润滑油添加剂组合物的制作方法
【专利摘要】润滑油添加剂组合物包括无机酸的油溶性金属盐和有机酸的油溶性金属盐，并进一步包括磨料颗粒。一种润滑油添加剂组合物用于摩擦表面的磨损保护的应用，所述润滑油添加剂组合物包括无机酸的油溶性金属盐和有机酸的油溶性金属盐以及磨料颗粒。
【专利说明】润滑油添加剂组合物
【技术领域】
[0001]本发明涉及金属涂层润滑油添加剂。更具体地，本发明涉及一种组合物以及一种用于在摩擦表面上形成保护膜的方法，所述组合物将要被添加至润滑油以保护摩擦表面。
【背景技术】
[0002]在现代汽车工业和运输工业中，大部分的机械故障由于他们活动部件的机械磨损所引起，所以非常需要改善马达和机器中活动部件(例如，发动机活塞)的抗磨损性和抗摩擦性。通常，因为润滑油与表面之间的摩擦的有害性远远小于表面与表面之间的摩擦的有害性，所以利用不同种类的润滑油分离的活动部件，降低系统中活动部件之间摩擦。
[0003]目前市场趋向于要求清洁的燃料和机油。存在一种代替不良成分(诸如硫S和磷P，)的趋势。该动因必定是降低二氧化碳和有害气体排放量的目的。实现该目标的一种方法是进一步降低有害成分的含量。该目的是生产硫酸盐灰分、磷和硫含量尽可能低的润滑油(也即，低SAPS油)。
[0004]典型的润滑油由基础油(约80%)以及复合添加剂组成。该复合添加剂包括复合分散剂(例如，清洁剂(也即洗涤剂)、烟炱分散剂、抗氧化剂、防蚀剂、抗磨成分)以及粘度调节剂(例如，SBS、烯烃共聚物)。用于制造润滑油的基础油可分为4类:API1，矿物油类；API2，改性的矿物油类；API3，半合成油类；以及API4，合成(PAO)油类。
[0005]目前，已知了许多类型的润滑油组合物。一个深入研究用于改善润滑油的抗摩擦性能的方案是:将油溶性金属组合物加入至基础润滑油中。美国专利申请US4431553公开了一种润滑油，所述润滑油包括一种混合物，所述混合物包括:各种润滑脂；润滑油以及以氧代喹啉酸铜、氧代喹啉酸锡或氧代喹啉酸铜铅形式的0.^丨％至10wt%的铜、锡和铅或他们的混合物。然而，由于这种金属氧`代喹啉酸在油中的低溶解性，该润滑油在发生高压摩擦的地方是应用是无效的。
[0006]目前，欧洲引入的基本上所有的新的发动机润滑油是基于API3类油。根据基础油的硫含量，链烷烃含量以及粘性指数来表征该基础油。硫含量越低越好。含硫化合物以及含磷化合物的其他源是源自抗氧化剂和抗磨添加剂。
[0007]在过去的五十年间，尤其发展了在高温和高压下的恶劣环境下使用的金属涂层润滑油。金属涂层润滑油为形成非氧化性薄金属膜的材料，例如在摩擦表面上，也可在不含有膜形成金属的那些表面上形成几微米厚的铜薄膜。甚至在临界润滑条件以及当摩擦表面处于高压下时，该保护薄金属膜显著降低了摩擦系数。
[0008]俄罗斯专利RU2277579公开了一种含金属的油溶性组合物，用于润滑材料。所述组合物包括无机酸的金属盐、有机酸的金属盐、脂肪醇、芳香胺、环氧树脂、丁二酰亚胺聚合物以及吲哚啉的2-亚氨取代衍生物。所述组合物的已知的不足是:摩擦表面上的保护薄金属膜的无效形成，从而使得这种润滑油在至关重要的达到最大可能和最大程度保护的应用中的不起作用。
[0009]本发明的目的是消除以上提及的不足。本发明的目的是:通过降低摩擦表面的温度并且改善耐磨性，从而降低机器、发动机以及马达的活动部件的磨损以延长机器、发动机以及马达的寿命。通过用新型润滑油添加剂组合物保护摩擦表面来实现该目的，所述润滑油添加剂组合物提供了在摩擦表面上保护薄金属膜的快速形成。此外，提出了一种用于摩擦表面的磨损保护的新型方法。本发明基于研究工作，该研究工作的目的在于:特定浓度的磨料颗粒加速了保护薄金属膜的形成。根据该研究，磨料颗粒提高了以金属盐形式存在于润滑油中的金属离子的扩散至摩擦表面的晶格中。
