WO2015194987A1 - Добавка к смазочным маслам и пластичным смазкам - Google Patents

Добавка к смазочным маслам и пластичным смазкам Download PDF

Info

Publication number
WO2015194987A1
WO2015194987A1 PCT/RU2014/000665 RU2014000665W WO2015194987A1 WO 2015194987 A1 WO2015194987 A1 WO 2015194987A1 RU 2014000665 W RU2014000665 W RU 2014000665W WO 2015194987 A1 WO2015194987 A1 WO 2015194987A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
additive
carbon
oil
particle size
silicon dioxide
Prior art date
Application number
PCT/RU2014/000665
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Борис Павлович СТРУНИН
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Базис"
Ватфорд Импекс Элпи
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Базис", Ватфорд Импекс Элпи filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Базис"
Publication of WO2015194987A1 publication Critical patent/WO2015194987A1/ru

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10M—LUBRICATING COMPOSITIONS; USE OF CHEMICAL SUBSTANCES EITHER ALONE OR AS LUBRICATING INGREDIENTS IN A LUBRICATING COMPOSITION
    • C10M107/00—Lubricating compositions characterised by the base-material being a macromolecular compound
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10M—LUBRICATING COMPOSITIONS; USE OF CHEMICAL SUBSTANCES EITHER ALONE OR AS LUBRICATING INGREDIENTS IN A LUBRICATING COMPOSITION
    • C10M125/00—Lubricating compositions characterised by the additive being an inorganic material
    • C10M125/02—Carbon; Graphite
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10M—LUBRICATING COMPOSITIONS; USE OF CHEMICAL SUBSTANCES EITHER ALONE OR AS LUBRICATING INGREDIENTS IN A LUBRICATING COMPOSITION
    • C10M125/00—Lubricating compositions characterised by the additive being an inorganic material
    • C10M125/26—Compounds containing silicon or boron, e.g. silica, sand

