Композиция присадки для противозадирных консистентных смазок с превосходными противоизносными и коррозионными свойствами

Композиция присадки для противозадирных консистентных смазок с превосходными противоизносными и коррозионными свойствами

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к композиции присадки для композиций противозадирной консистентной смазки, имеющих исключительные противоизносные и коррозионные свойства. Более конкретно изобретение относится к композиции присадки, включающей (А) комплекс тиадиазол-поли(эфир)гликоль; (В) дигидрокарбилдитиофосфат молибдена и (С) дигидрокарбилдитиофосфат цинка.

ИЗВЕСТНЫЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Противозадирные консистентные смазки работают в условиях высоких нагрузок и требуют высокоэффективных противозадирных присадок, чтобы предотвратить задирание и приваривание. Тиадиазолы являются соединениями, которые являются эффективными противозадирными присадками. Патент США 6365557 описывает комплексы тиадиазол/поли(эфиро)гликоль. Хотя эти комплексы являются превосходными противозадирными присадками для консистентных смазок, их высокая поверхностная аффинность к металлическим поверхностям дает покрытия, которые вызывают нежелательное обесцвечивание меди и других не-железных металлов и сдерживают способность противоизносных присадок уменьшать износ. Изобретение здесь описывает специфическую композицию смазочной присадки, в которой эти комплексы тиадиазол-поли(эфир)гликоль не оказывают отрицательного влияния на износ и коррозию, сохраняя в то же время превосходные противозадирные свойства.

Патент США 6541427 (Dresel et al.) описывает рецептуру консистентной смазки, имеющей систему присадок, которая содержит 2% соединения молибдена (дигидрокарбилдитиокарбамата, MoDTC или дигидрокарбилдитиофосфата, MoDTP), около 2% производного тиадиазола и требует набора других присадок.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к смазочной композиции, включающей следующие компоненты (все в мас.%):

(а) Основное количество (т.е. >90%) базовой консистентной смазки, такой как литий, литиевый комплекс, алюминиевый комплекс, кальциевый комплекс, органоглина и мочевина;

(b) Комплекс тиадиазол-поли(эфир)гликоль в количестве, обеспечивающем содержание от 1500 до 3500 ч./млн серы (S), предпочтительно от 2000 до 2800 ч./млн S;

(c) дигидрокарбилдитиофосфат молибдена в количестве, обеспечивающем содержание молибдена от 77 до 450 ч./млн (Mo), предпочтительно 192-220 ч./млн Мо; и

(d) дигидрокарбилдитиофосфат цинка в количестве, обеспечивающем содержание от 600 до 1000 ч./млн цинка (Zn), предпочтительно от 700 до 900 ч./млн Zn.

Изобретение также раскрывает композицию присадки для использования в консистентной смазке. Композиция присадки включает следующие соединения:

(a) комплекс тиадиазол-поли(эфир)гликоль;

(b) дигидрокарбилдитиофосфат молибдена; и

(c) дигидрокарбилдитиофосфат цинка,

при массовом соотношении S:Mo; Zn примерно 150-350:7,7-45:60-100. В этом соотношении S относится к сере, поставляемой с комплексом тиадиазол-поли(эфир)гликоль.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Комплексы тиадиазол-поли(эфир)гликоль данного изобретения описаны в патенте США 6365557, введенном настоящей ссылкой. Предпочтительное осуществление включает комплекс из

(а) одного или нескольких тиадиазольных соединений из следующих:

(i) димеров 2,5-димеркапто-1,3,4-тиадиазола (DMTD), имеющих формулу

в которой n равно 1 и/или 2; и/или

(ii) 2-меркапто-1,3,4-дитиазола (MTD), имеющего формулу

и (b) поли(эфир)гликоля, имеющего формулу:

где R₁ представляет водород, разветвленный или неразветвленный С₁-С₂₀ алкильный радикал, фенильный радикал, разветвленный или неразветвленной С₁-С₈ ацильный радикал и их комбинацию, и m имеет значения от 1 до 300. Предпочтительными поли(эфир)гликолями являются бутокситригликоль, полиэтиленгликоль или их комбинация, причем последняя комбинация является предпочтительной.

Как изложено выше,

(а) тиадиазолом может быть одно или несколько соединений из димеров моносульфида DMTD (формула I, n=1), димеров дисульфида DMTD (формула I, n=2) и MTD (формула II), закомплексованных с

(b) поли(эфир)гликолем (формула III)

Комплекс может включать (по массе) от примерно 10% до 60% тиадиазольного соединения (тиадиазольных соединений) и от примерно 40% до 60% поли(эфир)гликольного соединения (поли(эфир)гликольных соединений), предпочтительно от примерно 25% до 50% тиадиазольного соединения (тиадиазольных соединений) и от примерно 50% до 75% поли(эфир)гликольного соединения (поли(эфир)гликольных соединений), и наиболее предпочтительно от примерно 30% до 40% тиадиазола и от примерно 60% до 70% поли(эфир)гликоля.

