее сопротивление к сдвигу, чем основной металл трущейся поверхности;

на эффективности каталитического процесса обратимых химических реакций гидролиза и этерификации сложных эфиров дикарбоновых кислот;

на эффективности антифрикционных свойств смазочной композиции за счет наличия наночастиц органобентонита в граничной масляной пленке, стабильность образования которой на локальных поверхностях трения обеспечивается галогеносодержащими компонентами;

на повышении термостабильности образованной граничной масляной пленки за счет используемых в смазочной композиции антиоксидантов, избирательно участвующих в химических реакционных процессах.

Вместе с тем, известная смазочная композиция и смазочный материал ее содержащий имеют следующие существенные недостатки:

многокомпонентность смазочной композиции усложняет технологический процесс ее изготовления;

в соответствии с нормами стандартов Евро-4 и введением в действие норм стандарта Евро-5, и еще более жестких норм Евро-6 ужесточаются требования по токсичности моторных масел, продукты сгорания которых не должны влиять на работу каталитических нейтрализаторов, входящих в системы рециркуляции выхлопных газов. С учетом этих обстоятельств использование в составе известной смазочной композиции, а также в смазочных композициях вышеуказанных галогенсодержащих компонентов (соединения фтора и хлорпарафина) приведет к наличию в выхлопных газах соединений, которые, попадая в окружающую среду, оказывают на нее отрицательное экологическое воздействие.

В основу заявляемого технического решения положена задача создания смазочной композиции, использование которой в смазочном материале обеспечивало бы реализацию эффективных трибологических, соответственно противоизносных, антифрикционных свойств при минимизированном расходе смазочной композиции с подбором и выбором компонентного состава ее, улучшающим экологическую безопасность смазочных материалов.

Для решения поставленной технической задачи предложена смазочная композиция, содержащая органическую основу и наночастицы неорганической добавки, в которой согласно изобретению в качестве органической основы используют синтетический смазочный материал в виде жидких сополимеров (C₁₄-C₁₆) альфа-олефинов и альфа, бета-ненасыщенной 1,4-дикарбоновой кислоты, этерифицированных н-бутанолом, имеющих молекулярную массу 600-7000, плотность при 20°С от 0,91 до 0,96 (г/см³) и индекс вязкости от 120 до 163, а в качестве неорганической добавки - наночастицы в виде кластеров кремния или оксида церия, или оксида титана с дисперсностью их 10-100 нм, при следующем содержании, мас.%:

наночастицы неорганической добавки	0,1-1,5
жидкие сополимеры	остальное

Для решения поставленной технической задачи предложена смазочная композиция, содержащая органическую основу и наночастицы неорганической добавки, в которой согласно изобретению в качестве органической основы используют синтетический смазочный материал в виде жидких сополимеров (С₁₄-С₁₆) альфа-олефинов и альфа, бета-ненасыщенной 1,4-дикарбоновой кислоты, этерифицированных н-бутанолом, имеющих молекулярную массу 600-7000, плотность при 20°С от 0,91 до 0,96 г/см³ и индекс вязкости от 120 до 163, а в качестве неорганической добавки смесь наночастиц кластеров кремния и оксида церия или кластеров кремния и оксида титана, или кластеров кремния, оксида церия и оксида титана, или кластеров оксида церия и оксида титана с дисперсностью их 10-100 нм, при следующем содержании, мас.%:

наночастицы неорганической добавки	0,1-1,5
жидкие сополимеры	остальное

при этом соотношение Si:CeO₂, или Si:TiO₂, или Si:CeO₂:TiO₂, или CeO₂:TiO₂, соответствует значению 1:1, или 1:(0,5-1), 1:1:(0,5-1), или 1:(0,5-1).