Definitions

  • the invention relates to the field of lubricants, specifically to additives for lubricating oils and greases and may find application in automobile, river, sea, railway transport.
  • the problem of reducing mechanical losses that arose with the advent of the first mechanical devices continues to be relevant today, despite the emergence of many new lubricants.
  • a promising direction in the field of lubricants is the use of finely divided powder compositions introduced into the composition of both liquid and thick lubricants.
  • a promising direction in the field of lubricants is the use of finely divided powder compositions introduced into the composition of both liquid and thick lubricants.
  • graphite One of the most common dry lubricants is graphite.
  • the main advantage of graphite is that it forms strong films on friction surfaces.
  • the particle size is 0.3-0.4 ⁇ m (300-400 nm). It is proposed to use oil for lubricating machines and mechanisms both during break-in and during operation. To lubricate heavily loaded friction units, the amount of additive in the oil is 0.3-1.0%, during operation or in lightly loaded units 0.1-0.3%. Effect: friction coefficient at maximum load - 0.019-0.029 (SU 1770350 A1, 10.23.1992).
  • the particle size of the additive leads to insufficient stability of the suspension in lubricating oils (1 month).
  • Known lubricating oil containing mineral oil and a solid additive which is used as fullerene soot in an amount of 1-5% of the mass.
  • I-40 A industrial oil is used as the mineral (base) oil.
  • the proposed lubricating oil is intended for the lubrication of machines and mechanisms, including heavily loaded friction units, both during running-in and running-in of friction units, as well as during operation.
  • EFFECT friction coefficient during testing of copper-steel friction pairs amounted to 0.015-0.030, volumetric wear at maximum load - 0.154-0.335 mm 3 (RU 2146277 C1, 10.03.2000).
  • Known composite material for friction units of automotive units containing a carbon modifier and a polymer binder.
  • AT as a carbon modifier contains a mixture of diamond-like and graphite-like carbon modifications with a particle size of 3-10 nm in a ratio of 1: 1-1: 10 in an amount of 0.01-0.1% of the mass.
  • As a polymeric binder a polyamide 6 powder with a particle size of 80-100 ⁇ m obtained by cryogenic dispersion is contained.
  • coefficient of friction - 0.12-0.18 (RU 2223304 C1, 02/10/2004).
  • a known composition for the formation of an antifriction coating on the friction surfaces of kinematic pairs containing 5-10% of the mass, amorphous alumina with particle sizes of not more than 240 A (24 nm), 70-80% of the mass, silicon dioxide, expanded intercalated graphite - the rest. Effect: friction coefficient - 0.0006-0.0009, volumetric wear - 0.00011-0.00017 m 3 x 10 "3 (RU 2271485 C1, 03/10/2006).
  • this composition can only be used on its own without adding to the main oil, due to the fact that such a lubricant becomes unstable due to the crosslinking of the products of wear of the oils into reactive oligomers of a radical type. Such grease cannot be used in internal combustion engines.
  • Known lubricating composition containing a lubricating component and nanodiamonds of detonation synthesis, forming a free-dispersed system with colloidal stability.
  • the lubricating component is commercial oils or greases. Nanodiamonds are used both non-fractionated and fractionated in size. Fractionated nanodiamonds have an average cluster size of nanoparticles with a diameter of 150 nm, 550 nm, 600 nm.
  • the composition is prepared on the basis of commercial oils or lubricants by mixing the components. For uniform distribution of nanoparticles or their clusters, ultrasonic treatment is used. Concentrated products are prepared containing nanodiamonds up to 10% by weight, for oils and 40% by weight, for greases.
  • the lubricating composition is intended for various kinds of machines and mechanisms for use in the running-in process, regular operation and restoration of mating friction surfaces.
  • EFFECT reduced fuel consumption by 10%, reduced wear of friction surfaces, reduced oil temperature (RU 2356938 C1, 12.20.2008).
  • Known lubricating composition containing a base base and a carbon additive in an amount of 1.0-2.5% of the mass.
  • the basic basis is heavy oil residues (fuel oil, tar) or their mixture with used oil, subjected to thermolysis - heat treatment at 200-450 ° C in sealed conditions.
  • the carbon additive is nanodispersed carbon or a mixture thereof with molybdenum disulfide in an amount of 1-10 wt.% Of carbon.
  • Fullerenes, carbon nanotubes, nanosized vessels, nanodispersed carbon obtained by pyrolysis of methane in the presence of a catalyst are used as nanodispersed carbon.
  • As used oil in particular, motor, industrial oils, their mixture are used.
  • the composition is intended for lubrication of heavily loaded friction units of various mechanisms.
  • Technical result diameter of the wear spot - 0.48 - 0.76 mm; ultimate critical load - 872.2-1003.4 kgf; welding load - 1646.4-2067.8 kgf; teasing index - 355.5-552.7 (RU 2378326 C1, 01/10/2010).
  • Known lubricant composition containing an organic base and nanoparticles of inorganic additives.
  • Liquid polyesters are used as an organic base, 0.01-0.1% of the mass, hydrophobic nanodispersion of silicon dioxide grafted on its surfaces with polysiloxane groups at a specific surface area of nanoparticles of 90-300 m / g. The size of the nanoparticles does not exceed 70 nm.
  • hydrophobic aerosil - a product of the company Evonik Degussa GmbH (Germany) and a synthetic lubricant based on liquid copolymers (C 14 - C 16 ) of ⁇ -olefins and ⁇ , ⁇ -unsaturated 1,4-dicarboxylic acid esterified with n-butanol is a Ketjenlube product from Akzo Nobel (USA).
  • the lubricating composition is intended for use in the operational mode of various kinds of machines and mechanisms, preferably internal combustion engines.
  • EFFECT improved antifriction properties (Gersi-Stribek curve), decreased antiwear properties by 12% (-1.05 mg), decreased alkaline number by 19% (RF N ° 2426771, ⁇ 10 ⁇ 125 / 26, 2011).
  • a disadvantage of the lubricating composition is its limited scope, since the composition cannot be used in mineral oils.
  • Known tribological additive to lubricating oils and greases containing 40-45% of the mass of silicon dioxide; 2-3% of the mass, muscovite; 3.5-4.0% of the mass, albite; 2-3% of the mass, microcline; 0.001-1% of the mass of the polyhedral multilayer carbon structures of the fulleroid type; 0.2-5.0% of the mass, a mixture of fullerenes With 6 about and With 70 ; amorphous carbon - the rest.
  • the additive has the form of a fine powder with a particle size of 0.001-0.1 microns (1-100 nm). As amorphous carbon, the additive contains carbon black.
  • the additive is mixed with motor oils or greases.
  • additives are introduced into the engine oil, and 0.1-15.0% of the mass into the grease.
  • the additive is designed to reduce wear of the friction surfaces of friction units both simple and complex mechanisms and assemblies. The technical result is a reduction in wear of a steel sample by 25-30% compared with lubricating oil that does not contain additives (RU 2277577 C1, 10.06.2006).
  • the disadvantage of the additive is the multicomponent composition, which complicates the manufacture of the additive.
  • Known tribological additive to lubricating oils and greases containing 40-60% of the mass of amorphous silicon dioxide; 5-15% of the mass of amorphous alumina; 6-10% of the mass of amorphous carbon in the form of soot; 5-15% of the mass of amorphous magnesium oxide; 5-15% of the mass, the organosilicon compound of aluminum and zinc in the form of zincaluminosiloxane in the liquid phase and the rest is an organic solvent in the form of toluene. Without solvent, the additive is a homogenized mixture of component powders with particle sizes of not more than 1 ⁇ m (1000 nm).
  • An organic solvent is necessary for the normal mixing of the additive in hydrocarbon lubricants and fuels of mineral or synthetic origin.
