Пластичная комплексная литиевая смазка и способ её получения

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ ПЛАСТИЧНАЯ КОМПЛЕКСНАЯ ЛИТИЕВАЯ СМАЗКА И СПОСОБ Е ПОЛУЧЕНИЯ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Объединенный институт машиностроения Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Жорник Виктор Иванович Ивахник Антон Владимирович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Объединенный институт машиностроения Национальной академии наук Беларуси(57) 1. Способ получения пластичной комплексной литиевой смазки, при котором нагревают первую часть нефтяного масла, составляющую 65-70 об. , последовательно вводят в него и нейтрализуют гидроокисью лития 12-гидрооксистеариновую, ортоборную и терефталевую кислоты, термообрабатывают реакционную смесь, добавляют оставшуюся часть масла, охлаждают и фильтруют полученную смазку, отличающийся тем, что нагрев первой части масла осуществляют до 70-80 С, а перед введением кислот дополнительно вводят в него агломераты ультрадисперсных алмазов и дезинтегрируют их в полученной суспензии до размера частиц 10-30 нм. 10897 1 2008.08.30 2. Пластичная комплексная литиевая смазка, включающая нефтяное масло и комплексную литиевую соль 12-гидрооксистеариновой, ортоборной и терефталевой кислот,отличающаяся тем, что получена способом по п. 1 и содержит частицы ультрадисперсных алмазов размером 10-30 нм в количестве 0,4-0,5 мас. . Изобретение относится к пластичным смазочным материалам, в частности к комплексным литиевым смазкам, и может быть использовано в тяжело нагруженных узлах трения технологического оборудования и мобильной техники. Известна смазочная композиция для тяжело нагруженных узлов трения на основе дисульфидмолибденовой пасты, в которую введены добавки ультрадисперсного алмаза и графита, расширяющие диапазон рабочих температур и несущую способность смазочного материала (патент РБ 5906, 2004). Получение данной смазочной композиции осуществляется введением порошков ультрадисперсного алмаза (УДА) и графита в дисульфидмолибденовую пасту ВНИИНП-225 и последующей механической гомогенизацией композиции. Однако длительность процесса гомогенизации данной смазочной композиции достаточно велика, при этом агломерационная устойчивость введенных добавок в получаемом смазочном материале низка, так как происходит агломерация нестабилизированных ультрадисперсных частиц алмаза в процессе хранения. Наиболее близким аналогом к предлагаемому изобретению является комплексная литиевая смазка и способ ее получения (Ищук Ю.Л. Технология пластичных смазок. - Киев Наукова думка, 1986. - С. 187-194) на основе нефтяного масла, загущенного литиевым комплексом высокомолекулярной 12-гидрооксистеариновой кислоты и низкомолекулярными ортоборной и терефталевыми кислотами. Технология получения пластичной комплексной литиевой смазки состоит в следующем. Загрузка первой части дисперсионной среды (масла) в количестве 65-70 от общего количества масла, нагрев ее до температуры 80-85 С, ввод 12-гидрооксистеариновой кислоты и нагрев ее до полного расплава. После достижения расплава 12-гидрооксистеариновой кислоты ввод тонкой струей в реактор 10 -го водного раствора гидроокиси лития. После нейтрализации 12-гидрооксистеариновой кислоты ввод в реакционную зону тонкой струей 20 -го водного раствора ортоборной кислоты. Далее проводилась нейтрализация ортоборной кислоты и обезвоживание реакционной массы. При температуре 135 С загрузка терефталевой кислоты и ее нейтрализация. Далее следовала термическая обработка комплексной литиевой соли при 230-235 С. После термообработки ввод оставшегося количества масла, при этом произошло резкое охлаждение реакционной массы до температуры 150-160 С. Затем следовало медленное охлаждение в реакторе до температуры 150 С и ввод при данной температуре антиокислительной и антикоррозионной присадок. После охлаждения реакционной массы до комнатной температуры проводилась гомогенизация и фильтрация готовой смазки. Содержание 12-гидрооксистеариновой, ортоборной и терефталевой кислот при их соотношении 421 составляет 13-15 мас. , гидроокись лития берется из расчета нейтрализации кислот и обеспечения слабощелочной (0,02) реакции готовой смазки. Недостатками известной пластичной комплексной литиевой смазки, полученной по данной технологии, являются низкие противозадирные свойства и низкая коллоидная стабильность, что связано с образованием дисперсной фазы в виде крупных разрозненных волокон (фиг. 1). Задачей настоящего изобретения является повышение противозадирных свойств пластичной комплексной литиевой смазки, а также увеличение ее коллоидной стабильности,благодаря чему достигается возможность обеспечить работу пластичной смазки в условиях более высоких удельных нагрузок и увеличить срок ее хранения. 