Наиболее предпочтительное осуществление комплекса доступно как присадка Vanlube® 972M от R.T.Vanderbilt Company, Inc., Norwalk, CT. Vainlube 972 включает по массе приблизительно (a) 15% димера моносульфида DMTD, 10% димера дисульфида DMTD, 10% MTD; и (b) 49% бутокситригликоля и 16% полиэтиленгликоля, и имеет средний молекулярный вес 300 г/моль.

Дигидрокарбилфосфатные соединения молибдена и цинка обычно получают реакцией P₂S₅ со спиртами для образования соединений дигидрокарбилфосфорной кислоты, которые затем нейтрализуют подходящими соединениями молибдена или цинка:

где R₂ и R₃ независимо представляют углеводородные (гидрокарбильные) группы, содержащие от 1 до 18, предпочтительно от 2 до 12 атомов углерода, включающие алкильные, алкенильные, арильные, арилалкильные, алкиларильные и циклоалифатические группы. Примерами углеводородных групп являются этил, н-пропил, изопропил, н-бутил, изобутил, втор-бутил, изооктил, 2,6-этилгексил и бутилфенил. В случае дигидрокарбилфосфата молибдена о равно 2 или 4, х равен 1 или 2, y имеет значения от 1 до 4 и z имеет значения от 1 до 4.

МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ

Методы испытаний, использованные в данном изобретении для оценки противозадирных свойств, коррозионной стойкости и свойств износа композиций консистентной смазки, были следующими:

Испытание противозадирных консистентных смазок на машине Тимкена.

Проба на медную пластинку.

Испытание на износ на четырехшариковой машине.

Испытание по Тимкену является хорошо известным стандартизованным тестом и описано в ASTM D 2509. Испытание по Тимкену измеряет нагрузки, при которых возникает абразивный износ, т.е. образование задиров между вращающимся цилиндром и неподвижным блоком; таким образом, чем выше конечная нагрузка по Тимкену, тем лучше противозадирные свойства консистентной смазки. Неформальная ранжировка противозадирных свойств на основании конечных показателей нагрузки по Тимкену приведена ниже, где все в интервале 60-80 (превосходное или исключительное) считается приемлемым для промышленных стандартов.

Конечная нагрузка по Тимкену (фунт)	Ранжировка противозадирной характеристики
80	Исключительная
60-70	Превосходная
50	Хорошая
40	Граничная

Метод испытания на медную пластину, ASTM D 4048, был использован для оценки характеристики коррозии меди композициями консистентных смазок. По этому методу испытания полированную медную пластину полностью погружают в образец консистентной смазки и греют в сушильном шкафу при 100°С в течение 24 часов. В конце этого периода пластину извлекают, промывают и сравнивают со стандартами коррозии медной пластины ASTM. Медной пластине присваивают балл от 1а до 4b. Балл 1а представляет пластину с наименьшей коррозией, а 4с представляет пластину с максимальным уровнем коррозии. Индустриальные консистентные смазки являются некоррозионными и дают балл не выше, чем 1b.

Испытание на износ на четырехшариковой машине проводят согласно стандартной методике, описанной в ASTM D4172. По этому методу испытаний один шарик вращается на трех равномерно разнесенных неподвижных шариках, в то время как четыре шарика полностью погружены в испытуемое масло. Испытания для этого изобретения проводили при скорости вращения 1200 об/мин при нагрузке 40 кг в течение одного часа при 75°С. Измеряли диаметр поцарапанных трех неподвижных шаров и результатом являлось среднее для трех шаров. Приемлемым результатом для этого испытания являлся средний след изнашивания меньше, чем 0,5 мм по диаметру.

ПРИМЕР 1

Оценивали износ, противозадирные и коррозионные свойства литиевой консистентной смазки, содержащей комплекс тиадиазол-поли(эфир)гликоль (присадка Vanlube® 972M, доступная от R.T.Vanderbilt Company, Inc., Norwalk., CT), Vanlube 972 в сочетании с диалкилдитиофосфатом молибдена (присадка Molyvan® L, доступная от R.T.Vanderbilt Company, Inc., Norwalk., CT), Vanlube 972M в сочетании с диалкилдитиофосфатом цинка (Lubrizol® 1395, доступный от Lubrizol Corp.), разбавленная в 10-20% масла, и Vanlube 972M в сочетании с Molyvan L и Lubrizol 1395. Данные, суммированные в таблице 1, показывают, что только смазки с добавлением всех трех компонентов при конкретных концентрациях дают конечные нагрузки по Тимкену от исключительных до превосходных при приемлемых следах износа и баллах коррозии меди. Кроме того, данные для рецептур 10, 11, 12 и 13 показывают, что другие соединения молибдена, такие как диалкилдитиокарбаматы молибдена (Molyvan® 822) и органомолибдаты (Molyvan® 855) не являются эффективными альтернативами MoDTP.

