RU2604352C1

RU2604352C1 - Antiwear and antiscoring additive to liquid lubricant materials

Info

Publication number: RU2604352C1
Application number: RU2015147831/04A
Authority: RU
Inventors: Виталий Богданович Черногиль
Original assignee: Виталий Богданович Черногиль
Priority date: 2015-11-06
Filing date: 2015-11-06
Publication date: 2016-12-10

Abstract

FIELD: technological processes; chemistry.

SUBSTANCE: present invention relates to an antiwear and antiscoring additive for a liquid lubricant containing mineral raw material, a mixture of fullerenes C60 and C70, wherein solvent of fullerene derivatives is vegetable high-oleic oil with oleic acid content of not less than 80 %, and mineral raw material is molybdenum disulphide at following ratio of components: mixture of fullerenes C60 and C70 0.02-1.0 wt%, molybdenum disulphide 5.0-10.0 wt%, vegetable high-oleic oil with oleic acid content of no less than 80 wt% - balance, wherein amount of additive added to liquid lubricant is 15 wt%.

EFFECT: improved antiwear and antiscoring properties of liquid lubricants, longer service life of machines and mechanisms in operation.

1 cl, 1 tbl

Description

Изобретение относится к области химмотологии, а именно к противоизносным и противозадирным добавкам к моторным и трансмиссионным маслам, а также к рабочим жидкостям, которые применяются в гидроприводах и гидросистемах.The invention relates to the field of chemistry, in particular to antiwear and extreme pressure additives to motor and transmission oils, as well as to working fluids that are used in hydraulic drives and hydraulic systems.

Смазочные материалы и рабочие жидкости содержат пакет многофункциональных присадок, основными из которых являются противоизносные и противозадирные. В качестве противоизносных присадок используют высокомолекулярные жирные кислоты, например олеиновую или линолевую кислоты и их соединения. В качестве противозадирных присадок используют соединения фосфора и серы.Lubricants and working fluids contain a package of multifunctional additives, the main of which are antiwear and extreme pressure. As antiwear additives use high molecular weight fatty acids, for example oleic or linoleic acids and their compounds. As extreme pressure additives, phosphorus and sulfur compounds are used.

Указанные присадки при работе реагируют с поверхностями трения в виде физической адсорбции, хемосорбции и химических реакций. Результатом такого взаимодействия являются разнообразные пленки и слои на поверхностях трения, которые снижают скорость износа и коэффициент трения.These additives react with friction surfaces in the form of physical adsorption, chemisorption and chemical reactions. The result of this interaction is a variety of films and layers on the friction surfaces, which reduce the wear rate and coefficient of friction.

Олеиновая кислота является наиболее мощным поверхностно-активным веществом, которое желательно использовать в качестве противоизносной присадки в жидких смазочных материалах, но не более чем 0,2 мас. %. Связано это с седиментацией мицелл олеиновой кислоты и снижением эффекта физической адсорбции.Oleic acid is the most powerful surfactant, which is desirable to use as an anti-wear additive in liquid lubricants, but not more than 0.2 wt. % This is due to the sedimentation of oleic acid micelles and a decrease in the effect of physical adsorption.

Известна триботехническая добавка к смазочным материалам, пластичным смазкам и смазочно-охлаждающим жидкостям, которая содержит металло- и неметаллоорганические соединения в виде порошка олеата хрома, олеата ксенона, осерненной олеиновой кислоты, азотированной линолевой кислоты с размером частиц 0,00001-0,00002 мкм, которая смешивается с минеральным маслом (Патент RU 2404232 C2 «Триботехническая добавка», МПК C10М 141/08 от 20.11.2010 г.). Недостатком заявленной присадки является то, что она является металлосодержащей и не позволяет значительно повысить процент олеиновой кислоты в смазочных материалах.Known tribological additive to lubricants, greases and cutting fluids, which contains metal and non-metal compounds in the form of powder of chromium oleate, oleate xenon, sulphurized oleic acid, nitrated linoleic acid with a particle size of 0.00001-0.00002 microns, which is mixed with mineral oil (Patent RU 2404232 C2 "Tribotechnical additive", IPC C10M 141/08 from 11/20/2010). The disadvantage of the claimed additives is that it is metal-containing and does not significantly increase the percentage of oleic acid in lubricants.

