RU2790261C1

RU2790261C1 - Металлоплакирующая многофункциональная композиция для моторных, трансмиссионных и индустриальных масел

Info

Publication number: RU2790261C1
Application number: RU2021128896A
Authority: RU
Inventors: Сергей Михайлович Мамыкин; Дмитрий Викторович Привалов; Елена Юрьевна Перунова
Original assignee: Общество С Ограниченной Ответственностью "Управляющая Компания Куппер Групп"
Filing date: 2021-10-04
Publication date: 2023-02-15

Abstract

Изобретение относится к смазочным материалам на основе минеральных и синтетических масел, содержащих металлоплакирующую многофункциональную композицию, повышающую антифрикционные, противозадирные, антиокислительные и моюще-диспергирующие свойства, и может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания (ДВС) грузовых и легковых автомобилей, локомотивов, речного и морского флота, а также в трансмиссионных и индустриальных маслах. Предложена металлоплакирующая маслорастворимая присадка, состоящая из следующих компонентов, мас.%: соль металла органической кислоты, полученная при взаимодействии технической олеиновой кислоты, представляющей собой смесь карбоновых непредельных кислот C₁₅-C₁₈, с окисью одновалентной меди, - 3-10; ароматический амин - 15-35; производное сукцинимида - 45-65; маслорастворимая органическая кислота в виде олеиновой кислоты - 5-15. Технический результат – предложенная композиция позволяет исключить повреждение масляных каналов системы смазки двигателей внутреннего сгорания, а также улучшить противоизносные свойства, обеспечить длительную работоспособность пары трения на скорости скольжения до 2,46 м/с. 5 табл., 3 пр.

Description

Изобретение относится к смазочным материалам на основе минеральных и синтетических масел, содержащих металлоплакирующую, многофункциональную композицию, повышающую антифрикционные, противозадирные, антиокислительные и моюще-диспергирующие свойства и может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания (ДВС) грузовых и легковых автомобилей, локомотивов, речного и морского флота, а также в трансмиссионных и индустриальных маслах.

Аналогом заявленного изобретения является металлоплакирующая маслорастворимая присадка (патент РФ №2398010, опубл. 27.08.2010), которая содержит, мас. %:

Наиболее близким аналогом к заявленному изобретению является композиция для масел (заявка РСТ WO 2012107649, опубл. 16.08.2012), которая содержит, мас. %:

Техническая проблема известных аналогов заключается в том, что из-за наличия солей металлов неорганических кислот в процессе работы на поверхностях трения происходит восстановление металлов и образование "сильной" неорганической кислоты, присутствие эпоксидной смолы затрудняет процесс образования металлической защитной пленки на поверхности трения, а наличие абразивных материалов приводит к засорению масляных каналов системы смазки двигателей внутреннего сгорания.

Задачей настоящего изобретения является устранение вышеуказанных недостатков.

Технический результат заключается в исключении повреждения масляных каналов системы смазки двигателей внутреннего сгорания, а также в улучшении противоизносных свойств, обеспечении длительной работоспособности пары трения на скорости скольжения до 2,46 м/сек.

Технический результат достигается тем, что металлоплакирующая маслорастворимая присадка состоит из соли металла органической кислоты, полученной при взаимодействии технической олеиновой кислоты, представляющей собой смесь карбоновых непредельных кислот C₁₅-C₁₈, с окисью одновалентной меди, ароматического амина, производного сукцинимида и маслорастворимой органической кислоты в виде олеиновой кислоты, при следующем соотношении компонентов, мас. %:

В качестве соли металла органической кислоты могут быть использованы соли металлов органических кислот с числом углеродных атомов C₁₅…C₁₈. В качестве ароматических аминов может использоваться дифениламин или его гомологи, полимер сукцинимида - промышленно выпускаемые присадки С-5А или С-1500.