  • the additive is intended to compensate (restore) the wear of friction surfaces of machine elements and mechanisms.
  • EFFECT volumetric wear 0.00012 m -10 " ; average friction coefficient per test 0.0006-0.00065 (RU 2319731 C1, 03.20.2008).
  • the mixture for nanocrystalline drinkable protective layer contains solid components: 70-90% silicon dioxide, 5-15% alumina, 5-15% graphite.
  • the particle size of at least one solid component is 0.1-10 nm, preferably 3 nm.
  • Solid components are introduced into a lubricant, which is petroleum oil, gasoline, molten plastic, and paste.
  • the weight part of the solid components attributable to the lubricant amounts to 0.01-1.0%, mainly 0.05-0.5%.
  • the mixture is intended for use as a lubricant in internal combustion engines, in mechanical gears, in hydraulic systems.
  • the technical result is the formation of a protective layer with a value of 0.0001-0.1 mm, which leads to a low coefficient of friction, reduces wear, increases the strength of the friction surfaces.
  • the authors set themselves the task of increasing the antifriction, anti-seize and anti-wear properties of oil, increasing colloidal stability, improving running-in properties, improving the tribological characteristics of friction pairs, increasing the adhesion strength of coatings on metals, ensuring high performance characteristics of lubricants, ensuring durability and lubrication performance , engine stability, restoration of worn friction surfaces, increasing uniformity STI, stability and durability of the antifriction coating.
  • the objective of the present invention is to provide an additive of such a component composition, the use of which in a lubricant provides a reduction in fuel consumption in internal combustion engines.
  • the technical result is to reduce fuel consumption in internal combustion engines.
  • the proposed additive which is a fine powder containing a mixture of silicon dioxide with synthetic carbon.
  • the content of silicon dioxide with an average particle size of 10 nm in the mixture is 99.0-99.9% of the mass
  • the carbon content of synthetic with an average particle size of 30 nm is 0.1-1.0% of the mass.
  • FIG. 1 shows an image of individual particles in agglomerates of silicon dioxide powder.
  • FIG. Figure 2 shows the particle size distribution of silica powder.
  • FIG. Figure 3 shows a general view of the powder and the diffraction pattern corresponding to this region, a plot of the powder agglomerate.
  • FIG. 4 shows the onion-like structure of nanoparticles.
  • FIG. Figure 5 shows the size distribution of synthetic carbon particles in a sample.
  • Table 1 shows the compositions of the lubricant prepared for testing.
  • Table 2 shows the test results of the additive in a DENYO DCA-150 SPM diesel generator.
  • Table 3 shows the test results of the proposed additives on cars of the Hyundai brand with diesel engines.
  • a feature of synthetic carbon is that it is an agglomerate consisting of nanoparticles of a "bulbous" structure.
  • the additive is introduced in an amount of 0.005-0.01% of the mass, in lubricating oil, in an amount of 0.01-0.02% of the mass, in plastic greases.
  • the carbon component is synthetic carbon with a "bulbous" structure of nanoparticles
  • the invention is illustrated by the receipt of the components of the additive, the test results.
  • Fine silica powder is obtained by acid hydrolysis of silicon tetra-alkoxides, followed by drying.
  • Synthetic carbon is produced by the low-temperature plasma method by the action of chlorine on hydrocarbons (methane). As a result of the reaction, finely dispersed carbon powder was obtained.
  • the study of the obtained powders of silicon dioxide and synthetic carbon was carried out by transmission electron microscopy.
  • a high resolution JEM 2100 transmission electron microscope, JEOL, Japan was used.
  • the JEM 2100 microscope has a resolution at points of 2.3 A and along lines of 1.4A, a maximum accelerating voltage of 200 kV and a direct increase of up to 1.5 million times.
  • the cathode LaB 6 is used as an electron source.
  • the minimum diameter of the electron beam in the clearance mode is 20 nm, which makes it possible to obtain a diffraction pattern from a region of the same diameter in the micro-beam mode.
  • the goniometric table allows you to tilt the sample along the x axis ⁇ 60 °, along the y axis ⁇ 25 °.
  • the structure was studied by transmission electron microscopy at an accelerating voltage of 200 kV.
  • the average beam diameter during imaging was approximately 100 nm.
  • Accelerating voltage stability was 2-10 "6 min " 1 .
  • the stability of the objective lens current is 1–10 6 min ardliving 1. 300 particles were processed during construction.
  • the resulting silicon dioxide powder is an agglomerate consisting of fine particles.
  • the average particle size of the silicon dioxide powder is 10 nm.
  • FIG. Figure 2 shows the particle size distribution of silica powder. When building processed 300 particles.
  • the maximum particle size distribution corresponds to 10 nm.
  • Synthetic carbon powder is an agglomerate consisting of fine particles.
  • a general view of the powder and the diffraction pattern corresponding to this region are shown in FIG. 3 (a), and in FIG. 3 (b) shows a plot of powder agglomerate.
  • the diffraction pattern corresponds to the structure of an amorphous substance, long-range order is not formed, but in the high-resolution image the so-called “onion-like” structure of nanoparticles is visible.
  • the inter-cavity distance between graphite-like layers is approximately 0.35 nm (FIG. 4).
  • FIG. Figure 5 shows the size distribution of synthetic carbon particles in a sample. When building processed 300 particles. The maximum particle size distribution is approximately 30 nm.
  • the obtained synthetic carbon powder is agglomerates consisting of fine particles.
  • the so-called “onion-like” structure of nanoparticles is visible in the structure of the powder in the high-resolution image.
  • the inter-cavity distance between the graphite-like layers is approximately 0.35 nm.
  • the maximum particle size distribution in the sample corresponds to approximately 30 nm.
  • the inventive additive is prepared by mixing the components at a given mass ratio.
  • Mixing can be carried out using mixers of various designs, circulating pumps, cavitation devices and other suitable devices.
  • the inventive additive can be introduced into the lubrication system, both in the form of a dry mixture of silicon dioxide with synthetic carbon, and in the form of their suspension in regular oil.
  • the regular oil was mixed with the additive, which is a 0.005-0.01% suspension in the base oil at the rate of 120 milliliters of the additive in the base oil per 40 liters of regular oil.
  • motor oil of the I-40A brand non-stop was used as the base oil.
  • test results are presented in table 2.
  • tests of the proposed additives were carried out on Hyundai cars with diesel engines.
  • test results confirm the essence of the invention, but do not limit the scope of use of the lubricant.
  • the additive is chemically neutral to the lubricant, which ensures the safety of use in any components and mechanisms.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Lubricants (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области смазочных материалов, конкретно к добавкам к смазочным маслам и пластичным смазкам и может найти применение в автомобильном, речном, морском, железнодорожном транспорте. Технический результат, на достижение которого направлено изобретение - снижение расхода топлива в двигателях внутреннего сгорания. Технический результат достигается тем, что добавка представляет собой мелкодисперсный порошок, содержащий смесь диоксида кремния с углеродом синтетическим. Содержание диоксида кремния со средним размером частиц 10 нм в смеси составляет 99,0-99,9% масс., содержание углерода синтетического со средним размером частиц 30 нм - 0,1-1,0% масс. Углерод синтетический представляет собой агломераты, состоящие из наночастиц луковицеобразной структуры.