Согласно изобретению в качестве неорганической добавки предпочтительно используют наночастицы кластеров кремния с дисперсностью их от 10 до 50 нм при следующем содержании их в смазочной композиции, мас.%:

наночастицы	0,1-0,7
жидкие сополимеры	остальное

Согласно изобретению в качестве неорганической добавки предпочтительно используют наночастицы кластеров оксида церия с дисперсностью их от 10 до 50 нм при следующем содержании их в смазочной композиции, мас.%:

наночастицы	0,1-0,7
жидкие сополимеры	остальное

Согласно изобретению в качестве неорганической добавки предпочтительно используют наночастицы кластеров оксида титана с дисперсностью их от 20 до 100 нм при следующем содержании их в смазочной композиции, мас.%:

наночастицы	0,1-1,5
жидкие сополимеры	остальное

Для решения поставленной технической задачи предложен смазочный материал, содержащий базовое моторное масло со смазочной композицией, в котором согласно изобретению в базовое моторное масло дополнительно вводят антиоксиданты фенольного или аминного типов или смесь их, а качестве смазочной композиции используют вышеописанные ее составы при следующем соотношении, мас.%:

смазочная композиция	0,5-1,5
антиоксиданты	0,5-1,0
базовое масло	остальное

Согласно изобретению в качестве антиоксиданта фенольного типа используют 2,6-ди-трет-бутил-4-метилфенол, а в качестве антиоксиданта аминного типа алкилированный дифениламин.

Согласно изобретению используют смесь антиоксидантов фенольного и аминного типов при соотношении их 1:1.

Экологическая безопасность и эффективность противоизносных, антифрикционных свойств базовых моторных масел обеспечена при наличии в них смазочной композиции по изобретению, что объясняется:

использованием в базовом моторном масле смазочной композиции, состав которой не содержит галогенов (хлора, фтора) и который образован путем использования в нем органической основы, относящейся к классу синтетических смазочных материалов в виде жидких сополимеров (C₁₄-C₁₆) альфа-олефинов и альфа, бета-ненасыщенной 1,4-дикарбоновой кислоты, этерифицированных н-бутанолом с заданной по заявляемому техническому решению молекулярной массой, индексом вязкости и плотности, что определяет полимерную структуру жидких сополимеров с поляризованными функциональными углеводородными и сложноэфирными группами в боковых цепях, формирующих при межмолекулярном взаимодействии жидкую пространственную сетчатую структуру сополимера с высокой смазывающей способностью поляризованных функциональных групп, обеспечивающих эффективное сродство с металлами и оксидами металлов, как для поверхностей трения, так и для поверхностей наночастиц, с образованием между кластерами последних жидкостного смазочного слоя, что улучшает седиментационную устойчивость коллоидной системы;

использованием в моторном масле смазочной композиции наноразмерных частиц кремния, оксида церия, оксида титана с высокой удельной поверхностью за счет развитой структурной формы их, что улучшает взаимодействие их с поляризованными функциональными группами сополимера;

использованием в моторном масле смазочной композиции с высокой седиментационной устойчивостью коллоидной системы, что определяет структуру этой системы в виде вложенных в синтетическую смазочную основу наночастиц, которые при скоростном сдвиге смазочных материалов, характерных для трущихся поверхностей, взаимодействуют между собой и с поверхностями трения в гидродинамическом режиме трения;

использованием в составе базового моторного масла дополнительных антиоксидантов при минимизированном их количестве, что способствует стабилизации термоокислительных процессов, происходящих в базовом моторном масле при эксплуатации с сохранением их трибологических свойств.

Таким образом, предлагаемая по заявляемому техническому решению экологически безопасная смазочная композиция обеспечивает эффективные трибологические, соответственно противоизносные, антифрикционные свойства базовых моторных масел в условиях высоких температур и удельных нагрузок. Указанный результат достигается только при выбранном подборе и соотношении компонентов и в результате проявления синергетического эффекта, обусловленного межмолекулярным взаимодействием компонентов смазочной композиции между собой и с применяемыми базовыми моторными маслами.

При анализе известного уровня техники не выявлено технических решений, имеющих аналогичную заявляемому техническому решению совокупность признаков по составу и расходу компонентов в смазочной композиции и в смазочном материале, ее содержащем, обеспечивающих экологическую безопасность и эффективные, соответственно противоизносные, антифрикционные свойства, что свидетельствует о соответствии заявляемого технического решении критериям изобретения «новизна», «изобретательский уровень», что и подтверждается нижеприведенным описанием изобретения.

Изобретение поясняется графическими материалами.

На фиг.1 и 2 показаны полученные при сканировании методом электронной микроскопии изображения визуальных структурных форм наночастиц кремния и диоксида титана (TiO₂);

На фиг.3 - иллюстративное изображение сдвиговых течений коллоидной системы смазочного материала в зоне трения.