[0010]根据本发明的润滑油添加剂组合物的进一步的目的是提供一种环境友好的润滑油添加剂或复合添加剂，与目前市场上可得到的润滑油或润滑油添加剂相比，所述润滑油添加剂或复合添加剂含有显著少量的毒性且环境有害的化学品或成分。根据本发明的润滑油添加剂组合物能够几乎完全降低含硫和磷的添加物；所述润滑油添加剂组合物确实不包括磷类化合物也不包括硫类化合物。当使用包括根据本发明的组合物的润滑油添加剂时，并不需要进一步添加有毒的化学品(例如磷和硫或他们不同的化合物)，这种有毒的化合物通常由于他们的抗氧化性和抗磨性质而被用于润滑油中。
[0011]根据本发明的润滑油添加剂组合物提供了在不需要加入例如磷和硫类化合物的条件下，改善的摩擦表面的抗磨性的用途。这种发展与为了进一步降低废气排出量的低SAP产品的将要出台的规定相一致 。
【发明内容】
[0012]权利要求1中公开了根据本发明的润滑油添加剂组合物的特征。权利要求6中公开了根据本发明的润滑油添加剂组合物的应用的特征。权利要求10公开了根据本发明的摩擦表面的磨损保护的方法的特征。
[0013]本发明专注于一种润滑油添加剂组合物(也即，复合润滑油添加剂)；润滑油添加剂组合物用于金属表面润滑的用途以及一种用于摩擦表面的磨损保护的方法。本文中，润滑油表示在活动表面之间引入的物质，以降低活动表面之间的摩擦，也即，润滑油为任意种类的天然或合成的马达油或传动机油，或塑料润滑物质。本发明的润滑油添加剂组合物的化合物在摩擦表面上发生反应且在所述表面上形成非氧化性薄金属膜，从而降低已经涂覆了含有润滑油添加剂组合物或复合润滑油添加剂的表面的机械磨损和破裂。因此，所述润滑油添加剂组合物可被分类为金属涂层组合物。
[0014]正如本领域技术人员所熟知的，为了在金属摩擦表面上形成金属膜，润滑油应该包括金属离子。此外，所述离子具有的离子化能必须高于表面金属离子的离子化能；也即，如果摩擦表面由钢制成，润滑油必须包括离子化能高于Fe的金属离子。在这种情况下，润滑油中存在的金属离子填充摩擦表面内的空隙并且在摩擦表面内扩散，该摩擦表面去除了由摩擦引起的位错并且在表面上形成保护性薄金属膜的晶体。
[0015]将无机酸的油溶性金属盐和有机酸的油溶性金属盐加入至润滑油中对于在润滑油涂覆的摩擦表面上形成保护性薄金属膜是至关重要的。所述金属盐提供金属离子，所述金属离子填充形成薄金属膜的摩擦表面内部的开放空隙并且在形成薄金属膜的摩擦表面内扩散。这是本领域中已知的实践，在RU2277579中公开的组合物为一个实例。然而，与现有技术本质不同的是:根据本发明的添加剂组合物包括磨料颗粒，所述磨料颗粒提高了以金属盐形式存在于组合物中的金属离子扩散至摩擦表面中，并且因此加速了保护性金属膜的形成。
[0016]根据本发明的润滑油添加剂组合物，包括无机酸的油溶性金属盐和有机酸的油溶性金属盐，并且进一步包括0.005wt%至0.lwt%，优选0.01wt%至0.05wt%,最优选0.01wt%至0.03wt%的磨料颗粒。
[0017]当施加至摩擦表面时，包括根据本发明的润滑油添加剂组合物的润滑油添加剂通过盐和金属表面之间的金属离子的物理结合而在摩擦表面处形成保护层。磨料颗粒增强了金属离子扩散至摩擦表面中，并且由于它们从摩擦表面去除氧化膜而加速了保护性金属膜的形成。换句话说，磨料颗粒通过从摩擦表面去除氧化膜，从而通过盐的金属离子和摩擦表面的金属离子之间的物理结合催化了保护性金属膜的构建。通常由于空气暴露而在金属表面形成的氧化物膜使得金属更能抵抗化学反应。表面没有氧化物膜时，保护性金属膜形成更快。