Description

Добавка к смазочным маслам и пластичным смазкам
Область техники
Изобретение относится к области смазочных материалов, конкретно к добавкам к смазочным маслам и пластичным смазкам и может найти применение в автомобильном, речном, морском, железнодорожном транспорте. Проблема снижения механических потерь, возникшая с появлением первых механических устройств, продолжает оставаться актуальной и в настоящее время, несмотря на появление множества новых смазочных материалов.
Введение в штатные масла добавок, смазочных композиций, присадок улучшают различные эксплуатационные свойства смазочных материалов.
Перспективным направлением в области смазочных материалов является использование тонкодисперсных порошковых композиций, вводящихся в состав как жидких, так и густых смазок.
Предшествующий уровень техники
Проблема снижения механических потерь, возникшая с появлением первых механических устройств, продолжает оставаться актуальной и в настоящее время, несмотря на появление множества новых смазочных материалов.
Введение в штатные масла добавок, смазочных композиций, присадок улучшают различные эксплуатационные свойства смазочных материалов.
Перспективным направлением в области смазочных материалов является использование тонкодисперсных порошковых композиций, вводящихся в состав как жидких, так и густых смазок.
Одним из наиболее распространённых сухих смазочных веществ является графит. Основное достоинство графита, в том, что он образует прочные пленки на трущихся поверхностях.
Известно смазочное масло, содержащее минеральное масло и твердую добавку - 0,1-1 % масс, смеси ультрадисперсных порошков алмаза, графита и аморфного углерода при массовом соотношении алмазной и неалмазной углеродной модификации от 30:70 до 99:1. Размер частиц составляет 0,3-0,4 мкм (300-400 нм). Масло предлагается использовать для смазки машин и механизмов как в процессе обкатки, так и при эксплуатации. Для смазки тяжелонагруженных узлов трения количество добавки в масле - 0,3-1,0%, в период эксплуатации или в легконагруженных узлах - 0,1-0,3%. Технический результат: коэффициент трения при максимальной нагрузке - 0,019-0,029 (SU 1770350 А1, 23.10.1992).
Недостатками такой добавки являются:
- трёхкомпонентный состав углеродной смеси (алмаз, графит, аморфный углерод);
- высокое содержание алмазной компоненты (30-99%), что нежелательно из-за абразивных свойств алмаза;
размер частиц добавки (0,3-0,4 мкм или 300-400 нм) приводит к недостаточной стабильности суспензии в смазочных маслах (1 месяц).
Известно смазочное масло, содержащее минеральное масло и твердую добавку, в качестве которой используют фуллереновую сажу в количестве 1- 5% масс. В качестве минерального (базового) масла используют индустриальное масло И-40 А. Предлагаемое смазочное масло предназначается для смазки машин и механизмов, в том числе и тяжело-нагруженных узлов трения, как в процессе приработки и обкатки узлов трения, так и при эксплуатации. Технический результат: коэффициент трения при испытаниях пар трения медь- сталь составил 0,015-0,030, объёмный износ при максимальной нагрузке - 0,154-0,335 мм3 (RU 2146277 С1, 10.03.2000).
Недостатки такого смазочного масла согласно RU 2448154 С1, 10.08.2011 следующие. Значительное количество фуллереновой сажи от 1 до 5% существенно повышает вязкость масла, снижает его трибологические свойства, так как значительная добавка фуллереновой сажи при статическом перемешивании её с маслом не обеспечивает равномерности состава по всему объёму, приводит к осадку и расслаиваемости ввиду комкования кластеров, коагуляции частиц, дробление таких кластеров возможно только в жидкости электрогидравлическим разрядом. Кроме того, такое масло обладает высокой стоимостью, превышающей обычные масла более чем в 20 раз, что делает его недоступным для большинства потребителей.
Известен композиционный материал для узлов трения автомобильных агрегатов, содержащий углеродный модификатор и полимерное связующее. В качестве углеродного модификатора содержится смесь алмазоподобной и графитоподобной модификации углерода с размером частиц 3-10 нм в соотношении 1 :1-1:10 в количестве 0,01-0,1% масс. В качестве полимерного связующего содержится порошок полиамида 6 с размером частиц 80-100 мкм, полученный криогенным диспергированием. Технический результат: коэффициент трения - 0,12-0,18 (RU 2223304 С1, 10.02.2004).
Недостатками данного технического решения являются:
- сложность производства полимерного связующего (криогенное диспергирование),
- невозможность использования в составе штатных масел, так как это приводит к забиванию фильтрующих элементов из-за крупных размеров частиц композиционного материала.
Известна композиция для формирования антифрикционного покрытия трущихся поверхностей кинематических пар, содержащая 5-10 % масс, аморфного оксида алюминия с размерами частиц не более 240 А (24 нм), 70-80 % масс, диоксида кремния, вспученный интеркалированный графит - остальное. Технический результат: коэффициент трения - 0,0006-0,0009, объёмный износ - 0,00011-0,00017 м3 х 10"3 (RU 2271485 С1, 10.03.2006).
Недостатком данной композиции является то, что данный состав может использоваться только самостоятельно без добавления в основное масло, ввиду того, что такая смазка становится нестабильной из-за сшивки продуктов износа масел в реакционно-способные олигомеры по радикальному типу. Такая смазка не может использоваться в двигателях внутреннего сгорания.