Таблица 1
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13
Vanlube 972M1	2,0	1,0	2,0	2,0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0
Lubrizol 13952	---	---	1,0	---	1,0	---	---	0,50	0,75	0,75	0,75	0,75	0,75
Molyvan L3	---	---	---	1,0	---	1,0	0,5	0,25	0,25	---	---	---	---
Molyvan 8224	---	---	---	---	---	---	---	---		0,25	0,50	---	---
Molyvan 8555	---	---	---	---	---	---	---	---	---	---		0,25	0,50
Содержание S, ч./млн	4800	2400	4800	4800	2400	2400	2400	2400	2400	2400	2400	2400	2400
Содержание Mo, ч./млн	0	0	0	825	0	825	412	206	206	123	246	198	396
Содержание Zn, ч./млн	0	0	1060		1060	0	0	530	795	795	795	795	795
Износ по 4 шарам, мм	0,64	0,58	0,61	0,52	0,53	0,46	0,44	0,47	0,46	0,52	0,51	0,48	0,53
Конечная нагрузка по Тимкену, фунт	80	Fail 40	---	---	---	---	70	60	80	Fail 40	Fail 40	Fail 40	---
Коррозия меди	2e	2e	4a	2e	3a	4b	2e	3a	1b	1b	1b	1b	1b
1 Содержание серы в Vanlube 972M составляет 24 мас.% 2 Содержание цинка в Lubrisol 1395 составляет 10 мас.% 3 Содержание молибдена в Molyvan L составляет 8,3% 4 Содержание молибдена в Molyvan 822 составляет 4,9% 5 Содержание молибдена в Molyvan 855 составляет 7,9%

Пример 2 (Сравнительный пример)

В качестве сравнительных примеров ZDDP компонент по изобретению был заменен другими противоизносными (AW) присадками на основе фосфора и цинка при сохранении в то же время других компонентов по изобретению постоянными. Как суммировано в таблице 2, ни одна из альтернатив не обеспечила удовлетворительную противоизносную характеристику за исключением нафтената цинка. Однако противозадирная характеристика композиции, содержавшей нафтенат цинка, была неудовлетворительной.

Таблица 2(Сравнительные примеры)
	14	15	16	17	18	19
Vanlube 972M	1,00	1,00	1,00	1,00	1,00	1,00
Molyvan L	0,25	0,25	0,25	0,25	0,25	0,25
Vanlube 7611М(беззольная диалкилтиофосфатная AW присадка)	0,75	---	---	---	---	---
Vanlube 9123(аминофосфатная AW присадка)	---	0,75	---	---		---
Vanlube AZ(диалкиттиокарбамат с 50% Zn)	---	---	0,75	---	---	---
Нафтенат цинка	---	---	---	0,75	---	---
	---	---	---	---	1,30	---
Износ по 4 шарам, мм						0,75
Конечная нагрузка по Тимкену, фунт
Коррозия меди	0,58	0,53	0,57	0,56	0,51	0,47
Vanlube 972M	---	---	---	---	---	Fail 40
Molyvan L	---	---	---	---	3a	lb

Пример 3 (Сравнительный пример)

Для сравнения компонент комплекса тиадиазол-поли(эфир)гликоль по изобретению был заменен другими производными тиадиазола. Как суммировано в таблице 3, ни одна из альтернатив не обеспечила удовлетворительную противозадирную характеристику.

Таблица 3(Сравнительные примеры)
	20	21
Lubrizol 1395	0,75	0,75
Molyvan L	0,25	0,25
Vanlube 829(Димер дисульфида тиадиазола, использованный при содержании серы, эквивалентном 1% Vanlube 972M)	0,37	---
Cuvan® 826(Производное тиадиазола, использованное при содержании серы, эквивалентном 1% Vanlube 972M)	---	0,77
Износ по 4 шарам, мм	0,43	0,44
Конечная нагрузка по Тимкену, фунт	30	20
Коррозия меди	1b	1b

1. Смазочная композиция, содержащая по меньшей мере 90 мас.% базовой консистентной смазки и(a) комплекс тиадиазол-поли(эфир)гликоль в количестве, которое обеспечивает содержание серы примерно от 1500 до 3500 млн^-1;(b) дигидрокарбилдитиофосфат молибдена в количестве, которое обеспечивает содержание молибдена примерно от 77 до 450 млн^-1; и(c) дигидрокарбилдитиофосфат цинка в количестве, которое обеспечивает содержание цинка примерно от 600 до 1000 млн^-1.

