RU2172766C1 - Lubricating-reinforcing composition - Google Patents

Abstract

FIELD: preparation of antifriction compositions for various friction pairs used in petrochemical, transport, extractive, building, shipand machine building industries. SUBSTANCE: in order to impart specific properties to metal surface by applying coaling having both antifriction and reinforcing effect proposed is composition comprising mixture of complexes of Sn, Cu, Co, Ni, Mo, Cd and nitrylacetic or tetraaminoacetic acids or sodium salts thereof (10- 250 wt parts) with dioctyl sebacinate (10-150 wt parts), and aromatic alcohols of general formula: (C₆H₄)_x (OH)_y, x is 1 or 2, y is 2 or 3 (5-150 wt parts and oligomeric alcohols (the balance) which are products of condensation of oxypropylene and epichlohydrin with polyhydric alcohols, e. g. diethylene glycol and glycerol. EFFECT: improved properties of the lubricating- reinforcing composition. 2 tbl

Description

Предлагаемое изобретение относится к области получения смазочно-упрочняющих композиций для различных трущихся поверхностей и может быть использовано в химической, транспортной, машиностроительной, нефтедобывающей, горнорудной, судостроительной, строительной и других областях промышленности. The present invention relates to the field of production of lubricating hardening compositions for various friction surfaces and can be used in chemical, transport, engineering, oil production, mining, shipbuilding, construction and other industries.

Известен антифрикционный материал, который формируется на эластомерном материале путем адсорбции тетрафторэтилена или смесей сополимеризующихся мономеров, содержащих тетрафторэтилен, с образованием слоя гомо- или сополимеров тетрафторэтилена на поверхности эластомерного материала (Япония N 60-9050 с приоритетом 77.09.02 N 52-104753 публ. 85.03.07 N 3-227). Известны антифрикционные материалы, в которых улучшение триботехнических свойств (снижение коэффициента трения) достигается путем применения в составе политетрафторэтилена в сочетании с другими добавками, например с сульфидом меди (до 52%) (США N 3847826, публ. 74.11.12. t. 928, N 2) или с фенолоформальдегидными или поливинилбутиральными смолами, асбестовым волокном и с дисульфидом молибдена (Великобритания N 1416443, публ. 75.01.03 N 4523). Известен состав антифрикционного материала, состоящий из тонко измельченного тетрафторэтилена в смеси с гексафторпропиленом и одного или нескольких соединений типа: ZrO₂, SiS, Si₃N₄, Al₂O₃, C (США N 3879301, публ. 75.04.22. т.933, N 4).Known antifriction material, which is formed on an elastomeric material by adsorption of tetrafluoroethylene or mixtures of copolymerizable monomers containing tetrafluoroethylene, with the formation of a layer of homo- or copolymers of tetrafluoroethylene on the surface of the elastomeric material (Japan N 60-9050 with priority 77.09.02 N 52-104753 publ. 85.03 .07 N 3-227). Antifriction materials are known in which the improvement of tribotechnical properties (reduction of the friction coefficient) is achieved by using polytetrafluoroethylene in combination with other additives, for example, copper sulfide (up to 52%) (US N 3847826, publ. 74.11.12. T. 928, N 2) or with phenol-formaldehyde or polyvinyl butyral resins, asbestos fiber and molybdenum disulfide (Great Britain N 1416443, publ. 75.01.03 N 4523). A known composition of antifriction material, consisting of finely ground tetrafluoroethylene mixed with hexafluoropropylene and one or more compounds of the type: ZrO ₂ , SiS, Si ₃ N ₄ , Al ₂ O ₃ , C (US N 3879301, publ. 75.04.22. T. 933, N 4).

Однако все эти составы (1-4), основанные на политетрафторэтилене, придающем композициях хорошие антифрикционные свойства (в патентах значения коэффициента трения не указаны), наносятся на обрабатываемые поверхности методом высокотемпературного напыления из расплава, что является серьезным препятствием для их использования во многих областях техники вследствие возникающих технологических трудностей применения и нанесения. Кроме того, наблюдается также неудовлетворительная стойкость к износу основного связующего (политетрафторэтилена), а также его низкая адгезия к большинству конструкционных материалов. However, all of these compositions (1-4), based on polytetrafluoroethylene, which imparts good antifriction properties to the compositions (the friction coefficient is not indicated in the patents), are applied to the treated surfaces by high-temperature spraying from the melt, which is a serious obstacle to their use in many areas of technology due to emerging technological difficulties in the application and application. In addition, there is also an unsatisfactory wear resistance of the main binder (polytetrafluoroethylene), as well as its low adhesion to most structural materials.