10897 1 2008.08.30 Поставленная задача решена путем дополнительного введения в состав комплексной литиевой смазки ультрадисперсных алмазов (УДА), которое осуществляется в ходе технологического процесса перед загрузкой кислот при температуре дисперсионной среды 7080 С, причем добавление порошка УДА в дисперсионную среду (масло) проводится в количестве 0,40,5 мас. , а его дезинтегрирование в масле осуществляется до размера частиц 10-30 нм. Следует отметить, что частицы УДА, как и все наноразмерные частицы, обладают большой поверхностной энергией (400-500 м 2/г), вследствие чего в обычных условиях они склонны к агломерированию с образованием агломератов размером до 0,4-0,5 мкм. В связи с этим для восстановления высокой активности частиц УДА и их структурообразующей способности возникает необходимость дезинтегрировать агломераты перед введением кислот в дисперсионную среду. Введенные частицы УДА выступают в качестве центров структурообразования дисперсной фазы пластичной смазки, начало процесса комплексообразования происходит на поверхности частичек УДА, что приводит к повышению структурированности дисперсной фазы, увеличению загущающей способности комплексных литиевых солей. Структурный каркас модифицированной пластичной смазки имеет большую разветвленность (фиг. 2),что обеспечивает повышение его маслоудерживающей способности, а также приводит к увеличению прочности граничного слоя смазочного материала в зоне трения. При этом прочные частицы УДА имплантируются в дисперсную фазу, а не остаются в дисперсионной среде смазочной композиции, что, во-первых, повышает механическую и термическую стабильность смазки, а во-вторых, предотвращает агломерацию частиц УДА,увеличивая коллоидную стабильность смазочного материала. Модифицированную пластичную комплексную смазку готовят по следующей технологии. Загрузка первой части дисперсной среды (масла) в количестве 65-70 от общего количества масла, нагрев ее до температуры 70-80 С, введение УДА-СП (ТУ РБ 28619110.001-95) с размером агломератов частиц УДА 100-500 нм, дезинтеграция УДА в дисперсионной среде до размера частиц 10-30 нм, ввод 12-гидрооксистеариновой кислоты и ее нагрев до полного расплава. После достижения расплава 12-гидрооксистеариновой кислоты тонкой струей в реактор вводился 10 водный раствор гидроокиси лития в количестве из расчета на нейтрализацию 12-гидрооксистеариновой, ортоборной и терефталевой кислот. Протекание реакции нейтрализации 12-гидрооксистеариновой кислоты происходило при перемешивании и рециркуляции смеси. После завершения реакции в реактор введение тонкой струей 20 -го водного раствора ортоборной кислоты. Затем снова проводилось перемешивание и рециркуляция смеси с целью интенсификации процесса нейтрализации ортоборной кислоты и обезвоживания реакционной массы. После подъема температуры до 135 С вводилась терефталевая кислота и осуществлялось перемешивание и рециркуляция смеси до получения слабощелочной среды (0,02). В результате медленного нагревания дисперсии солей в минеральном масле при определенной температуре начинается процесс гелеобразования и появляется упорядоченная сотообразная решетка, содержащая частицы УДА, прочно удерживающая жидкую фазу. Далее проводилась термическая обработка комплексной литиевой соли при 230-235 С в течение 510 мин. После термобработки вводилось оставшееся количество масла, при этом происходило резкое охлаждение реакционной массы до температуры 150-160 С. Медленное охлаждение в реакторе до температуры 150 С и ввод при данной температуре антиокислительной и антикоррозионной присадок. После охлаждения реакционной массы до комнатной температуры проводилась гомогенизация и фильтрация готовой смазки. Полученная пластичная смазка имеет следующий состав (мас. ) 12-гидрооксистеариновая кислота 7,7-8,1 ортоборная кислота 2,2-2,6 терефталевая кислота 1,4-1,8 3 10897 1 2008.08.30 гидроокись лития 1,3-1,7 УДА 0,4-0,5 антиокислительная присадка 0,4-0,6 антикоррозионная присадка 0,4-0,6 масло остальное. В результате осуществления данной технологии начало процесса комплексообразования происходит на поверхности частиц УДА, что приводит к повышению