Известна смазочная композиция, содержащая смазочный компонент и наноалмазы детонационного синтеза, образующие свободнодисперсные системы, обладающие коллоидной устойчивостью. Смазочным компонентом являются коммерческие масла или консистентные смазки. Наноалмазы применяются как не фракционированные, так и фракционированные по размерам. Фракционированные наноалмазы имеют средний размер кластеров наночастиц с диаметром 150 нм, 550 нм, 600 нм. Композиция готовится на основе коммерческих масел или смазок путём смешивания компонентов. Для равномерного распределения наночастиц или их кластеров применяют ультразвуковую обработку. Готовят концентрированные продукты, содержащие наноалмазы до 10% масс, для масел и 40% масс, для консистентных смазок. Смазочная композиция предназначена для различного рода машин и механизмов для использования в процессе обкатки, штатной эксплуатации и восстановления сопряжённых поверхностей трения. Технический результат - снижение расхода топлива на 10%, снижение износа поверхностей трения, снижение температуры масла (RU 2356938 С1, 20.12.2008).
Недостатками смазочной композиции являются:
- наличие наноалмазов с размерами 150-600 нм, обладающих абразивными свойствами, отрицательно отразится на сроках эксплуатации двигателя;
- достаточно крупные размеры наноазмазов будут приводить к преждевременной забивке масляных фильтров, что ограничивает область применения для масел;
- в случае длительной остановки двигателя, необходимо вновь обрабатывать состав ультразвуком из-за седиментации суспензии достаточно крупного гранулометрического состава.
Известна смазочная композиция, содержащая базовую основу и углеродную добавку в количестве 1,0-2,5 % масс. Базовой основой являются тяжёлые нефтяные остатки (мазут, гудрон) или их смесь с отработанным маслом, подвергнутые термолизу - термообработке при 200-450°С в герметичных условиях. Углеродной добавкой является нанодисперсный углерод или его смесь с дисульфидом молибдена в количестве 1-10 мас.% от углерода. В качестве нанодисперсного углерода используют фуллерены, углеродные нанотрубки, нанососуды, нанодисперсный углерод, полученный пиролизом метана в присутствии катализатора. В качестве отработанного масла используют, в частности, моторные, индустриальные масла, их смесь.
Композиция предназначена для смазывания тяжело нагруженных узлов трения различных механизмов. Технический результат: диаметр пятна износа - 0,48- 0,76 мм; предельная критическая нагрузка - 872,2-1003,4 кгс; нагрузка сваривания - 1646,4-2067,8 кгс; индекс задира - 355,5-552,7 (RU 2378326 С1, 10.01.2010).
Недостатками смазочной композиции являются:
- сложность приготовления смазочной композиции (термолиз);
- добавление в масло тяжёлых нефтяных остатков (мазут, гудрон) при его использовании в двигателях внутреннего сгорания существенно увеличит количество смолистых веществ и сократит срок службы масла; - наличие дисульфида молибдена в добавке нежелательно, так как происходит распад дисульфида, образование серной кислоты, продукты окисления дисульфидов обладают высокой абразивной и коррозионно-активной способностью.
Известна смазочная композиция, содержащая органическую основу и наночастицы неорганической добавки. В качестве органической основы используют жидкие полиэфиры, в качестве неорганической добавки - 0,01-0,1% масс, гидрофобной нанодисперсии диоксида кремния с привитыми на его поверхностях полисилоксановыми группами при удельной поверхности наночастиц 90-300 м /г. Размер наночастиц не превышает 70 нм. В заявленной смазочной композиции используют готовые товарные продукты: гидрофобный аэросил - продукт фирмы Evonik Degussa GmbH (Германия) и синтетический смазочный материал на основе жидких сополимеров (С14 - С16) α-олефинов и α,β-ненасыщенной 1,4-дикарбоновой кислоты, этерифицированных н-бутанолом - продукт Ketjenlube фирмы Akzo Nobel (США). Смазочная композиция предназначена для использования в эксплуатационном режиме различного рода машин и механизмов, предпочтительно, двигателей внутреннего сгорания. Технический результат: улучшение антифрикционных свойств (кривая Герси- Штрибека), снижение противоизносных свойств на 12% (-1,05 мг), снижение щелочного числа на 19% (РФ N° 2426771, С10М125/26, 2011 г.).
Недостатком смазочной композиции является ограниченная сфера применения, поскольку композицию нельзя будет использовать в минеральных маслах.
Известна триботехническая добавка к смазочным маслам и пластичным смазкам, содержащая 40-45% масс, двуокиси кремния; 2-3% масс, мусковита; 3,5-4,0 % масс, альбита; 2-3% масс, микроклина; 0,001-1 % масс, полиэдральных многослойных углеродных структур фуллероидного типа; 0,2-5,0 % масс, смеси фуллеренов С6о и С70; аморфного углерода - остальное. Добавка имеет вид мелкодисперсного порошка с размером частиц 0,001-0,1 мкм (1-100 нм). В качестве аморфного углерода добавка содержит сажу. Добавка смешивается с моторными маслами или пластичными смазками. В моторное масло вводится 0,005-0,1 % масс, добавки, а в пластичную смазку - 0,1-15,0 % масс. Добавка предназначена для уменьшения износов трущихся поверхностей узлов трения как простых, так и сложных механизмов и агрегатов. Технический результат - уменьшение износа стального образца на 25-30 % по сравнению со смазочным маслом, не содержащим добавки (RU 2277577 С1, 10.06.2006).
Недостатком добавки является многокомпонентный состав, что усложняет изготовление добавки.