Известна также антифрикционная композиция, состоящая из фторуглеводородной смолы, диспергированной в связующем, состоящем из смеси полиацеталя, фенольной смолы, эпоксидной смолы и содержащая в качестве компонентов, обеспечивающих снижение коэффициента скольжения, смазочный порошок (техуглерод, графит и т.д.) (Япония N 60-72952, публ. 85.08.22 N C-299). Эта композиция наносится методом полимеризации. Недостатком ее является пониженная теплостойкость, что является весьма важным свойством, так как при сухом трении на поверхности скольжения развиваются относительно высокие температуры, приводящие к износу поверхности или заклиниванию. Известна также антифрикционная композиция, содержащая политетрафторэтилен (фторопласт 4), порошки меди и свинца. Однако она предназначена только для определенных пар трения и не обеспечивает достаточно высокой износостойкости трущихся поверхностей (А.с. 667583 от 19.12.77). Известна также смазка на основе кремнийорганической жидкости и металлического порошка золота и серебра, однако эта композиция слишком дорога и, следовательно, сама смазка имеет ограниченные специфическое области применения (А.с. 255465 от 31.05.68). Близкой по решаемой задаче является сварочная композиция, имеющая в своем составе алкиловый эфир молочной кислоты, модифицированной поли-N-эпоксидпропилкарбазолом (А.с. 3704272 от 21.12.83). Also known is an antifriction composition consisting of a fluorocarbon resin dispersed in a binder consisting of a mixture of polyacetal, phenolic resin, epoxy resin and containing lubricating powder (carbon black, graphite, etc.) as components providing a sliding coefficient (Japan N 60-72952, publ. 85.08.22 N C-299). This composition is applied by polymerization. Its disadvantage is reduced heat resistance, which is a very important property, since with dry friction, relatively high temperatures develop on the sliding surface, leading to surface wear or jamming. Also known antifriction composition containing polytetrafluoroethylene (PTFE 4), powders of copper and lead. However, it is intended only for certain friction pairs and does not provide a sufficiently high wear resistance of rubbing surfaces (A.S. 667583 dated 12.19.77). A lubricant based on organosilicon liquid and a metal powder of gold and silver is also known, however, this composition is too expensive and, therefore, the lubricant itself has limited specific applications (A.S. 255465 from 05.31.68). Close to the problem being solved is the welding composition, which contains an alkyl ester of lactic acid modified with poly-N-epoxidepropylcarbazole (A.S. 3704272 from 12.21.83).

Ближайшим аналогом заявляемой композиции (прототипом) по технической сущности, а именно по использованию компонентов, обеспечивающих низкий коэффициент трения, является композиция, состоящая из эпоксидной смолы, наполненной окислами металла, такими как PbO₂, SnO₂, CuO₂, ZnO, MgO и другие (Япония N 60-72952, публ. 85.08.22, N С-29).The closest analogue of the claimed composition (prototype) by technical nature, namely the use of components that provide a low coefficient of friction, is a composition consisting of an epoxy resin filled with metal oxides such as PbO ₂ , SnO ₂ , CuO ₂ , ZnO, MgO and others (Japan N 60-72952, publ. 85.08.22, N S-29).

Недостатком прототипа является хрупкость состава после отверждения, особенно при низких температурах (ниже -5^oC), что нарушает однородность покрытия, и неоднородность состава, так как окислы металлов нерастворимы в эпоксидной смоле, что приводит в некоторых случаях к седиментации, приводящей к плохой воспроизводимости результатов. Кроме того, составы на эпоксидных смолах, как правило, плохо смешиваются с большинством штатных смазочных материалов, что не позволяет их использовать в качестве присадок к смазочным маслам.The disadvantage of the prototype is the fragility of the composition after curing, especially at low temperatures (below -5 ^o C), which violates the uniformity of the coating, and the heterogeneity of the composition, since metal oxides are insoluble in epoxy resin, which in some cases leads to sedimentation, leading to poor reproducibility results. In addition, compositions on epoxy resins, as a rule, do not mix well with most regular lubricants, which does not allow them to be used as additives for lubricating oils.

