专利名称：润滑剂的应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种润滑剂的应用。
背景技术：
滑脂广泛应用于轴承和其它结构组件的润滑。一种被称为摩擦腐蚀压痕(false brinelling)的效果发生于滚动部件和轴承环座圈之间位移相对小的情况下，因此在不完全接触中发现了摩擦腐蚀压痕。在完全接触中还发现了一种被称为微振磨损(fretting)的效果，例如，微振磨损涉及其配合表面小振幅振荡的轴承座界面。摩擦腐蚀压痕和微振磨损可以导致严重的损害。迄今为止，市售和正在使用的润滑脂，特别是用于滚动轴承时，缺乏对摩擦腐蚀压痕和微振磨损的保护。
因此，本发明的一个问题是寻找一种适用于针对彼此能够移动的两个元件之间的润滑剂，使得该元件对于摩擦腐蚀压痕和微振磨损也可以被保护。
该问题通过权利要求1的主题得以解决。在从属权利要求中描述了有利的实施方式。
因此本发明基于如下认识，即根据权利要求1所述的润滑剂不仅在传统轴承操作中(对于滚动)具有良好的运行性能，还具有优异的抗摩擦腐蚀压痕的性能，而且保护配合部件不受微振磨损和磨蚀。
而且，本发明基于如下认识，即滑脂润滑在振幅相对较大的振荡中发挥良好作用。在较小的位移振幅下，滑脂在为配合表面提供充分润滑的方面面临严重困难。例如，已经发现磷酸酯涂层不能充分防止摩擦腐蚀压痕。因此，磷酸酯的粘附不足，导致从滚动轴承组件提前去除。因此，磷酸酯层将会在第一次振荡过程中就被完全擦去，此后便没有润滑作用来防止相关部件的损坏。具有滑脂润滑的磷酸酯层将不会对摩擦腐蚀压痕提供充分的保护，特别是在所谓的部分滑移状态下。
根据权利要求1所述的润滑剂非常迅速地使处理元件免于摩擦腐蚀压痕和微振磨损，并且在配合表面(多个配合表面)上同时提供物理和化学相互作用，实际上提供了针对微振磨损和摩擦腐蚀压痕的充分润滑。该润滑剂不仅具有这些独特的性能，而且根据工业标准其具有长效的轴承滑脂。滑脂广泛应用于滚动部件与轴承座圈和轴承罩之间，以提供长效的润滑作用。迄今为止，市售的滑脂在滑脂寿命长之外，不能够对小的振荡接触提供润滑。
由于根据本发明的润滑剂的润滑性能优异，滑脂在振幅即位移小和大的情况下均能充分发挥作用。根据本发明，滑脂或糊剂——糊剂包括基础油和增稠剂如滑脂，但没有结构——应用于轴承部件之一的表面或任何其它结构组件如齿轮的表面，即使在如微振磨损和摩擦腐蚀压痕中发现的苛刻条件下也具有优异的润滑性能。与其相反，其它方式的润滑、涂层、糊剂、油剂或滑脂对摩擦腐蚀压痕几乎不能提供什么保护。
发明内容
本发明的主题是应用于轴承座触点、轴环、罩内环、轴承环侧面等的糊剂，其在微振磨损条件下具有优异的润滑性能。与其相反，其它方式的润滑、涂层、糊剂、油剂或滑脂对配合结构表面的微振磨损几乎不能提供什么保护。
根据权利要求1所述的润滑剂在第一次振荡过程中保护轴承表面，用于摩擦腐蚀压痕的滑脂形式的润滑剂和/或用于微振磨损的滑脂或糊剂形式的润滑剂提供持续的低摩擦。
以下结合附图，在本发明优选实施方式的基础上对本发明的其它优点、特征和细节进行说明。因此，附图显示了
图1两个配合元件之间不同接触条件的图，图2a部分滑移状态下微振磨损环的具体形状以及关于滚珠-平面(ball-on-flat)接触配置的相应磨损标记，图2b总体滑移状态下微振磨损环的具体形状以及关于滚珠-平面接触配置的相应磨损标记，图3作为振荡周期的函数的微振磨损环，图4说明无量纲微振磨损状态参数定义的微振磨损环，图5摩擦腐蚀压痕条件下以市售滑脂得到的试验结果，图6根据图5产生的受损表面，图7两个结构组件之间的根据本发明的润滑剂保护层，图8摩擦腐蚀压痕中以本发明滑脂或糊剂得到的结果。