Известна триботехническая добавка к смазочным маслам и пластичным смазкам, содержащая 40-60% масс, аморфного диоксида кремния; 5-15% масс, аморфного оксида алюминия; 6-10% масс, аморфного углерода в виде сажи; 5- 15% масс, аморфного оксида магния; 5-15% масс, кремнийорганического соединения алюминия и цинка в виде цинкалюмосилоксана в жидкой фазе и остальное - органический растворитель в виде толуола. Без растворителя добавка представляет гомогенизированную смесь порошков компонентов с размерами частиц не более 1 мкм (1000 нм). Органический растворитель необходим для нормального размешивания добавки в углеводородных смазках и топливах минерального или синтетического происхождения. Добавка предназначена для компенсации (восстановления) износа поверхностей трения элементов машин и механизмов. Технический результат - объёмный износ 0,00012 м -10" ; средний за испытание коэффициент трения 0,0006-0,00065 (RU 2319731 С1, 20.03.2008).
Недостатками добавки являются:
- многокомпонентный состав добавки;
- крупный размер частиц компонентов;
- для нормального размешивания добавки в смазках и топливах необходим органический растворитель.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является техническое решение, описанное в заявке Германии DE 102007002233 А1, 31.07.2008, которое выбрано в качестве прототипа.
Смесь для нанокристаллического потивоизносного защитного слоя по заявке Германии Ν° 102007002233 содержит твёрдые компоненты: 70-90% диоксида кремния, 5-15% оксида алюминия, 5-15% графита. Размер частиц по крайней мере одного твёрдого компонента составляет 0,1-10 нм, преимущественно 3 нм. Твёрдые компоненты вводятся в смазочное средство, которым является нефтяное масло, бензин, расплавленная пластмасса, паста. Весовая часть твёрдых компонентов, приходящаяся на смазочное средство, составляет 0,01-1,0%, преимущественно 0,05-0,5%. Смесь предназначена для использования в качестве смазки в двигателях внутреннего сгорания, в механических передаточных механизмах, в гидравлических системах. Технический результат - образование защитного слоя величиной 0,0001-0,1 мм, что приводит к низкому коэффициенту трения, уменьшает износ, повышает прочность поверхностей трения.
Недостатками смеси являются:
- недостаточно высокая эффективность смазочного материала;
- сравнительно большой расход твёрдых компонентов.
В приведенных аналогах авторы ставили своей задачей повышение антифрикционных, противозадирных и противоизносных свойств масла, повышение коллоидной стабильности, улучшение приработочных свойств, улучшение трибологических характеристик пар трения, увеличение адгезионной прочности покрытия на металлах, обеспечение высоких эксплуатационных характеристик смазочных материалов, обеспечение долговечности и эффективности работы смазки, стабильности работы двигателя, восстановление изношенных поверхностей трения, повышение равномерности, стабильности и долговечности антифрикционного покрытия.
Для каждой поставленной конкретной задачи требуется конкретная добавка, с помощью одной какой-либо добавки невозможно улучшить сразу все параметры и эксплуатационные характеристики двигателя.
Раскрытие изобретения
Задачей настоящего изобретения является создание добавки такого компонентного состава, использование которой в смазочном материале обеспечивает снижение расхода топлива в двигателях внутреннего сгорания.
Техническим результатом является снижение расхода топлива в двигателях внутреннего сгорания.
Технический результат решается предлагаемой добавкой, представляющей собой мелкодисперсный порошок, содержащий смесь диоксида кремния с углеродом синтетическим. Содержание диоксида кремния со средним размером частиц 10 нм в смеси составляет 99,0-99,9% масс, содержание углерода синтетического со средним размером частиц 30 нм - 0,1-1,0% масс. Краткое описание чертежей
На фиг. 1 представлено изображение отдельных частиц в агломератах порошка диоксида кремния.
На фиг. 2 представлено распределение частиц порошка диоксида кремния по размерам.
На фиг. 3 представлены общий вид порошка и соответствующая данной области дифракционная картина, участок агломерата порошка.
На фиг. 4 представлена луковицеобразная структура наночастиц.
На фиг. 5 приведено распределение частиц углерода синтетического в образце по размерам.
В таблице 1 приведены составы смазочного материала, приготовленные для испытаний.
В таблице 2 приведены результаты испытаний добавки в дизельном генераторе марки DENYO DCA-150 SPM.
В таблице 3 приведены результаты испытания предлагаемой добавки на автомобилях марки Хундай с дизельными двигателями.
Особенностью углерода синтетического является то, что он представляет собой агломераты, состоящие из наночастиц «луковицеобразной» структуры.
Добавка вводится в количестве 0,005-0,01% масс, в смазочное масло, в количестве 0,01-0,02 % масс, в пластичные смазки.
Отличительными признаками изобретения от прототипа являются качественные и количественные характеристики добавки:
углеродным компонентом является углерод синтетический с «луковицеобразной» структурой наночастиц;
- количественное содержание углерода синтетического;
- размер частиц углерода синтетического;
- количественное содержание диоксида кремния.
Сущность изобретения поясняется получением компонентов добавки, результатами испытаний.
Получение диоксида кремния и углерода синтетического.
Мелкодисперсный порошок диоксида кремния получают кислотным гидролизом тетраалкоголятов кремния с последующим высушиванием. Углерод синтетический получают методом низкотемпературной плазмы при воздействии хлора на углеводороды (метан). В результате реакции получен мелкодисперсный порошок углерода.