Создание материалов для покрытий поверхности изделий, предназначенных для работы в экстремальных условиях (высокая температура, агрессивная среда) при наличии трения, вызывающего повышенный износ поверхности пар трения, а следовательно снижение их эксплуатационных характеристик и срока службы, является актуальной проблемой для многих областей техники. The creation of materials for coating the surface of products designed to work in extreme conditions (high temperature, aggressive environment) in the presence of friction, which causes increased wear of the surface of friction pairs, and consequently a decrease in their operational characteristics and service life, is an urgent problem for many areas of technology.

Задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, состоит в разработке антифрикционного материала для покрытия, обладающего низким коэффициентом трения, стойкостью к агрессивным средам и теплостойкостью, способного защищать поверхность от износа в широком температурном диапазоне, и обладающего в качестве специфического свойства способностью одновременно упрочнять поверхность (в том числе поверхность металла и их сплавов), а также ликвидировать дефекты поверхности. The problem to which the invention is directed is to develop an antifriction coating material having a low friction coefficient, resistance to aggressive media and heat resistance, capable of protecting the surface from wear in a wide temperature range, and having the ability to simultaneously harden the surface as a specific property ( including the surface of the metal and their alloys), as well as eliminate surface defects.

Сущность изобретения состоит в том, что в смазочно-упрочняющей композиции, включающей основу и наполнитель, предложено в качестве основы использовать смесь полиоксихлоргидринглицерина или полиоксихлоргидриндиэтиленгликоля с полиоксипропиленглицерином или полиоксипропилендиэтиленгликолем, либо смесь всех вышеперечисленных компонентов, в качестве наполнителя - диоктилсебацинат и дополнительно триэтаноламин, ароматические спирты (C₆H₄)_x(OH)_y, где x=1-2, y=2-3/ и смесь комплексонатов металлов переменной валентности, выбранных из группы, включающей олово, медь, железо, кобальт, никель, молибден, кадмий, и нитрилуксусной или тетрааминоуксусной кислот или их натриевых солей при следующем соотношении компонентов, в мас.ч:
Полиоксихлоргидринглицерин или полиоксихлоргидриндиэтиленгликоль - 50-300
Полиоксипропиленглицерин или полиоксипропилендиэтиленгликоль - 50-200
Диоктилсебацинат - 10-150
Триэтаноламин - 10-150
Вышеуказанные ароматические спирты - 5-150
Вышеуказанные комплексонаты металлов - 10-250
Композицию изготовляют путем смешения компонентов в смесителях планетарного или шнекового типа до получения однородной пасты. При получении комплексонатов металлов переменной валентности в качестве комплексонов используются нитрилуксусная или тетрааминоуксусная кислота (или ее натриевая соль).The essence of the invention lies in the fact that in a lubricating and hardening composition comprising a base and a filler, it is proposed to use as a basis a mixture of polyoxychlorohydringlycerol or polyoxychlorohydrin diethylene glycol with polyoxypropylene glycerol or polyoxypropylene diethylene glycol, or a mixture of all of the above components, as an additional triethylamine C ₆ H _{4) x} (OH) _y, wherein x = 1-2, y = 2-3 / and the mixture was kompleksonatov transition metals selected from the group Luciano tin, copper, iron, cobalt, nickel, molybdenum, cadmium and tetraaminouksusnoy or nitriloacetic acid or their sodium salts in the following ratio, in parts by weight:
Polyoxychlorohydringlycerol or polyoxychlorohydrindiethylene glycol - 50-300
Polyoxypropylene glycerol or polyoxypropylene diethylene glycol - 50-200
Dioctylsebacinate - 10-150
Triethanolamine - 10-150
The above aromatic alcohols - 5-150
The above metal complexates - 10-250
The composition is made by mixing the components in a planetary or screw type mixer until a homogeneous paste is obtained. Upon receipt of complexonates of metals of variable valency, nitrileacetic or tetraaminoacetic acid (or its sodium salt) is used as complexones.