структурированности дисперсной фазы, увеличению загущающей способности комплексных солей. При этом частицы УДА имплантируются в дисперсную фазу, а не в дисперсионную среду смазочной композиции, что предотвращает их агломерацию. Структурный каркас модифицированной пластичной смазки состоит из более коротких волокон длиной 5-10 мкм,имеющих большее количество переплетений, что приводит к повышению коллоидной стабильности системы (фиг. 2). Выбранный температурный диапазон, при котором вводится добавка УДА в масло,обусловлен, с одной стороны, уменьшением вязкости масла при повышении температуры,а значит, и улучшением условий для равномерного диспергирования частиц УДА в масле,с другой стороны, увеличением деструкции и испаряемости низкомолекулярных фракций масла при повышении температуры. Длительность процесса диспергирования определяется исходя из полного диспергирования частиц УДА в масле, а также разбития возможных агломератов частиц УДА до размеров 10-30 нм. На фигурах приведены микроструктуры дисперсной фазы пластичных смазок, полученные с помощью сканирующей электронной микроскопии. На фиг. 1 представлена микроструктура дисперсной фазы комплексной литиевой смазки, полученной по технологии прототипа. На фиг. 2 представлена микроструктура дисперсной фазы комплексной литиевой смазки, полученной по предлагаемой технологии. Пример получения модифицированной пластичной комплексной литиевой смазки. Загрузили 1,62 кг масла И-40 А в реактор. Нагрели масло с перемешиванием до температуры 80 С. Ввели 0,015 кг порошка УДА в реактор. Диспергировали полученную суспензию при температуре 80 С до получения размеров частиц УДА 10-30 нм. Загрузили 0,238 кг 12-гидрооксистеариновой кислоты. Выдержали с перемешиванием и рециркуляцией при температуре 80 С до полного расплавления 12-гидрооксистеариновой кислоты. Ввели тонкой струей в реактор 10 водный раствор гидроокиси лития, масса гидроокиси лития 0,087 кг. Нейтрализовали 12-гидрооксистеариновую кислоту с перемешиванием и рециркуляцией при температуре 80 С. Ввели тонкой струей в реактор 20 водный раствор ортоборной кислоты, масса ортоборной кислоты 0,072 кг. Подняли температуру до 95 С и нейтрализовали при такой температуре ортоборную кислоту при перемешивании и рециркуляции. Подняли температуру до 130 С. Загрузили 0,047 кг терефталевой кислоты. Нейтрализовали терефталевую кислоту с перемешиванием и рециркуляцией при температуре 130 С. Подняли температуру до 230 С. Отключили нагрев. Ввели 1,08 кг масла И-40 А. Медленно охлаждали в реакторе до температуры 150 С и ввели при данной температуре 0,015 кг антиокислительной и 0,015 кг антикоррозионной присадок. После охлаждали реакционную массу до комнатной температуры, провели гомогенизацию и фильтрацию готовой смазки. Влияние количественного содержания частиц УДА устанавливалось в процессе испытаний на нагрузочную способность и коллоидную стабильность модифицированной пластичной комплексной литиевой смазки. Испытания смазок по определению нагрузки заедания и нагрузки сваривания проводились на четырехшариковой машине трения по ГОСТ 9490-75. Коллоидная стабильность смазок определялась по ГОСТ 7142-74. Для испытаний использовались 6 составов смазочного материала с различным содержанием до 4 10897 1 2008.08.30 бавок ультрадисперсных алмазов с одинаковым массовым содержанием остальных компонентов. Результаты испытаний представлены в таблице. Противозадирные свойства и коллоидная стабильность смазок Содержание Нагрузка заедания, Нагрузка сваривания, Коллоидная стаУДА, мас.Н Н бильность,784 1568 12 0,3 784 1744 7 0,4 872 2195 5 0,5 872 2450 5 0,7 696 2450 2 1,0 617 2195 1 В ходе испытаний установлено, что предлагаемая композиция по сравнению с известной обладает существенно лучшими характеристиками. Добавки УДА обеспечивают повышение противозадирных свойств за счет увеличения твердости контактирующих поверхностей, а также способствуют снижению коэффициента трения в результате уменьшения шероховатости поверхности трения и частичной замены трения скольжения трением качения. Предложенная технология позволила имплантировать частицы УДА в структурный каркас дисперсной фазы, что привело к увеличению коллоидной стабильности пластичной комплексной литиевой смазки и стабилизации состояния ультрадисперсной добавки УДА в смазочной композиции. Добавки УДА по предложенной технологии способствуют увеличению несущей способности пластичной смазки. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5