Сущность изобретения поясняется рекомендациями относительно выбора сырьевых компонентов для изготовления смазочной композиции и смазочного материала, ее содержащего, примерами получения смазочной композиции и смазочного материала и результатами испытаний их.

Для получения смазочной композиции и смазочного материала по изобретению используют готовые к применению товарные продукты, в частности наночастицы оксида церия (CeO₂), химическое наименование двуокись церия (диоксид церия). Данный препарат получают в результате промышленной переработки монацитовых песков (смесь фосфатов тория, церия, лантана и др. редкоземельных металлов) и последующих технологических процессов по их переработке для получения мелкодисперсных порошков, имеющих светло-желтоватый цвет, Т_плав 2400°С. Технологический процесс получения микронанопорошка оксида церия промышленно освоен, в частности, при производстве автомобильных каталитических конверторов, добавки церия в которых стабилизируют работу каталитического нейтрализатора ОГ, предотвращая его разрушение при нагреве, повышая его активность, улучшая разложение токсичных веществ выхлопных газов. При изготовлении заявляемых присадок используют готовый к применению порошкообразный диоксид церия с размером частиц не более 300 нм - торговый препарат Envirox фирмы Oxonica (US). Предпочтительно использование высокоочищенного порошкообразного оксида церия - продукт {CaS 1306-38-3} фирмы Sigma Aldrich Inc. (US). При проведении исследований порошкообразного оксида церия - продукт фирмы Aldrich (US) - методом малоуглового ренгеновского рассеяния был определен диапазон размеров структурных неоднородностей исследуемого порошка. В результате исследований установлено, что дисперсное распределение наноразмерных частиц в исследуемом продукте находится в диапазоне от 7 до 22 нм (ориентировочно 70-85 мас.%) и в диапозоне 40 до 45 нм (ориентировочно15-30 мас.%), выявлено также наличие наночастиц с дисперсностью до 50 нм.

Наночастицы кремния (Si) получают в проточном газодинамичном реакторе путем диссоциации молекул моносилана (SiH₄) в инертной среде (в качестве буферного газа используют аргон) при резонансном поглощении лазерного излучения СО₂-лазера.

Оксид титана (TiO₂) - основной продукт титановой индустрии, бесцветные кристаллы (желтеет при нагревании). Для технических целей применяется в раздробленном состоянии, представляя собой белый порошок. Плотность 4,05-4,235 г/см³. Наноразмерные частицы TiO₂ получают предпочтительно при гидролизе тетраизопропоксититана.

При сканировании методом электронной микроскопии произведена визуализация кластеров наночастиц кремния и оксида титана. При проведении исследований установлено, что наночастицы кремния при известном способе их получения при t_Ar=20°C имеют наноразмеры частиц 12-15 нм (ориентировочно 15-16 мас.%) и 40-45 нм (ориентировочно 84-85 мас.%), незначительное количество наночастиц имеет дисперсионность более 45 нм (см. фиг.1).

Средние параметры наноразмерных частиц TiO₂ 40-60 нм, имеются и наноразмерные частицы TiO₂ с дисперсностью до 100 нм (см. фиг.2). Приведенные на фиг.1 и 2 изображения наноразмерных кластеров кремния и оксида титана свидетельствуют о развитой структурной форме их поверхностей;

синтетический смазочный материал на основе жидких полиэфиров, имеющий плотность при 20°С от 0,91 до 0,96 г/см³, индекс вязкости от 120 до 163 и температуру вспышки от 250 до 320°С. К категории указанного смазочного материала относится синтетический смазочный материал на основе жидких сополимеров (C₁₄-C₁₆) альфа-олефинов и альфа, бета-ненасыщенной 1,4-дикарбоновой кислоты, этерифицированных коротко- или среднецепочечными спиртами и имеющего молекулярную массу от 600 до 7000. Данный продукт, выпускается фирмой Akzo Nobel (US) под торговой маркой Ketjenlube 135, который соответствует синтетическому смазочному материалу на основе жидких сополимеров (C₁₄-C₁₆) альфа-олефинов и альфа, бета-ненасыщенной 1,4 -дикарбоновой кислоты, этерифицированных н-бутанолом, имеет вязкость при 100°С 34 мм²/с), при 200°С - 734 мм²/с, плотность при 20°С 0,953 г/см³.