[0018]在本文中，对于磨料颗粒，其表示自然产生的或制造的粒状材料，由细碎的硬颗粒，例如矿物颗粒或金属颗粒组成。应当注意的是，磨料颗粒的确切的化学组成是不太重要的；然而，关键的因素是添加剂组合物中磨料颗粒的含量。根据大量的研究，添加剂组合物中磨料颗粒的最佳含量在约0.005wt%至约0.lwt%之间变动，其中wt%是重量百分比。最佳含量取决于诸如润滑油和添加剂的组成、磨料颗粒的尺寸等因素。研究表明，当添加剂组合物包括约0.01wt%至约0.05wt%的磨料颗粒时，在被润滑的表面之间的摩擦开始(也即，润滑的发动机或马达开始运行的时刻)后的约30秒内形成保护性金属膜。对不含有磨料颗粒的相似的润滑油添加剂组合物进行的测量表明:在这些情况下，在约5分钟内形成保护性金属膜，这是明显较长的时段。
[0019]在本发明另一优选的实施方式中，磨料颗粒的平均直径尺寸为0.5μπι至20μπι，优选为I μ m至10 μ m,最优选为I μ m至3 μ m。磨料颗粒的确切的化学组成可变化,然而磨料颗粒的平均直径尺寸约为0.5 μ m至20 μ m,优选为I μ m至10 μ m,最优选为I μ m至3μπι。这就意味着，统计学上大部分的磨料颗粒具有所述直径，然而，在这些数值附近变动是可能的。因此，润滑油添加剂组`合物中，可以发现大部分的磨料颗粒具有约Ium的直径；然而，相同的润滑油添加剂组合物也可包括具有约5 μ m或20 μ m的直径的磨料颗粒。相似地，在另一种润滑油添加剂组合物中可以发现大部分的磨料颗粒具有约IOym的直径，然而，在相同的润滑油添加剂组合物中也可包括具有约3μπι直径的磨料颗粒。研究表明，具有0.5 μ m至20 μ m直径的磨料颗粒能够最有效地从摩擦表面去除氧化膜，并且因此加速保护膜形成。
[0020]在本发明的另一优选的实施方式中，磨料颗粒的莫氏硬度至少为7。因此，磨料颗粒包括具有7或大于7的莫氏硬度的陶瓷材料、矿物、金属和/或其他化合物的细碎颗粒。除此之外，下列矿物具有至少为7的莫氏硬度，因此适用于用作磨料颗粒:石英、加纳(garner)、绿柱石、黄宝石、翡翠、尖晶石、刚玉、硼和金刚石。此外，至少下列金属具有至少为7的莫氏硬度，因此也可适用于用作磨料颗粒:锇、钢、钨、铬和钛。进一步地，至少下列具有至少为7的莫氏硬度的陶瓷材料可被用作磨料颗粒:碳化硅、碳化钨、碳化钛、二硼化铼和二硼化钛。根据本发明的优选的实施方案，磨料颗粒包括以细粉末或粒状混合物的形式的上述陶瓷材料、矿物、金属或它们的混合物的任何一种。
[0021]在另一本发明优选的实施方案中，磨料颗粒包括硼族、碳族和/或碱土金属族的元素的碳酸盐、氮化物、碳化物和/或氧化物。在本文中，硼族为由硼(B )、铝(Al)、镓(Ga)、铟(In)、铊(Tl)和113号元素(Uut)组成的周期表中的族；碳族为由碳(C)、硅(Si)、锗(Ge)、锡(Sn)、铅(Pb)和鈇(Uuq)组成的周期表中的族；以及碱土金属由铍(Be)、镁(Mg)、钙(Ca)、锶(Sr)、钡(Ba)和镭(Ra)组成的周期表中的族。除此之外，满足上述条件的化合物的实例包括:二氧化娃、碳化硼、氮化硼和招的二氧化物(aluminium dioxide)。根据本发明的优选的实施方式，磨料颗粒包括以细粉末或粒状混合物的形式的上述单独的化合物或它们的混合物中的任何一种。