具体实施例方式
图1显示了诸如滚动元件及其轴承环之间的不同接触条件。因此，轴承环上滚动元件的应力分布的特征是在两个配合部件的接触中心压力最大。因此，摩擦将在接触中心最高，并朝着压力降低的外部接触区降低。
在图1中，横轴表示以μm为单位的位移，纵轴表示磨损。第一接触条件是所谓的粘性状态R1。由此，在较小的位移振幅下(相对于正常负荷非常小的切向力)，该接触被沿整个接触面积的弹性形变完全适应，不发生滑移。
紧接着状态R1的是所谓的部分滑移状态或粘性-滑移状态R2。引入切向力将会在外部环形区域显示最大剪切应力，并在接触中心处显示最小剪切应力。当剪切力能够克服摩擦力时，将会发生滑移，显然这将首先发生在接触的外部区域。当切向力有限时，接触中心的高接触压力和随之而来的高摩擦会防止滑移。因此，在接触中心发生粘着，在外部区域发生滑移。在部分滑移状态R2下，一些能量通过滑移耗散，一部分通过凸部和配合材料的弹性和塑性变形耗散。
然后是所谓的总体滑移状态R3，其特征在于沿整个接触表面滑移。当切向力在部分滑移状态R2下增加时(位移振幅增加)，粘性环的大小降低至零，在该点处部分滑移条件转变成总体滑移。最后但并非最不重要，总体滑移状态R3变成所谓的往复滑移状态。
发生于振荡运动振幅小的两个配合表面之间的磨损机制称为微振磨损。发生于滚动元件和轴承环之间接触表面的磨蚀或损伤被称为摩擦腐蚀压痕。因此，术语摩擦腐蚀压痕仅用于相对轴承环进行小幅度运动的滚动元件。术语微振磨损用于所有类型的接触配置，例如摩擦腐蚀压痕和平面-平面接触或轴承座中所发现的那些。通常摩擦腐蚀压痕和微振磨损中的振动振幅小于100μm。在位移这样小的摩擦腐蚀压痕中，不能始终保持滚动运动，位移可以是基于在有或没有滑移和/或滑动的情况下的粘性弹性和塑性变形。通常可以区分出三种微振磨损和摩擦腐蚀压痕如上文所述的粘性、部分滑移和总体滑移状态R1、R2和R3。
而且在图1中，箭头RF指示出市售滑脂有问题的区域的微振磨损区，该区域也是根据本发明的滑脂带来极大优势的区域。如图1所示，所述区域不仅覆盖了部分滑移状态R2，而且覆盖了一部分总体滑移状态R3。因此从图1看，所述区域可以最大磨损率值来表示。还可以通过各种其它方式来描述所述区域，由此可以使用无量纲微振磨损状态参数、能量参数、接触面积参数和/或位移参数。更通常地，所述区域还可以通过振荡振幅说明。
另一术语摩擦学接触经常通过术语“完全和不完全”接触来描述。不完全接触是指接触面积随接触负荷的增加而增加的配合表面，即，接触表面的大小依赖于负荷水平。滚动元件在轴承座圈上的摩擦腐蚀压痕接触是不完全接触的一个例子。在完全接触的情况下接触面积恒定，与接触负荷无关。轴承座接触是完全接触的一个例子。对于相对部分和总体滑移条件，本发明保护任何不完全和完全接触中的配合表面免于微振磨损和摩擦腐蚀压痕，由此它们的外观在松配合或干涉配合轴承座方面均得以提升。抗微振磨损糊剂作为一种低成本耐轴承座处微振磨损的解决方案，用于多种用途中。一些糊剂在轴承座处发现的条件下不具备令人满意的耐微振磨损性能。糊剂在轴承座处的部分滑移条件下性能有限。
图2a显示了部分滑移状态R2下微振磨损环的具体形状以及关于滚珠-平面接触配置的相应磨损标记。通常，微振磨损环用于在特定接触条件下对微振磨损状态进行测定，其给出对磨损方式(failure mode)和材料对所施加条件响应的深入理解。微振磨损环表示切向力FT随位移振幅Δa的变化情况，视情况可以是时间的函数。因此在图2a中，横轴表示位移振幅Δa，且纵轴表示切向力FT，由此不包括时间依赖性。部分滑移状态R2可以通过如图2a的曲线图所示的几乎闭合的环并通过如图2a的照片所示的具有外部滑移圈和内部粘性区的典型接触面积来识别。