Полимерная структура указанных сложных полиэфиров имеет «двойную гребнеобразность», при этом основная цепь полимера построена из атомов углерода, углеводородные и сложноэфирные группы располагаются в боковых цепях. При межмолекулярном взаимодействии сложноэфирных групп формируется жидкая пространственная сетчатая структура сополимера, что обуславливает высокую смазывающую способность его и эффективное сродство с поверхностями металлов и их оксидами;

антиоксидант фенольного типа, предпочтительно 2,6-ди-трет-бутил-4-метилфенол (торговая марка Агидол);

антиоксидант аминного типа - алкилированный дифениламин или смеси указанных антиоксидантов при соотношении их 1:1.

При реализации изобретения возможно также использование антиоксидантов, разработанных фирмой Сиба-Гейги АГ (СН), торговая марка Irganox, например антиоксиданта фенольного типа - сложный эфир - 2,6-β-(3,5-ди-трет-бутил-4-оксифенил)пропионовой кислоты - продукт lrganox-135. В качестве антиоксидантов аминного типа используют lrganox-L06 (трет-октилированный Н-фенил-1-нафтиламин) и lrganox-L57.

Антиоксиданты фирмы Сиба-Гейги АГ - термостабильные продукты в широком диапозоне температур, защищены патентами, в том числе патентом RU 1826989;

стандартизированные по классификации SAE смазочные материалы, соответственно моторное масло SAE 5W-30 (полусинтетическое), SAE 10W-40 (минеральное), моторное масло для дизельных двигателей - М-10Г₂.

При проведении оценочных испытаний был также использован продукт, выпускаемой ООО «Лаборатория Триботехнологии», г.Зеленоград, торговая марка «Феном Старый Друг/ Fenom Old Chap», ТУ 0257-033-18948455-00. Данная продукция относится к технологическим добавкам для смазочных материалов, в том числе для стандартизированных моторных масел, состав компонентов в ней, а также мас.% их содержание ориентировочно соответствуют известному техническому решению по патенту RU №2194742.

Заявляемая по изобретению смазочная композиция приготавливается традиционным методом путем перемешивания предпочтительно при 40-60°С всех компонентов при заданном мас.% соотношении.

Заявляемый по изобретению смазочный материал изготавливается на основе стандартизированных по классификации SAE моторных масел с добавлением в них заявляемой по изобретению смазочной композиции при 0,1 -1,5 мас.% ее содержании и антиоксидантов указанных выше типов в количестве 0,5-1,0 мас.%

Установлено, что изменение состава, соотношения по мас.% содержанию компонентов в смазочной композиции, а также изменение концентрации ее в базовых моторных маслах нецелесообразно, так как, с одной стороны, не способствует улучшению трибологических свойств смазочного материала, а, с другой стороны, не приведет к дальнейшей их эффективности и увеличивает затратную часть на изготовление.

Заданные по изобретению размерные параметры наночастиц оптимальны, так уменьшение наноразмеров частиц приведет к усложнению технологических процессов по их изготовлению, а увеличение - к образованию в смазочном материале при сдвиговых течениях в зоне трения агломератов частиц, ухудшающих трибологические свойства эксплуатируемых смазочных материалов.

Заданный по изобретению состав наночастиц в смазочной композиции, количественные соотношения их смесей в композиции оптимальны по эффективности трибологических свойств смазочных материалов. Изменение количественных соотношений смесей наночастиц нецелесообразно по условиям:

дестабилизазии коллоидной системы смазочной композиции;

затратной части на изготовление смазочных композиций.

Заданные по изобретению, предпочтительные составы наночастиц и мас.% их содержание в смазочной композиции соответствуют требованиям:

эффективного распределения наноразмерных частиц в сложных полиэфирах для образования седиментационно устойчивой коллоидной системы смазочной композиции;

эффективного их влияния на трибологические, соответственно антифрикционные, противоизносные свойства смазочных материалов;

затратной части на изготовление смазочной композиции и смазочного материала по изобретению.