2. Смазочная композиция по п.1, в которой(a) комплекс тиадиазол-поли(эфир)гликоль обеспечивает содержание серы примерно от 2000 до 2800 млн^-1;(b) дигидрокарбилдитиофосфат молибдена обеспечивает содержание молибдена примерно от 192 до 220 млн^-1 и(c) дигидрокарбилдитиофосфат цинка обеспечивает содержание цинка примерно от 700 до 900 млн^-1.

3. Смазочная композиция по п.1, в которой комплекс тиадиазол-поли(эфир)гликоль включает:(а) одно или несколько тиадиазольных соединений из следующих:(i) димеров 2,5-димеркапто-1,3,4-тиадиазола (DMTD), имеющих формулу в которой n равно 1 и/или 2; и/или(ii) 2-меркапто-1,3,4-дитиазола (MTD), имеющего формулу и(b) поли(эфир)гликоль, имеющий формулу где R₁ представляет водород, разветвленный или неразветвленной С₁-С₂₀ алкильный радикал, фенильный радикал, разветвленный или неразветвленный C₁-C₈ ацильный радикал и их комбинацию, и m имеет значения от 1 до 300.

4. Смазочная композиция по п.3, в которой комплекс тиадиазол-поли(эфир)гликоль включает (а) композицию тиадиазолов в количестве примерно от 10 до 60% и (b) композицию поли(эфир)гликолей в количестве примерно от 40 до 90%.

5. Смазочная композиция по п.3, в которой комплекс тиадиазол-поли(эфир)гликоль включает комбинацию бутокситригликоля и полиэтиленгликоля.

6. Смазочная композиция по п.3, в которой тиадиазол включает комбинацию димера моносульфида DMTD (формула I, n=1), димера дисульфида DMTD (формула I, n=2) и MTD (формула I).

7. Смазочная композиция по п.3, в которой комплекс тиадиазол-поли(эфир)гликоль включает примерно:(a) 15% димера моносульфида DMTD, 10% димера дисульфида DMTD, 10% MTD и(b) 45% бутокситригликоля и 15% полиэтиленгликоля.

8. Смазочная композиция по п.7, в которой(a) комплекс тиадиазол-поли(эфир)гликоль обеспечивает содержание серы около 2400 млн^-1;(b) дигидрокарбилдитиофосфат молибдена обеспечивает содержание молибдена около 206 млн^-1 и(c) дигидрокарбилдитиофосфат цинка обеспечивает содержание цинка около 795 млн^-1.

9. Присадка для консистентной смазки, включающая:(a) комплекс тиадиазол-поли(эфир)гликоль;(b) дигидрокарбилдитиофосфат молибдена и(c) дигидрокарбилдитиофосфат цинкав соотношении (а):(b):(с), рассчитанном как (а) масса серы, обеспечиваемая комплексом тиадиазол-поли(эфир)гликоль; (b) масса молибдена, обеспечиваемая дигидрокарбилдитиофосфатом молибдена; и (с) масса цинка, обеспечиваемая дигидрокарбилдитиофосфатом цинка, около 150-350:7,7-45:60-100.

10. Присадка по п.9, в которой соотношение составляет примерно 200-280:19,2-22:70-90.

11. Присадка по п.9, в которой комплекс тиадиазол-поли(эфир)гликоль включает:(а) одно или несколько тиадиазольных соединений из следующих:(i) димеров 2,5-димеркапто-1,3,4-тиадиазола (DMTD), имеющих формулу в которой n равно 1 и/или 2; и/или(ii) 2-меркапто-1,3,4-дитиазола (MTD), имеющего формулу и(b) поли(эфир)гликоль, имеющий формулу где R₁ представляет водород, разветвленный или неразветвленный С₁-С₂₀ алкильный радикал, фенильный радикал, разветвленный или неразветвленный C₁-C₈ ацильный радикал и их комбинацию, и m имеет значения от 1 до 300.

12. Смазочная композиция по п.11, в которой комплекс тиадиазол-поли(эфир)гликоль включает (а) композицию тиадиазолов в количестве примерно от 10 до 60% и (b) композицию поли(эфир)гликолей в количестве примерно от 40 до 90%.

13. Смазочная композиция по п.11, в которой комплекс тиадиазол-поли(эфир)гликоль включает комбинацию бутокситригликоля и полиэтиленгликоля.

14. Смазочная композиция по п.11, в которой тиадиазол включает комбинацию димера моносульфида DMTD (формула I, n=1), димера дисульфида DMTD (формула I, n=2) и MTD (формула I).

15. Смазочная композиция по п.11, в которой комплекс тиадиазол-поли(эфир)гликоль включает примерно:(a) 15% димера моносульфида DMTD, 10% димера дисульфида DMTD, 10% MTD и(b) 45% бутокситригликоля и 15% полиэтиленгликоля.

16. Присадка по п.15, в которой соотношение составляет примерно 240:20,6:79,5.