Ближайшим аналогом является триботехническая добавка к смазочным материалам и пластичным смазкам, содержащая смесь фуллеренов С60 и С70, которые вместе с минеральными соединениями, такими как мусковит, альбит микроклин и аморфный углерод, вводят в смазочные материалы, причем смесь фуллеренов С60 и С70 составляет 0,2-5,0 масс. %. (Патент RU 2277577 С1 «Триботехническая добавка к смазочным материалам и пластичным смазкам», МПК C10M 125/02 от 10.06.2006 г.) - прототип.The closest analogue is a tribotechnical additive for lubricants and greases containing a mixture of fullerenes C60 and C70, which, together with mineral compounds such as muscovite, albite microcline and amorphous carbon, are introduced into lubricants, and the mixture of fullerenes C60 and C70 is 0.2 -5.0 mass. % (Patent RU 2277577 C1 "Tribological additive to lubricants and greases", IPC C10M 125/02 of 06/10/2006) - prototype.

Недостатком прототипа является то, что фуллерены вводят в нефтяные и синтетические масла, где они не растворяются, то есть со временем будут образовывать осадок, а также то, что фуллерены в известной добавке работают вместе с минеральными соединениями, которые являются абразивными веществами, наличие которых негативно влияет во время приработки пар трения.The disadvantage of the prototype is that the fullerenes are introduced into petroleum and synthetic oils, where they do not dissolve, that is, they will form a precipitate over time, and also that the fullerenes in the known additive work together with mineral compounds, which are abrasive substances, the presence of which is negative affects during running in of friction pairs.

В основу изобретения поставлена задача создания добавки к жидким смазочным материалам, которая повышает противоизносные и противозадирные свойства смазочных материалов, не образует осадка и является экологически безопасной, так как производится на базе экологически безопасных растительных масел.The basis of the invention is the task of creating an additive to liquid lubricants, which increases the antiwear and extreme pressure properties of lubricants, does not form a precipitate and is environmentally friendly, as it is based on environmentally friendly vegetable oils.

Технический результат - повышение противоизносных и противозадирных свойств жидких смазочных материалов, увеличение ресурса машин и механизмов при эксплуатации.EFFECT: increased antiwear and extreme pressure properties of liquid lubricants, increased resource of machines and mechanisms during operation.

Технический результат достигается тем, что противоизносная и противозадирная добавка к жидким смазочным материалам содержит смесь фуллеренов С60 и С70 в количестве 0,02-1,0 мас. %, дисульфид молибдена в количестве 5,0-10,0 мас. %, растительное высокоолеиновое масло с содержанием олеиновой кислоты не менее 80 мас. %, как растворитель производных фуллеренов, - остальное, при этом количество добавки, добавляемой к жидким смазочным материалам, составляет 15 мас. %.The technical result is achieved in that the antiwear and anti-seize additive to liquid lubricants contains a mixture of fullerenes C60 and C70 in an amount of 0.02-1.0 wt. %, molybdenum disulfide in an amount of 5.0-10.0 wt. %, vegetable high oleic oil with an oleic acid content of at least 80 wt. %, as a solvent of fullerene derivatives, is the rest, while the amount of additive added to liquid lubricants is 15 wt. %

Использование в качестве растворителя смеси фуллеренов С60 и С70 растительных высокоолеиновых масел с содержанием олеиновой кислоты не менее 80 мас. % приводит к тому, что при использовании добавки не образуется осадок, и это связано с тем, что:The use as solvent of a mixture of fullerenes C60 and C70 of vegetable high oleic oils with an oleic acid content of at least 80 wt. % leads to the fact that when using additives, no precipitate is formed, and this is due to the fact that:

1) растительные масла олеинового типа хорошо растворяются в минеральных, полусинтетических и синтетических моторных и трансмиссионных маслах;1) oleic type vegetable oils dissolve well in mineral, semi-synthetic and synthetic motor and transmission oils;

2) фуллерены хорошо растворяются в растительных маслах олеинового типа. При добавлении такой добавки (фуллерены + растительное масло олеинового типа) в жидкие смазочные материалы происходит равномерное распределение добавки по всему объему базового масла без образования осадка.2) fullerenes dissolve well in oleic type vegetable oils. When such an additive (fullerenes + oleic type vegetable oil) is added to liquid lubricants, the additive is uniformly distributed throughout the entire volume of the base oil without the formation of sediment.

Кроме того, растительные масла с содержанием олеиновой кислоты не менее 80 мас. % являются мощным поверхностно-активным веществом, которое повышает физическую и химическую адсорбцию молекул базового масла к поверхностям трения, то есть являются противоизносной присадкой. Взаимодействие фуллеренов с окислительными пленками на поверхностях пар трения приводит к формированию износостойких полимерных слоев. Это повышает противоизносные свойства базовых масел.In addition, vegetable oils with an oleic acid content of at least 80 wt. % are a powerful surfactant that enhances the physical and chemical adsorption of base oil molecules to friction surfaces, that is, they are antiwear additives. The interaction of fullerenes with oxidizing films on the surfaces of friction pairs leads to the formation of wear-resistant polymer layers. This enhances the antiwear properties of base oils.