Варианты смазочных композиций и исследуемых смазочных материалов, содержащих их, представлены в таблице 1, соответственно примеры 1, 2, 3, 4, 5, 6 - смазочные композиции и смазочные материалы по заявляемому изобретению; примеры 7 - смазочная композиция по известному техническому решению (патент №2194742).

Примеры 1-1; 2-1; 4-1; 6-1 и 7-1 - смазочные материалы, полученные в результате смешивания концентратов смазочных композиций по соответствующим примерам с моторным маслом класса SAE 10W-40.

Примеры 3-2; 5-2 и 6а-1 - смазочные материалы, полученные в результате смешивания концентратов смазочных композиций по соответствующим примерам с моторным маслом класса SAE 5W-30.

Для приготовления смазочных композиций по примерам 1, 3-5 и 6а использовались наноразмерные частицы (CeO₂ и Si) с дисперсностью от 30-45 нм.

Для приготовления смазочных композиций по примеру 2 использовали наночастицы TiO₂ с дисперсностью 60-80 нм.

Для приготовления смазочной композиции по примеру 6 использовали ориентировочно 80 мас.% наноразмерных частиц со средней дисперсностью 36 нм (CeO₂ и Si) и 20 мас.% со средней дисперсностью наночастиц (TiO₂) 70 нм.

Представленные в таблице 1 примеры смазочных материалов оценивались по трибологическим свойствам путем проведения сравнительных стендовых испытаний.

Дополнительно для исследования противоизносных, антифрикционных свойств заявляемого смазочного материала, содержащего смазочную композицию по изобретению, были проведены испытания по следующим примерам:

пример 1-8 - стандартизированное моторное масло М-10Г₂ для дизельного двигателя со смазочной композицией по примеру 1 при концентрации последней 1,0 мас.%;

пример 1-9 - моторное масло SAE 10W-40 со смазочной композицией по примеру 1 при концентрации последней 1,0 мас.% и без дополнительного введения в моторное масло антиоксидантов.

Стендовые испытания смазочных материалов осуществлялись на стандартной машине трения ИИ-5018 в режиме диск (d40, сталь 38ХН3МА) по диску (контртело) (d40, сталь 38ХНЗМА) без проскальзывания методом сравнения результатов. Частота вращения диска 2000 мин^-1, нагрузка на контртело 280Н и 350Н, при этом коэффициент трения определялся непосредственно во время испытаний по моменту сопротивления.

Для определения противоизносных свойств испытываемых смазочных материалов использовали указанную машину трения с учетом взвешивания испытываемых образцов (диск, контртело) на аналитических весах (точность 0,35 мг).

Результаты испытаний сведены в таблицу 2.

Из приведенных в таблице 2 результатов испытаний следует, что

смазочные материалы на основе минерального моторного масла SAE 10W-40 (примеры 1-1; 2-1; 4-1; 6-1) с заявляемыми по изобретению смазочными композициями (примеры 1, 2, 4, 6) и смазочные материалы на основе полусинтетического моторного масла SAE 10W-40 (примеры 3-2; 5-2; 6а-2) со смазочными композициями (примеры 3, 5, 6а), а также смазочный материал на основе моторного масла М-10Г₂ (пример 1-8) для дизельных двигателей со смазочной композицией (пример 1), имеют в условиях повышенных температур и удельных давлений эффективные стабильные показатели по антифрикционным и противоизносным свойствам по сравнению с известным смазочным материалом (пример 7-1), являющимся ближайшим аналогом заявляемого изобретения.

Приведенные испытания смазочных материалов свидетельствуют, что используемая в стандартизированных моторных маслах заявляемая смазочная композиция (примеры 6а-1), содержащая пакет компонентов в виде указанных выше кластеров наночастиц с заданной по изобретению их дисперсностью и в виде эффективных по смазывающей способности, указанных выше жидких полиэфиров, обеспечивает образование в зоне трения потока коллоидной системы смазочного материала, суспензия которого содержит наноразмерные частицы термически стойких неорганических добавок (см. поз.1 на фиг.3). При сдвиговых течениях потока, характерных для гидродинамических режимов зон трения при высоких удельных нагрузках, в коллоидной системе смазочного материала наноразмерные частицы кластеров неорганических добавок (по изобретению) формируют «блоки глушения» или «гидрокластеры», стабилизирующие и ограничивающие максимальные скорости сдвига потока с образованием в зоне трения прочной защитной масляной пленки, амортизируя тем самым возможность сближения зон трения (см. поз.2 и 3 на фиг 3).