Механизм действия смазочно-упрочняющей композиции заключается в параллельно протекающих процессах химической очистки поверхности металлов или сплавов от продуктов коррозии и восстановлении и упрочнении поверхности за счет окислительно-восстановительных, электрохимических и диффузионных процессов, протекающих при взаимодействии композиционных составов с металлической поверхностью (при нанесении композиции на органические или другие неметаллические конструкционные материалы упрочнение поверхности достигается за счет химических реакций, приводящих к повышению прочности). Одновременное уменьшение коэффициента трения до минимальных значений (менее 0,01) происходит за счет образования промежуточного слоя сложного химического состава, одновременно уменьшающего дальнейший износ поверхности и предотвращающего коррозию металлов, что увеличивает срок службы изделий и механизмов в несколько раз. The mechanism of action of the lubricant-hardening composition consists in parallel processes of chemical cleaning of the surface of metals or alloys from corrosion products and the restoration and hardening of the surface due to redox, electrochemical and diffusion processes that occur during the interaction of composite compositions with a metal surface (when applying the composition to organic or other non-metallic structural materials, surface hardening is achieved by chemically x reactions leading to increased strength). A simultaneous decrease in the friction coefficient to minimum values (less than 0.01) occurs due to the formation of an intermediate layer of complex chemical composition, which simultaneously reduces further surface wear and prevents metal corrosion, which increases the service life of products and mechanisms by several times.

Предлагаемая смазочно-упрочняющая композиция может применяться как самостоятельный смазочно-восстановительный состав, так и путем его добавки от 0,5 до 50% в традиционно используемые смазочные масла для улучшения их триботехнических свойств, а также для восстановления и упрочнения изношенных поверхностей. The proposed lubricant-hardening composition can be used both as an independent lubricant-reducing composition, and by adding it from 0.5 to 50% to traditionally used lubricating oils to improve their tribological properties, as well as to restore and harden worn surfaces.

Исследование триботехнических свойств предлагаемой антифрикционно-упрочняющей композиции проводили на четырехшариковой машине трения с одновременным замером температуры в зоне трения. В таблице 2 приведены результаты испытаний для некоторых композиций, иллюстрирующие эффективность предлагаемого изобретения. Испытывались 1%-ные растворы составов в маслах ЦИАТИМ-201 и ЛИТОЛ-24. The study of the tribological properties of the proposed anti-friction hardening composition was carried out on a four-ball friction machine with simultaneous measurement of temperature in the friction zone. Table 2 shows the test results for some compositions illustrating the effectiveness of the invention. Tested 1% solutions of the compounds in oils TsIATIM-201 and LITOL-24.

Пример N 1. 1,0 грамм состава N 1 вводят в 100 грамм масла ЦИАТИМ-201 и перемешивают в течении 15 минут. Затем смесь подвергается испытанию. Example No. 1. 1.0 grams of composition No. 1 is introduced into 100 grams of TsIATIM-201 oil and mixed for 15 minutes. The mixture is then tested.

Пример N 2 - N 5, образцы готовились аналогичным образом. Составы N 1 - N 5, взятые для испытания, приведены в таблице 1. Example No. 2 - No. 5, samples were prepared in a similar manner. The compositions N 1 - N 5 taken for testing are shown in table 1.

Как видно из приведенных данных, все испытанные композиции характеризуются высокими триботехническими свойствами, что подтвердили также натурные испытания на реальных объектах, имеет место существенное снижение температуры в зоне трения в присутствии предлагаемых композиционных материалов и практическое прекращение износа трущихся поверхностей. As can be seen from the data presented, all tested compositions are characterized by high tribotechnical properties, which was also confirmed by full-scale tests on real objects, there is a significant decrease in temperature in the friction zone in the presence of the proposed composite materials and the practical termination of wear of rubbing surfaces.

Увеличение ресурса службы реальных механизмов при введении предлагаемых смазочно-упрочняющих композиций подтверждено натурными испытаниями, проведенными в различных областях промышленности. Например, уменьшая износ шарикоподшипников, работающих в экстремальных режимах, увеличивался более чем в 3 раза срок службы зубчатых передач в редукторах, более чем в 3 раза увеличивался срок службы насосов различных типов, работающих в экстремальных условиях (например, в нефтедобывающей промышленности). The increase in the service life of real mechanisms with the introduction of the proposed lubricating hardening compositions is confirmed by field tests conducted in various industries. For example, by reducing the wear of ball bearings operating in extreme conditions, the service life of gears in gearboxes increased by more than 3 times, and the service life of various types of pumps operating in extreme conditions (for example, in the oil industry) increased by more than 3 times.