Металлоплакирующую присадку к смазочным композициям получают следующим образом. В непредельную карбоновую кислоту, выбранную из ряда фракций С₁₅-С₁₈, например, техническую олеиновую марки Б-115, представляющую собой смесь карбоновых непредельных кислот C₁₅-C₁₈, вводят окись одновалентной меди, проводят перемешивание, например, пропуская смесь через гидродинамический аппарат при критерии перемешивания Re=10000-60000 и диапазоне температур от 30 до 180°С. Диспергирование и растворение проводят в течение 30-60 мин, при этом образуются соли карбоновых непредельных кислот. После растворения оксидов в кислоте отделяют непрореагировавшие окислы фильтрованием.

В результате реакции самоокисления-самовосстановления (диспропорционирования) образуются одно- и двухвалентные соли карбоновых непредельных кислот, соотношение между которыми регулируется длительностью процесса и значением критерия Рейнольдса. Затем в очищенный раствор вводят с перемешиванием ароматический амин (дифениламин), непредельную карбоновую кислоту (выбрана из ряда фракций С₆-С₂₂) и производное сукцинимида (С-5А или С-1500) при комнатной температуре.

Контроль качества готового продукта осуществляют по процентному содержанию меди, которое определяют, растворяя навеску продукта в ледяной уксусной кислоте с последующим титрованием с использованием иодометрии. Содержание меди Cu⁺¹ и Cu^+II в присадке можно определить методом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС).

Использование непредельных карбоновых кислот позволяет получить необходимую молекулярную структуру металлоплакирующей присадки к смазочным композициям, обеспечивающую достижение требуемых физико-химических свойств.

Использование металлоплакирующей присадки к смазочным композициям позволяет значительно снизить коэффициент трения для различных пар трения, в том числе при большой степени нагружения и высоких частотах взаимного перемещения, а также исключить повреждение масляных каналов системы смазки двигателей внутреннего сгорания и улучшить противоизносные и моющие свойства.

Изобретение поясняется следующими примерами осуществления изобретения.

Пример 1

Металлоплакирующая маслорастворимая присадка содержит соль металла органической кислоты, ароматический амин, производное сукцинимида, при этом она дополнительно содержит маслорастворимую органическую кислоту, при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Пример 2

Пример 3

Влияние состава присадки на коэффициент трения при различных значениях температуры в зоне трения и давления для различных пар трения представлено в таблице 1.

Таблица 1

№примера	Пара трения: Чугун (СЧ 18-36)-Сталь А (А-18)
	Давление (Р), 25 кг/см²		Давление (Р), 50 кг/см²		Давление (Р), 100 кг/см²
	f, коэф. трения	Т, °С Температура в зоне трения	f, коэф. трения	Т, °С Температура в зоне трения	f, коэф. трения	Т, °С Температура в зоне трения
1	0,14	26	0,18	50	0,24	62
2	0,11	22	0,13	45	0,17	50
3	0,10	21	0,12	40	0,16	46

При использовании других соотношений компонентов присадки в пределах заявленных диапазонов также достигается снижение коэффициента трения.

Использование металлоплакирующей присадки к смазочным композициям позволяет значительно снизить коэффициент трения для различных пар трения, в том числе при большой степени нагружения и высоких частотах взаимного перемещения.

Трибологические испытания смазочных материалов производятся на машине трения, имитирующей работу тяжело нагруженного узла трения в условиях проскальзывания.

Для проведения сравнительных испытаний использовались:

- образец 1 - базовое масло 3 группы модифицированное металлоплакирующей присадкой по патенту РФ №2398010

- образец 2 - базовое масло 3 группы модифицированное металлоплакирующей присадкой по примеру №1

- образец 3 - базовое масло 3 группы модифицированное металлоплакирующей присадкой по примеру №2

- образец 4 - базовое масло 3 группы модифицированное металлоплакирующей присадкой по примеру №3

Испытания проводились на машине трения на максимальной нагрузке G_max,нач = 2600 МПа в течение 1 часа при скорости вращения шайбы 50 - 3500 об/мин.