Приведенные в таблице 2 данные также свидетельствуют, что дополнительное введение в заявляемый смазочный материал антиоксидантов стабилизирует термоокислительные процессы, происходящие в базовом моторном масле, что улучшает стабильность смазочной композиции по противоизносным и антифрикционным свойствам.

Эффективность трибологических свойств смазочного материала, на основе использования в нем технологической добавки, заявляемой по изобретению, а также использование для реализации изобретения готовых к применению товарных продуктов и стандартизированных технологических процессов по изготовлению продукции аналогичного назначения, свидетельствуют о целесообразности широкого промышленного применения изобретения при эксплуатации смазочных материалов, используемых в двигателях внутреннего сгорания.

Таблица 1
Наименование компонентов смазочной композиции	Примеры смазочных композиций по заявляемому техническому решению, мас.%							Смазочная композиция по изобретению (патент №2194742), мас.%
	1	2	3	4	5	6	6а	7
Ketjenlube 135	99,5	99,0	99,5	99,0	99,0	99,25	99,5
Оксид церия (CeO2)	0,5			0,25		0,3	0,3
Оксид титана (TiO2)		1,0			0,25	0,15
Кремний (Si)			0.5	0,25	0,25	0,3
Хлорпарафин ХП-470А								93,0
Органобентонит								0,02
Диоктиловый эфир себациновой кислоты								6,0
Агидол								0,8
	Состав смазочных материалов по заявляемому техническому решению с использованием примеров 1-6							Смазочный материал
	1-1	2-1	3-2	4-1	5-2	6-1	6а-2	7-1
Алкилированный дифениламин	0,5		0,3	0,5		0,3
Агидол		0.5	0,3		0,5	0,3
Irganox-135							0,5
Моторное масло SAE 10 W-40 (1)	98,5	98,5		99,0		98,9		98,5
Моторное масло SAE 5W-30 (2)			98,9		98,5		98,5
Смазочная композиция по примерам 1-7	1,0	1,0	0,5	0,5	1,0	0,5	1.0	1,5

Таблица 2
№ примера (нагрузка на контртело), Н	Параметры	Периодичность замера (число тысяч циклов)					Износ: диск (образец) / контртело, мг	S (пятно контакта), мм2
		0	5	50	90	100
1-1	Коэфф. трения	0,115/0,116	0,116/0,117	0,118/0,119	0,119/0,120	0,119/0,119	-1,09/-0,1	3,6
280/350	Температура, °С	21	40/42	48/50	50/53	58/60	-1,1/-0,11
2-1	Коэфф. трения	0,115/0,116	0,116/0,117	0,118/0,119	0,119/0,120	0,119/0,120	-1,1/-0,1	3,7
280/350	Температура, °С	21	42/43	49/50	51/53	59/60	-1,1/-0,11
3-2	Коэфф. трения	0,116/0,117	0,117/0,118	0,118/0,119	0,119/0,120	0,118/0,119	-1,09/-0,1	3,5
280/350	Температура, °С	21	40/42	47/49	50/52	58/59	-1,1/-0,11
4-1	Коэфф. трения	0,115/0,116	0,116/0,117	0,117/0,118	0,118/0,119	0,118/0,119	-1,09/-0,1	3,6
280/350	Температура, °С	21	40/42	48/49	50/52	58/59	-1,1/-0,11
5-2	Коэфф. трения	0,115/0,116	0,116/0,117	0,118/0,119	0,119/0,120	0,118/0,119	-1,1/-0,12	3,7
280/350	Температура, °С	21	41/42	48/49	51/52	59/60	-1,12/-0,13
6-1	Коэфф. трения	0,115/0,116	0,116/0,117	0,117/0,118	0,118/0,119	0,118/0,119	-1,1/-0,12	3,65
280/350	Температура, °С	21	41/42	48/50	50/52	59/60	-1,121-0,12
6а-2	Коэфф. трения	0,115/0,116	0,117/0,118	0,118/0,119	0,119/0,120	0,118/0,119	-1,09/-0,1	3,6
280/350	Температура, °С	21	40/42	48/49	50/52	58/59	-1,1/-0,11
7-1	Коэфф. трения	0,116/0,117	0,117/0,118	0,119/0,120	0,119/0,120	0,119/0,121	-1,1/-0,1	4,0
280/350	Температура, °С	21	43/45	50/52	52/53	60/61	-1,2/-0,13
1-8	Коэфф. трения	0,115/0,116	0,116/0,117	0,118/0,120	0,119/0,120	0,118/0,119	-1,1/-0,1	3,7
280/350	Температура, °С	21	42/43	49/50	51/53	59/60	-1,121-0,12
1-9	Коэфф. трения	0,115/0,116	0,117/0,118	0,119/0,120	0,120/0,121	0,120/0,122	-1,12/-0,13	3,8
280/350	Температура, °С	21	44/45	51/52	52/53	60/61	-1,13/-0,14