Предлагаемая композиция, как следует из приведенных данных, обладает высокими триботехническими свойствами и такими эксплуатационными показателями, как
антикоррозионная устойчивость
теплостойкость
низкая температура замерзания (-50^oC) а также устраняет дефекты изношенных поверхностей и увеличивает в несколько раз устойчивость к износу различных конструкционных материалов. Предложенная композиция может быть использована для защиты конструкционных материалов (сталь различных марок, титан, алюминий, бронза, медь и ее сплавы), а также различных металлических сплавов от износа и коррозии, а также упрочнения трущихся поверхностей металлов и их сплавов. Она может быть использована для упрочнения поверхности других неметаллических конструкционных материалов, например резин (на основе нитрильных, силиконовых, полиуретановых, полистирольных и других типов каучуков), изделий из стекла, стеклоткани, капрона, а также неорганических материалов, таких как бетон, керамика и др.The proposed composition, as follows from the above data, has high tribotechnical properties and such performance indicators as
corrosion resistance
heat resistance
low freezing temperature (-50 ^o C) and also eliminates defects on worn surfaces and increases several times the resistance to wear of various structural materials. The proposed composition can be used to protect structural materials (steel of various grades, titanium, aluminum, bronze, copper and its alloys), as well as various metal alloys from wear and corrosion, as well as hardening of rubbing surfaces of metals and their alloys. It can be used to harden the surface of other non-metallic structural materials, for example rubbers (based on nitrile, silicone, polyurethane, polystyrene and other types of rubbers), glass products, fiberglass, capron, as well as inorganic materials such as concrete, ceramics, etc. .

Claims (1)

Смазочно-упрочняющая композиция, включающая основу и наполнитель, отличающаяся тем, что она содержит в качестве основы смесь полиоксихлоргидринглицерина или полиоксихлоргидриндиэтиленгликоля с полиоксипропиленглицерином или полиоксипропилендиэтиленгликолем, либо смесь всех вышеперечисленных компонентов, в качестве наполнителя - диоктилсебацинат и дополнительно триэтаноламин, ароматические спирты (С₆Н₄)_х(ОН)_у, где х=1-2, у=2-3, и смесь комплексонатов металлов переменной валентности, выбранных из группы, включающей олово, медь, железо, кобальт, никель, молибден, кадмий, и нитрилуксусной или тетрааминоуксусной кислот или их натриевых солей при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
Полиоксихлоргидринглицерин или полиоксихлоргидриндиэтиленгликоль - 50 - 300
Полиоксипропиленглицерин или полиоксипропилендиэтиленгликоль - 50 - 200
Диоктилсебацинат - 10 - 150
Триэтаноламин - 10 - 150
Вышеуказанные ароматические спирты - 5 - 150
Вышеуказанные комплексонаты металлов - 10 - 250кLubricating-hardening composition comprising a basis and a filler, characterized in that it contains as a basis a mixture polioksihlorgidringlitserina or polioksihlorgidrindietilenglikolya with polioksipropilenglitserinom or polioksipropilendietilenglikolem or a mixture of all the above components, a filler - dioctyl sebacate and additionally triethanolamine, aromatic alcohols (C ₆ H ₄ ) _x (OH) _y , where x = 1-2, y = 2-3, and a mixture of metal complexonates of variable valency selected from the group including tin, copper, glands o, cobalt, nickel, molybdenum, cadmium, and nitrile acetic or tetraaminoacetic acids or their sodium salts in the following ratio of components, parts by weight:
Polyoxychlorohydringlycerol or polyoxychlorohydrindiethylene glycol - 50 - 300
Polyoxypropylene glycerol or polyoxypropylene diethylene glycol - 50 - 200
Dioctylsebacinate - 10 - 150
Triethanolamine - 10 - 150
The above aromatic alcohols - 5 - 150
The above metal complexonates - 10 - 250k

Images