[0022]在本发明的另一优选的实施方式中，除了磨料颗粒和无机酸的油溶性金属盐和有机酸的油溶性金属盐外，添加剂组合物包括至少一种下列物质:脂族醇、丁二酰亚胺衍生物、芳族胺、环氧树脂和/或2-亚氨基取代的吲哚啉。根据本发明，无机酸的油溶性金属盐包括:油溶性金属盐，也即，下列金属Cu、Co、Pb、Sn、Ni中至少一种的氯化物、溴化物和/或碘化物。进一步地，根据本发明，有机酸的油溶性金属盐包括:分子式中具有15至18个碳原子的有机酸的金属盐，例如，油酸CH3 (CH2) 7CH=CH (CH2) 7C00H的金属盐；有机酸的金属盐的另一实施例为油酸锡C36H6604Sn。应当注意的是，所述无机酸的油溶性金属盐和有机酸的油溶性金属盐完全溶解在最终产品中，也即，溶解在包括具有根据本发明的组成的润滑油添加剂的润滑油中。
[0023]本发明的另一优选的实施方式中，丁二酰亚胺衍生物包括S-5A聚烯基丁二酰亚胺，芳族胺包括同型二苯胺(homotype diphenylamine),环氧树脂包括商业可得到的脂族环氧树脂M 3 gamma-1，其由丙二醇和环氧氯丙烷缩合制得。
[0024]根据本发明的用途方面，根据上述限定中的任何一种组合物可被用作润滑油添加剂组合物(也即，复合润滑油添加剂)。进一步说，提供了一种润滑油添加剂组合物用于摩擦表面的磨损保护的应用，该润滑油添加剂组合物包括无机酸的油溶性金属盐和有机酸的油溶性金属盐以及磨料颗粒。此外，提供了一种润滑油添加剂组合物用于金属表面润滑的应用，该润滑油添加剂组合物包括无机酸的金属盐和有机酸的金属盐以及磨料颗粒。
[0025]根据本发明的另一方面，提供了组合物的用途，用于摩擦表面的磨损保护，该组合物包括无机酸的油溶性金属盐和有机酸的油溶性金属盐，以及0.005wt%至0.lwt%,优选0.01wt%至0.05wt%,最优选0.01wt%至0.03wt%的磨料颗粒。
[0026]根据本发明的另一方面，提供了组合物的用途，所述组合物包括无机酸的油溶性金属盐和有机酸的油溶性金属盐以及磨料颗粒，其中，磨料颗粒的平均直径尺寸为0.5μπι至20 μ m,优选为I μ m至10 μ m,最优选为I μ m至3 μ m。
[0027]根据本发明的另一个方面，提供了组合物的用途，所述组合物包括无机酸的油溶性金属盐和有机酸的油溶性金属盐以及磨料颗粒，其中，磨料颗粒具有至少为7的莫氏硬度。
[0028]根据本发明的另一个方面，提供了组合物的用途，所述组合物包括无机酸的油溶性金属盐和有机酸的油溶性金属盐以及磨料颗粒，进一步包括至少一种下列物质:脂族醇、丁二酰亚胺衍生物、芳族胺、环氧树脂和/或2-亚氨基取代的吲哚啉。
[0029]根据本发明的另一个方面，提供了一种用于摩擦表面的磨损保护的方法，包括:将润滑油涂覆至所述摩擦表面，所述润滑油包括lwt%至5wt%的添加剂组合物，所述添加剂组合物包括无机酸的油溶性金属盐和有机酸的油溶性金属盐，以及0.005wt%至0.lwt%，优选0.01wt%至0.05wt%,最优选0.01wt%至0.03wt%的磨料颗粒。换句话说，一种用于摩擦表面的磨损保护的方法，所述方法包括:将润滑油(例如基础油)涂覆至所述摩擦表面，其中润滑油或基础油包括1?丨％至5被％的添加剂(也即，复合添加剂)，其中，除了无机酸的油溶性金属盐和有机酸的油溶性金属盐外，所述添加剂包括0.005wt%至0.lwt%,优选0.01wt%至
0.05wt%,最优选0.01wt%至0.03wt%的磨料颗粒。
[0030]一般来讲，根据本发明的润滑油添加剂组合物能够通过本领域已知的任何一种的技术来制造，例如常规混合技术，它们不同的变型对于本领域技术人员也是熟知的。
【专利附图】