Исследование полученных порошков диоксида кремния и углерода синтетического проводилось методом просвечивающей электронной микроскопии. Для проведения структурных исследований полученного порошка применялся просвечивающий электронный микроскоп JEM 2100 высокого разрешения, фирмы JEOL, Япония. Микроскоп JEM 2100 имеет разрешение по точкам 2,3 А и по линиям - 1,4А, максимальное ускоряющее напряжение 200 кВ и прямое увеличение составляет до 1,5 млн. раз. В качестве источника электронов используется катод LaB6. Минимальный диаметр электронного пучка в режиме просвета составляет 20 нм, что позволяет в микролучевом режиме получить дифракционную картину с области такого же диаметра. Гониометрический столик позволяет наклонять образец по оси х ± 60°, по оси у ± 25°.
Исследование структуры методом просвечивающей электронной микроскопии проводили при ускоряющем напряжении 200 кВ. Средний диаметр пучка при получении изображения составлял приблизительно 100 нм. Стабильность по ускоряющему напряжению составляла 2-10"6 мин"1. Стабильность тока объективной линзы - 1-Ю"6 мин'1. При построении обрабатывалось 300 частиц.
Полученный порошок диоксида кремния представляет собой агломераты, состоящие из мелкодисперсных частиц. Средний размер частиц порошка диоксида кремния 10 нм. Фиг. 1 - Изображение отдельных частиц в агломератах порошка диоксида кремния.
На фиг. 2 приведено распределение частиц порошка диоксида кремния по размерам. При построении обработано 300 частиц. Максимум распределения частиц по размерам соответствует 10 нм.
Порошок углерода синтетического представляет собой агломераты, состоящие из мелкодисперсных частиц. Общий вид порошка и соответствующая данной области дифракционная картина приведена на фиг. 3 (а), а на фиг. 3 (б) приведён участок агломерата порошка.
Дифракционная картина соответствует структуре аморфного вещества, дальний порядок не сформирован, но на изображении высокого разрешения видна так называемая «луковицеобразная» структура наночастиц. Межполостное расстояние между графитоподобными слоями составляет приблизительно 0,35 нм (фиг. 4).
На фиг. 5 приведено распределение частиц углерода синтетического в образце по размерам. При построении обработано 300 частиц. Максимум распределения частиц по размерам соответствует приблизительно 30 нм.
Таким образом, полученный порошок углерода синтетического представляет собой агломераты, состоящие из мелкодисперсных частиц. В структуре порошка на изображении высокого разрешения видна так называемая «луковицеобразная» структура наночастиц. Межполостное расстояние между графитоподобными слоями составляет приблизительно 0,35 нм. Максимум распределения частиц по размерам в образце соответствует приблизительно 30 нм.
Варианты осуществления предложения
Заявляемая добавка приготавливается путём перемешивания компонентов при заданном массовом соотношении.
Перемешивание может осуществляться с помощью мешалок различной конструкции, цикруляционных насосов, кавитационных устройств и других подходящих приспособлений. Заявляемая добавка может вводиться в систему смазки, как в виде сухой смеси диоксида кремния с синтетическим углеродом, так и в виде их суспензии в штатном масле.
Для проведения испытаний штатное масло смешивалось с добавкой, представляющей собой 0,005-0,01%-ную суспензию в базовом масле из расчёта 120 миллилитров добавки в базовом масле на 40 литров штатного масла. Для приготовления смазочного материала в качестве базового масла использовалось моторное масло марки И-40А (бесприсадочное).
Испытания смазочного материала.
Для испытаний были приготовлены составы смазочного материала, см. таблицу 1.
Испытания предлагаемой добавки в дизельном генераторе марки DENYO DCA-150 SPM.
Результаты испытаний представлены в таблице 2. Кроме того, испытания предлагаемой добавки проводились на автомобилях марки Хундай с дизельными двигателями.
Результаты испытаний представлены в таблице 3.
Использование предлагаемой добавки в моторном масле приводит к уменьшению расхода топлива в двигателях внутреннего сгорания автомобилей в среднем на 16,34%, улучшает эффективность использования топлива в среднем на 19,51%.
Приведённые результаты испытаний подтверждают сущность изобретения, но не ограничивают область использования смазочного материала.
Приведенные результаты испытаний свидетельствуют об эффективности использования добавки в смазочном материале, о целесообразности её использования для улучшения эксплуатационных характеристик смазочных материалов.
Преимуществами являются:
Добавка химически нейтральна к смазочному материалу, что обеспечивает безопасность применения в любых узлах и механизмах.
Использование предлагаемой добавки в смазочном материале приводит к экономии расхода топлива в двигателях внутреннего сгорания. Помимо экономии топлива происходит продление сроков службы смазочного материала, продление сроков службы двигателей и агрегатов, снижение затрат на обслуживание техники, увеличиваются интервалы обслуживания.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Добавка к смазочным маслам и пластичным смазкам, включающая диоксид кремния, углерод, отличающаяся тем, что в качестве углерода она содержит углерод синтетический с луковицеобразной структурой наночастиц и средним размером частиц 30 нм, диоксид кремния со средним размером частиц 10 нм, при следующем соотношении компонентов, % масс:
Диоксид кремния 99,0-99,9;
Углерод синтетический 0, 1 -1 ,0.
PCT/RU2014/000665 2014-06-16 2014-10-08 Добавка к смазочным маслам и пластичным смазкам WO2015194987A1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014124161 2014-06-16
RU2014124161/04A RU2584155C2 (ru) 2014-06-16 2014-06-16 Добавка к смазочным маслам и пластичным смазкам