Claims (8)

1. Смазочная композиция, содержащая органическую основу и наночастицы неорганической добавки, отличающаяся тем, что в качестве органической основы используют синтетический смазочный материал в виде жидких сополимеров (C₁₄-C₁₆) альфа-олефинов и альфа, бета-ненасыщенной 1,4-дикарбоновой кислоты, этерифицированных н-бутанолом, имеющих молекулярную массу 600-7000, плотность при 20°С от 0,91 до 0,96 г/см³ и индекс вязкости от 120 до 163, а в качестве неорганической добавки - наночастицы в виде кластеров кремния или оксида церия, или оксида титана с дисперсностью их 10-100 нм при следующем соотношении в мас.%:

наночастицы неорганической добавки 0,1-1,5 жидкие сополимеры остальное

2. Смазочная композиция, содержащая органическую основу и наночастицы неорганической добавки, отличающася тем, что в качестве органической основы используют синтетический смазочный материал в виде жидких сополимеров (C₁₄-C₁₆) альфа-олефинов и альфа, бета-ненасыщенной 1,4-дикарбоновой кислоты, этерифицированных н-бутанолом, имеющих молекулярную массу 600-7000, плотность при 20°С от 0,91 до 0,96 г/см³ и индекс вязкости от 120 до 163, а в качестве неорганической добавки - смесь наночастиц кластеров кремния и оксида церия или кластеров кремния и оксида титана, или кластеров кремния, оксида церия и оксида титана, или кластеров оксида церия и оксида титана с дисперсностью их 10-100 нм при следующем соотношении в мас.%:

наночастицы неорганической добавки 0,1-1,5 жидкие сополимеры остальное,

при этом соотношение Si:CeO₂, или Si:TiO₂, или Si:CeO₂:TiO₂, или CeO₂:TiO₂, соответствует как 1:1, или 1:(0,5-1), 1:1:(0,5-1), или 1:(0,5-1).

3. Смазочная композиция по п.1 или 2, отличающаяся тем, что в качестве неорганической добавки используют наночастицы кластеров кремния с дисперсностью их от 10 до 50 нм в концентрации 0,1-0,7 мас.%.

4. Смазочная композиция по п.1 или 2, отличающаяся тем, что в качестве неорганической добавки используют наночастицы кластеров оксида церия с дисперсностью их от 10 до 50 нм в концентрации 0,1-0,7 мас.%.

5. Смазочная композиция по п.1 или 2, отличающаяся тем, что в качестве неорганической добавки используют наночастицы кластеров оксида титана с дисперсностью их от 20 до 100 нм в концентрации 0,1-0,7 мас.%.

6. Смазочный материал, содержащий базовое масло, антиоксиданты фенольного или аминного типов или смесь их и смазочную композицию по любому из пп.1-5 при следующем соотношении компонентов, мас.%:

смазочная композиция 0,5-1,5 антиоксиданты 0,5-1,0 базовое масло остальное

7. Смазочный материал по п.6, отличающийся тем, что в качестве антиоксиданта фенольного типа используют 2,6-ди-трет-бутил-4-метилфенол, а в качестве антиоксиданта аминного типа - алкилированный дифениламин.

8. Смазочный материал по п.6, отличающийся тем, что используют смесь антиоксидантов фенольного и аминного типов при соотношении их 1:1.

Images