Главными критериями для сравнения работоспособности смазочных материалов являлись:

- диаметр пятна контакта на шарике,

- приращение температуры шарика за время испытаний,

- изменение коэффициентов трения за время испытаний.

Значения диаметра пятна контакта, коэффициенты трения и температурные характеристики пар трения приведены в Таблице 2.

Таблица 2
Наименование смазок, частота вращения/скорость линейная	Диаметр пятна контакта, мкм	Коэффициент Трения μ=kM старт/уст. реж.	Рост Т°С
50 об/мин Vлин.=0,044 м/сек
Образец 1	478,85	15/15	0,263
Образец 2	469,66	13/13	0,82
Образец 3	474,95	13/12	-1,27
Образец 4	567,25	16/15	0,26
500 об/мин Vлин.=0,44 м/сек
Образец 1	475,93	15/14	3,34
Образец 2	826,95	14/13	3,24
Образец 3	705,29	12/12	2,43
Образец 4	666,24	11/11	2,16
1000 об/мин Vлин.=0,88 м/сек
Образец 1	681,28	14/14	4,32
Образец 2	707,01	14/14	7,99
Образец 3	777,25	12/12	3,76
Образец 4	713,27	12/12	3,62
1500 об/мин Vлин.=1,32 м/сек
Образец 1	818,26	16/13	9,16
Образец 2	791,46	16/14	10,6
Образец 3	749,84	14/13	7,2
Образец 4	719,7	11/12	6,96
2000 об/мин Vлин.=1,64 м/сек
Образец 1	1669,68	разрушение	пары трения
Образец 2	867,41	15/13	11,47
Образец 3	907,85	13/13	10,44
Образец 4	857,93	13/13	8,86
2500 об/мин Vлин.=2,05 м/сек
Образец 1	0	0	0
Образец 2	718,58	15/13	10,17
Образец 3	939,76	15/14	15,2
Образец 4	1653,93	разрушение	пары трения
3000 об/мин Vлин.=2,46 м/сек
Образец 1	0	0	0
Образец 2	1895,94	разрушение	пары трения
Образец 3	671,44	12/11	8,19
Образец 4	0	0	0

Контактную (удельную) нагрузку Рк, кг/мм², рассчитывают по формуле:

Pк = Робщ/S, кг/мм² ,где

Робщ. - нагрузка на образец, кг.

S - площадь пятна контакта на шарике, мм², S=

D²/4, где D - диаметр пятна контакта шарика, мм.

По контактной нагрузке оцениваем несущую способность пары трения. Таблица 3.

Таблица 3
Наименование смазок	Диаметр пятна контакта, мкм	Несущая способность пары трения (контактная нагрузка, Р_{к ,}кг/мм²
50 об/мин
Образец 1	478,85	35,09
Образец 2	469,66	36,48
Образец 3	474,95	35,67
Образец 4	567,25	25,01
500 об/мин
Образец 1	475,93	35,53
Образец 2	826,95	11,77
Образец 3	705,29	16,18
Образец 4	666,24	18,13
1000 об/мин
Образец 1	681,28	17,34
Образец 2	707,01	16,1
Образец 3	777,25	13,32
Образец 4	713,27	15,82
1500 об/мин
Образец 1	818,26	12,02
Образец 2	791,46	12,85
Образец 3	749,84	14,31
Образец 4	719,7	15,54
2000 об/мин
Образец 1	1669,68	0
Образец 2	867,41	10,69
Образец 3	907,85	9,76
Образец 4	857,93	10,93
2500 об/мин
Образец 1	0	0
Образец 2	718,58	15,58
Образец 3	939,76	9,11
Образец 4	1653,93	0
3000 об/мин
Образец 1	0	0
Образец 2	1895,94	0
Образец 3	671,44	17,85
Образец 4	0	0

Мощность трения после испытаний оцениваем по формуле:

W=Рк×10×Vлин, где

Рк×10-контактная (удельная) нагрузка в МПа

V лин. - линейная скорость перемещения образца, м/с,

V лин. =

, где

n - обороты шайбы в минуту;

l - длина окружности дорожки износа, l=

, где D - диаметр окружности дорожки износа. В условиях испытаний на данной машине трения длина дорожки условно постоянна и составляет 0,053 м.