Противозадирные свойства жидких смазочных материалов повышаются за счет введения в добавку дисульфида молибдена, который не является абразивным веществом.The extreme pressure properties of liquid lubricants are enhanced by adding molybdenum disulfide, which is not an abrasive, to the additive.

Отсутствие негативного воздействия на окружающую среду заявленной добавки обусловлено тем, что ее создают на основе растительных масел.The absence of negative environmental impacts of the claimed additives is due to the fact that it is created on the basis of vegetable oils.

Возможность реализации предложенного состава добавки в жидких смазочных материалах и достижение значительных технических результатов проверено лабораторными исследованиями.The possibility of implementing the proposed composition of the additive in liquid lubricants and the achievement of significant technical results is verified by laboratory studies.

Лабораторные исследования проводились на четырехшариковой машине трения по ГОСТ 9490-75 «Материалы смазочные. Метод определения трибологических характеристик на четырехшариковой машине трения».Laboratory studies were carried out on a four-ball friction machine according to GOST 9490-75 “Lubricants. A method for determining tribological characteristics on a four-ball friction machine. "

Для испытания были выбраны шесть базовых масел: моторные масла М-10Г2К (нефтяное масло) и VatOil (синтетическое масло), гидравлические масла МГЭ-46В и ИГП-30 (нефтяные масла), трансмиссионные масла ТСп-15к (нефтяное масло) и Shell-Spirax-AX (синтетическое масло).Six base oils were selected for testing: M-10G2K engine oils (petroleum oil) and VatOil (synthetic oil), MGE-46V and IGP-30 hydraulic oils (petroleum oils), TSp-15k gear oils (petroleum oil) and Shell- Spirax-AX (synthetic oil).

Смесь фуллеренов С60 и С70 в количестве 0,02 мас. % растворяли в подсолнечном высокоолеиновом масле с содержанием олеиновой кислоты 88,8 мас. %, дополнительно вводили дисульфид молибдена 10,0 мас. %. и полученное в качестве добавки в количестве 15,0 мас. % добавляли к жидким смазочным материалам. Результаты испытаний приведены в таблице 1.A mixture of fullerenes C60 and C70 in an amount of 0.02 wt. % was dissolved in sunflower high oleic oil with an oleic acid content of 88.8 wt. %, additionally introduced molybdenum disulfide 10.0 wt. % and obtained as an additive in an amount of 15.0 wt. % was added to liquid lubricants. The test results are shown in table 1.

Трибологические характеристики базовых масел и базовых масел с противоизносной и противозадирной добавкой отличаются:The tribological characteristics of base oils and base oils with antiwear and extreme pressure additives differ:

- по показателю износа Di, характеризующему противоизносные свойства масел, то есть наличие поверхностно-активных веществ в маслах, который при наличии заявленной добавки улучшается на 10,0…19,0%;- in terms of wear Di, which characterizes the anti-wear properties of oils, that is, the presence of surface-active substances in oils, which in the presence of the declared additives improves by 10.0 ... 19.0%;

- по критической нагрузке Рк, характеризующей диапазон работы противоизносных добавок, то есть противоизносные свойства, которая при наличии заявленной добавки улучшается на 26,0…27,0%;- according to the critical load Rk, characterizing the range of operation of antiwear additives, that is, antiwear properties, which in the presence of the claimed additives improves by 26.0 ... 27.0%;

- по нагрузке сваривания Рс, характеризующей наличие противозадирных свойств, которая, при наличии заявленной добавки улучшается на 20,0…29,9%.- according to the welding load Pc, characterizing the presence of extreme pressure properties, which, in the presence of the declared additives, improves by 20.0 ... 29.9%.

Таким образом, лабораторными испытаниями подтверждено улучшение трибологических характеристик базовых моторных, гидравлических и трансмиссионных масел при добавлении в них заявленного состава противоизносной и противозадирной добавки, что приводит к значительному увеличению ресурса транспортных средств, машин и механизмов во время эксплуатации.Thus, laboratory tests have confirmed the improvement of the tribological characteristics of base motor, hydraulic and transmission oils by adding the declared composition of antiwear and extreme pressure additives to them, which leads to a significant increase in the resource of vehicles, machines and mechanisms during operation.

Заявленное соотношение ингредиентов состава противоизносной и противозадирной добавки исследованы на оптимум, который составляет 0,02…1,0% массовой единицы смеси фуллеренов С60 и С70, дисульфид молибдена 5,0-10,0 мас. %, остальное - растительное высокоолеиновое масло.The claimed ratio of ingredients of the composition of the antiwear and extreme pressure additives was investigated at the optimum, which is 0.02 ... 1.0% of the mass unit of a mixture of fullerenes C60 and C70, molybdenum disulfide of 5.0-10.0 wt. %, the rest is vegetable high oleic oil.