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2015194987A1 true WO2015194987A1 (ru) 2015-12-23

Family

ID=54935842

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2014/000665 WO2015194987A1 (ru) 2014-06-16 2014-10-08 Добавка к смазочным маслам и пластичным смазкам

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2584155C2 (ru)
WO (1) WO2015194987A1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112961725A (zh) * 2021-02-21 2021-06-15 上海中器实业有限公司 一种环保润滑油添加剂及其制备方法

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CZ307068B6 (cs) * 2016-06-23 2017-12-27 Technická univerzita v Liberci Způsob vyhodnocení modifikace olejů užívaných do převodových systémů nebo olejů pro obrábění kovových materiálů

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090053268A1 (en) * 2007-08-22 2009-02-26 Depablo Juan J Nanoparticle modified lubricants and waxes with enhanced properties
JP2009063154A (ja) * 2007-09-10 2009-03-26 Nsk Ltd 転動装置
CN103333727A (zh) * 2013-07-03 2013-10-02 哈尔滨工程大学 纳米二氧化硅及纳米石墨复合自修复润滑添加剂及其制备方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2319731C1 (ru) * 2007-03-15 2008-03-20 Валерий Владимирович Ладиков Триботехническая добавка к смазочным маслам и пластичным смазкам

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090053268A1 (en) * 2007-08-22 2009-02-26 Depablo Juan J Nanoparticle modified lubricants and waxes with enhanced properties
JP2009063154A (ja) * 2007-09-10 2009-03-26 Nsk Ltd 転動装置
CN103333727A (zh) * 2013-07-03 2013-10-02 哈尔滨工程大学 纳米二氧化硅及纳米石墨复合自修复润滑添加剂及其制备方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112961725A (zh) * 2021-02-21 2021-06-15 上海中器实业有限公司 一种环保润滑油添加剂及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
RU2014124161A (ru) 2015-12-27
RU2584155C2 (ru) 2016-05-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102344846B (zh) 一种具有负磨损自修复功能的润滑油及其制作方法
CA2837217C (en) Surface conditioning nanolubricant
CN102348790A (zh) 润滑脂组合物
WO2021168394A1 (en) Graphene-based lubricant additives and lubricants
Zhang et al. Comparison of the tribology performance of nano-diesel soot and graphite particles as lubricant additives
MXPA04011927A (es) Conductividad termica mejorada de fluidos con nanoparticulas de grafito y nanotubo de carbono.
US20140162915A1 (en) Enhanced Lubricant Formulation
RU2584155C2 (ru) Добавка к смазочным маслам и пластичным смазкам
Maurya et al. Ionic liquid-nanoparticle-based hybrid-nanolubricant additives for potential enhancement of tribological properties of lubricants and their comparative study with ZDDP
Zhang et al. Synergistic lubrication mechanism of core/shell C@ MoS2 particles as lubricant additives
CN106047443A (zh) 一种能提高钢件抗磨能力的含ws2纳米片的润滑油组合物的制备方法
US20150252280A1 (en) Enhanced Lubricant Formulation
US10100266B2 (en) Dielectric nanolubricant compositions
CN100569417C (zh) 一种金属纳米微粒表面调理剂
Dong et al. Preparation and oil lubrication of polyvinylidene fluoride (PVDF) nanospheres
Moldovanu et al. Influences of chemical characteristics and nanoadditive participation on raw vegetable oils’ tribological properties
JP2014169438A (ja) 固体粒子、固体潤滑剤及び金属部材
KR102263741B1 (ko) 알킬 기능화된 산화그래핀을 이용한 윤활제 제조방법
RU2687481C2 (ru) Способ обеспечения минимальных механических потерь в трущихся узлах механических агрегатов автомобилей при формировании покрытий поверхностей деталей без разборки агрегатов
Aher et al. Insight on the Effect of Nanoparticles addition in Oil Lubrication: A Review.
Demydov et al. Advanced lubricant additives of dialkyldithiophosphate (DDP)-functionalized molybdenum sulfide nanoparticles and their tribological performance for boundary lubrication
Chen et al. Study on dispersion stability and self-repair principle of ultrafine-tungsten disulfide particulates
Kozytskyi et al. Self-organization of nano-sized metal-containing lubricant additives
Jazaa Effect of nanoparticle additives on the tribological behavior of oil under boundary lubrication
Fuadi et al. Tribo-layer properties on AISI52100 lubricated by palm methyl ester containing graphene nanosheet

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 14895021

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 14895021

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1