图2b显示了总体滑移状态下微振磨损环的具体形状以及相应的磨损标记。其它方面的描述与图2a方式类似。总体滑移状态R3通过如图2b的曲线图所示的开放环并通过如图2b的照片所示的整个接触面积上的滑移来识别。应注意到在边缘处相同的原理还可以应用于其它接触配制如滚珠-环、辊-环、平面-批昂面、轴承座等。
图3显示了随振荡周期OC变化的微振磨损环，从左至右为部分滑移状态R2、混合滑移状态和总体滑移状态R3。因此图3显示了微振磨损接触的发展随时间即所述周期OC的变化情况。
图4显示了说明所述无量纲微振磨损状态参数Z的定义的微振磨损环，该参数与状态类型无关，其是两个位移范围X和Y的商(Z＝X/Y)。因此，Z值为零表示纯的弹性粘性状态R1，且单一值(unity value)表示没有粘性的完全滑移。
图5显示了摩擦腐蚀压痕条件下以市售滑脂得到的试验结果。由此轴承滚珠元件在与固定平支座钢表面接触的情况下振动。该试验在恒定驱动力和恒定频率下进行。因此，试验结果在1GPa、20Hz和振幅20μm的摩擦腐蚀压痕条件下获得。横轴表示微振磨损循环的次数。由此，曲线10表示磨损，曲线20表示位移，曲线30表示摩擦系数。磨损的增加以及摩擦系数曲线显示出性能不良，而且迅速出现磨损。图6显示了根据图5产生的受损表面。
图7显示了作为一个结构组件2的滚动元件的一半和作为第二结构组件4的用于所述滚动元件的座圈。而且，振荡运动过程中滚动元件和座圈的配合表面之间局部存在有形成保护层7的滑脂6。由此滑脂6修饰了结构组件2和4的表面，其包括反应产物，其中所述的反应产物通过所述的滑脂6与结构组件2和4之间的化学反应提供，使得所述产物在至少-40℃至+200℃具有润滑性能。而且滑脂6或更精确地说所述产物形成润滑层7，在配合表面(或多个配合表面)的顶部产生厚度小于5μm、具体的说小于2μm、更具体的说小于1μm的涂层。通过选择这种厚度，内部轴承间隙不受影响。
图8显示了摩擦腐蚀压痕中以本发明滑脂或糊剂得到的结果。由此轴承滚珠元件在与固定平支座钢表面接触的情况下振动。该试验在恒定驱动力和恒定频率下进行。因此，试验结果在1GPa、20Hz和振幅20μm的摩擦腐蚀压痕条件下获得。与图5类似，横轴表示微振磨损循环的次数。由此，曲线10’表示磨损，曲线20’表示位移，曲线30’表示摩擦系数。与图5相反，恒定的磨损和摩擦系数显示出优异的性能。因此，在部分滑移状态下图5中的摩擦迅速增加得以防止。
最后，作为一个例子的滑脂包括85wt％聚异丁烯(其平均摩尔重量为10,000原子质量单位)、1wt％二环-[2.2.1]-庚烷-1.3.-二胺、4wt％9.10.-十八烯胺、4wt％异佛尔酮二异氰酸酯、3wt％三苯基硫代磷酸酯(triphenylphosphorothionate)和2wt％2-乙基己基-膦酸-4-丁基-辛烷铵盐(4-butyl-ocaneammonium-2-ethylhexyl-phosphate)。
权利要求
1.一种润滑剂至少在至少两个针对彼此能够移动的元件之间的用途，所述的润滑剂包括单、二和/或多异氰酸酯与具有5到24个碳原子的、无支链和/或有支链的、不饱和和/或饱和的脂环聚胺的至少一种反应产物。
2.根据权利要求1所述的用途，其中所述的润滑剂包括-羧酸酰胺，其基于长度为2-60个碳原子的脂肪族无支链的、脂环族的和/或芳族的链；和/或-所述的羧酸酰胺的镁、钙、铋和/或烷基铵盐。