При процентном содержании минеральных веществ меньше чем оптимальное, происходит недостаточное физическое взаимодействие фуллеренов, поверхностно-активных и минеральных веществ с поверхностями трения, в результате чего трибосистемы имеют относительно низкую износостойкость.When the percentage of minerals is less than optimal, there is insufficient physical interaction of fullerenes, surfactants and minerals with friction surfaces, as a result of which tribosystems have relatively low wear resistance.

При процентном содержании минеральных веществ больше, чем оптимальное, проявляется колебание скорости износа и силы трения, также уменьшается износостойкость трибосистем.When the percentage of minerals is more than optimal, the fluctuation of the wear rate and friction force is manifested, and the wear resistance of the tribosystems also decreases.

Оптимальный состав фуллеренов (0,02…1,0 мас. %) и оптимальное количество дисульфида молибдена (5,0-10,0 мас. %) вводится в растительное высокоолеиновое масло, где происходит растворение фуллеренов, а затем полученную противоизносную и противозадирную добавку в количестве 15 мас. % добавляют в нефтяные или синтетические жидкие смазочные материалы.The optimal composition of fullerenes (0.02 ... 1.0 wt.%) And the optimal amount of molybdenum disulfide (5.0-10.0 wt.%) Are introduced into vegetable high oleic oil, where the dissolution of fullerenes takes place, and then the resulting antiwear and extreme pressure additive in the amount of 15 wt. % is added to oil or synthetic liquid lubricants.

Добавление противоизносной и противозадирной добавки в нефтяные и синтетические базовые моторные и трансмиссионные масла было исследовано согласно ГОСТ 9490-75 на оптимальное количество, масс. %. Экспериментальными исследованиями было установлено, что содержание противоизносной и противозадирной добавки более 15 мас. % не приводит к дальнейшему улучшению противоизносных (Di, Рк) и противозадирных свойств (Рс) базовых моторных и трансмиссионных масел. Показатели Di, Рк, Рс являются постоянными и колеблются в пределах погрешности измерений. При уменьшении содержания противоизносной и противозадирной добавки 15 мас. %, наблюдается снижение показателей Di, Рк, Рс, а при содержании 5 мас. % показатели масел с добавкой не отличается от показателей базовых масел.The addition of antiwear and extreme pressure additives to oil and synthetic base engine and transmission oils was investigated according to GOST 9490-75 for the optimal amount, mass. % Experimental studies have established that the content of antiwear and extreme pressure additives is more than 15 wt. % does not lead to further improvement of antiwear (Di, Pk) and extreme pressure properties (Pc) of base motor and transmission oils. The indicators Di, Pk, Pc are constant and fluctuate within the measurement error. With a decrease in the content of antiwear and extreme pressure additives 15 wt. %, there is a decrease in Di, Pk, Pc, and with a content of 5 wt. % indicators of oils with the additive does not differ from indicators of base oils.

Предложенный состав противоизносной и противозадирной добавки проходит следующие стадии изготовления.The proposed composition of antiwear and extreme pressure additives passes through the following manufacturing steps.

1. Подготовка сырья, контроль качества сырья, согласно сертификатам или паспортам качества.1. Preparation of raw materials, quality control of raw materials, according to certificates or quality certificates.

2. Измельчение дисульфида молибдена с размером частиц не более 1 мкм. Контроль качества измельчения.2. Grinding of molybdenum disulfide with a particle size of not more than 1 micron. Grinding quality control.

3. Перемешивание ингредиентов и растворение фуллеренов в растительном масле с помощью кавитации в ультразвуковой ванне.3. Mixing the ingredients and dissolving the fullerenes in vegetable oil using cavitation in an ultrasonic bath.

Заявленное изобретение может быть изготовлено в условиях современного промышленного производства на стандартном оборудовании с применением стандартных химических компонентов.The claimed invention can be manufactured in modern industrial production on standard equipment using standard chemical components.

Благодаря уникальным свойствам оно может найти широкое применение при эксплуатации транспортных средств, машин и механизмов.Due to its unique properties, it can be widely used in the operation of vehicles, machines and mechanisms.

Claims

Anti-wear and extreme pressure additive for liquid lubricants containing mineral raw materials, a mixture of fullerenes C60 and C70, characterized in that, as a solvent for fullerene derivatives, it contains vegetable high oleic oil with an oleic acid content of at least 80 wt.%, And contains disulfide as a mineral raw material molybdenum in the following ratio of components:
mixture of fullerenes C60 and C70 0.02-1.0 wt.% molybdenum disulfide 5.0-10.0 wt.% vegetable high oleic oil with oleic acid not less than 80 wt.%, - the rest,

however, the amount of additive added to liquid lubricants is 15 wt.%.