Расчетная величина мощности трения характеризует работу силы трения при износе контактирующих поверхностей на каждом этапе данного эксперимента, данные приведены в Таблице 4.

Таблица 4
Наименование смазок	Несущая способность пары трения (контактная нагрузка, Р_{к ,}кг/мм²	Мощность трения, МПа*м/сек
50 об/мин Vлин.=0,044 м/сек
Образец 1	35,09	15,44
Образец 2	36,48	16,05
Образец 3	35,67	15,7
Образец 4	25,01	11
500 об/мин Vлин.=0,44 м/сек
Образец 1	35,53	156,31
Образец 2	11,77	51,78
Образец 3	16,18	71,18
Образец 4	18,13	79,77
1000 об/мин Vлин.=0,88 м/сек
Образец 1	681,28	152,57
Образец 2	707,01	141,66
Образец 3	777,25	117,22
Образец 4	713,27	139,19
1500 об/мин Vлин.=1,32 м/сек
Образец 1	818,26	158,64
Образец 2	791,46	169,57
Образец 3	749,84	188,91
Образец 4	719,7	205,07
2000 об/мин Vлин.=1,64 м/сек
Образец 1	Разрушение пары	0
Образец 2	10,69	175,4
Образец 3	9,76	160,12
Образец 4	10,93	179,29
2500 об/мин Vлин.=2,05 м/сек
Образец 1	0	0
Образец 2	15,58	319,47
Образец 3	9,11	186,79
Образец 4	Разрушение пары	0
3000 об/мин Vлин.=2,46 м/сек
Образец 1	0	0
Образец 2	Разрушение пары	0
Образец 3	17,85	439,08
Образец 4	0	0

Расчет критических нагрузок для данного узла трения при применении смазочного материала Cupper 10W-40 и модифицированного металлоплакирующей присадкой (М.п.) смазочного материала Cupper 10W-40 выполнен на основе полученных экспериментальных данных, а также рассчитанных мощностей трения и допущения прямолинейной зависимости (Р_к=W_к/10V_лин) между Р_к (критической нагрузкой) и W_к (критической мощностью трения) во всем диапазоне линейных скоростей.

Таблица 5
Наименование смазки	Расчетная критическая нагрузка при оборотах:
Наименование смазки	50 об/мин	500 об/мин	1000 об/мин	1500 об/мин	2000 об/мин	2500 об/мин	3000 об/мин
Образец 1	360,55	36,05	18,03	12,02	0	0	0
Образец 2	726,07	72,61	36,6	24,20	19,48	15,58	0
Образец 3	997,91	99,79	49,9	33,26	26,77	21,42	17,85
Образец 4	466,07	46,61	23,3	15,54	12,50	10,00	0

Модификация смазочного материала на основе базового масла 3 группы разработанной металлоплакирующей присадкой позволила обеспечить длительную работоспособность пары трения на скорости скольжения до 2,46 м/сек.

Прогнозный расчет критической нагрузки показывает значительное (многократное) преимущество противоизносных свойств смазочного материала, модифицированного разработанной присадкой во всем диапазоне линейных скоростей.

Claims

Металлоплакирующая маслорастворимая присадка, состоящая из соли металла органической кислоты, полученной при взаимодействии технической олеиновой кислоты, представляющей собой смесь карбоновых непредельных кислот C₁₅-C₁₈, с окисью одновалентной меди, ароматического амина, производного сукцинимида и маслорастворимой органической кислоты в виде олеиновой кислоты, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
соль металла органической кислоты 3-10 ароматический амин 15-35 производное сукцинимида 45-65 органическая кислота 5-15