3.根据权利要求2所述的用途，其中所述的羧酸酰胺包括羧酸单酰胺和/或羧酸聚酰胺。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的用途，其中所述的润滑剂包括以下组分中的至少一种—油，其基于链长为10-1000个碳原子的脂肪族无支链和/或有支链的、脂环族的和/或芳香族的烃，和/或—单-、二-和/或聚羧酸酯油，其基于—碳范围为3-100个碳原子的脂肪族无支链和/或有支链的、脂环族的和/或芳香族的羧酸，和/或—碳范围为3-100个碳原子的脂肪族无支链和/或有支链的、脂环族的和/或芳香族的醇。
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的用途，其中所述的润滑剂包括下述物质的烷基铵盐—单-和/或多磷酸和/或磷酸衍生物，例如链长为4-20个碳原子的烷基磷酸，和/或—磷酸烷氧基衍生物，其中所述的磷酸和/或衍生物被链长为4-24个碳原子的脂肪族无支链和/或有支链的和/或脂环族的烷基铵所中和。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的用途，其中所述的润滑剂包括以下组分中的至少一种—脂肪族无支链和/或有支链的、脂环族的和/或芳族的链的单羧酸和/或多羧酸，单羧酸的链长为2-100个碳原子，多羧酸的链长为4-12个碳原子，和/或—所述的羧酸和/或其衍生物的锂、钾、镁、锌和/或钙盐。
7.根据权利要求1-6中任意一项所述的用途，其中所述的润滑剂包括无机酸的锂、钾、镁、钙、锌、铋和/或烷基铵盐，例如链长为4-30个碳原子的脂肪族无支链和/或有支链的和/或环状烷基链的单-、二-和/或多-磷酸添加剂和/或其衍生物，其中所述的酸和/或衍生物被脂肪族无支链和/或有支链的和/或脂环族的烷基胺基团和/或芳族胺环基团所中和。
8.根据权利要求1-7中任意一项所述的用途，其中所述的润滑剂包括以下组分中的至少一种—钼化合物，例如钼酸和/或钼钨酸，—钒化合物和/或—硼酸和/或硼酸衍生物。
9.根据权利要求1-8中任意一项所述的用途，其中所述的润滑剂包括以下组分中的至少一种—三苯基硫代磷酸盐和/或其具有包括10-14个碳原子的支链烷基的烷基衍生物，—碳-氮和硫添加剂，其由巯基二噻唑和/或其衍生物和/或其钠盐表示，—苯并三唑和/或其衍生物，—聚合氢醌衍生物，—空间位阻酚和/或其衍生物和/或—链长为4-12个碳原子的硫代氨基甲酸衍生物和/或二硫代磷酸衍生物的盐，其中所述的酸被链长为4-24个碳原子的胺所中和。
10.根据权利要求1-9中任意一项所述的用途，其中所述的润滑剂的形式是滑脂和/或糊剂。
11.根据权利要求1-10中任意一项所述的用途，其中所述的两个元件属于滚珠轴承、锥形、针形、圆柱形和/或球形滚动轴承和/或万向接头轴承。
12.根据权利要求11所述的用途，其中所述的轴承包括用于将所述的润滑剂保持在所述的轴承内部的密封装置。
13.根据权利要求1-12中任意一项所述的用途，其中所述的两个元件中的一个是轴承滚动元件，另一个元件包括所述的滚动元件的座圈。
14.根据权利要求11-13中任意一项所述的用途，其中所述的轴承属于包括用于润滑剂的润滑系统的系统。
全文摘要
一种润滑剂至少在至少两个针对彼此能够移动的元件之间的用途，该润滑剂包括单、双和/或多异氰酸酯与具有5到24个碳原子的无支链和/或有支链、不饱和和/或饱和的脂环聚胺的至少一种反应产物。
文档编号C10M169/06GK101072856SQ200580041476
公开日2007年11月14日 申请日期2005年11月23日 优先权日2004年12月3日
发明者E·马尔姆斯泰特, W·霍尔韦格, H·L·M·皮克, I·斯特兰德尔, A·施图本劳赫, B·鲍尔, F·菲德拉尔斯, A·范登科默 申请人:Skf公司