【附图说明】
[0031]以下，参照附图详细解释本发明的实施方式，附图示出了不同润滑油添加剂的测
量结果。
[0032]图1为示出了摩擦和磨损实验研究中试样的总磨损的曲线图。不同的曲线代表了在将润滑油涂覆至摩擦表面后的样品的总磨损，润滑油包括进一步包含0.0wt%至0.07wt%的磨料颗粒的添加剂组合物；
[0033]图2为示出了对于六种不同润滑油添加剂组合物，试样表面的磨损直径作为施加的压力的函数的曲线图；
[0034]图3为示出了在施加2600MPa的恒压下的样品的温度变化率。如上所述，不同的曲线代表了润滑油的测量结果，润滑油包括进一步包含0.0被％至0.07被％的磨料颗粒的添加剂组合物；以及
[0035]图4为示出了在摩擦和磨损研究期间，样品的总温度变化的图表。研究的润滑油包括进一步包含0.0wt%至0.07wt%的`磨料颗粒的添加剂组合物。
【具体实施方式】
[0036]实施例1
[0037]下列实施例进一步描述本发明。表1示出了根据本发明的用于润滑油的不同的添加剂组合物。根据本发明的润滑油添加剂组合物能够使得在摩擦表面上快速地形成薄金属膜。所述金属膜保护表面免受机械磨损和氢脆化。研究表明，含有根据本发明的添加剂组合物的润滑油在下列摩擦表面上:钢-钢、钢-铁和钢-铜中提供了所需的结果。表2示出了根据本发明的优选的用于润滑油的组合物。
[0038]表1
[0039]
【权利要求】
1.一种润滑油添加剂组合物，包括无机酸的油溶性金属盐和有机酸的油溶性金属盐， 其特征在于，该添加剂组合物进一步包括0.005wt%至0.lwt%,优选0.0 lwt%至0.05wt%,最优选0.01wt%至0.03wt%的磨料颗粒。
2.根据权利要求1所述的润滑油添加剂组合物，其特征在于，所述磨料颗粒的平均直径尺寸为0.5 μ m至20 μ m,优选为I μ m至10 μ m,最优选为I μ m至3 μ m。
3.根据权利要求1或2所述的润滑油添加剂组合物，其特征在于，所述磨料颗粒的莫氏硬度至少为7。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的润滑油添加剂组合物，其特征在于，所述磨料颗粒包括硼族、碳族和/或碱土金属族的元素的碳酸盐、氮化物、碳化物和/或氧化物。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的润滑油添加剂组合物，其特征在于，所述添加剂组合物包括至少一种下述化合物:脂族醇、丁二酰亚胺衍生物、芳族胺、环氧树脂和/或2-亚氨基取代的吲哚啉。
6.一种润滑油添加剂组合物的应用，用于摩擦表面的磨损保护，所述润滑油添加剂组合物包括无机酸的油溶性金属盐和有机酸的油溶性金属盐，以及0.005wt%至0.lwt%，优选0.01wt%至0.05wt%,最优选0.01wt%至0.03wt%的磨料颗粒。
7.根据权利要求6所述的组合物的应用，其特征在于，所述磨料颗粒的平均直径尺寸为0.5 μ m至20 μ m,优选为I μ m至10 μ m,最优选为I μ m至3 μ m。
8.根据权利要求6或7所述的组合物的应用，其特征在于，所述磨料颗粒的莫氏硬度至少为7。`
9.根据权利要求6至8中任一项所述的组合物的应用，其特征在于，所述添加剂组合物包括至少一种下述化合物:脂族醇、丁二酰亚胺衍生物、芳族胺、环氧树脂和/或2-亚氨基取代的吲哚啉。
10.一种用于摩擦表面的磨损保护的方法，包括: 将润滑油涂覆至所述摩擦表面，所述润滑油包括lwt%至5wt%的添加剂组合物，所述添加剂组合物包括无机酸的油溶性金属盐和有机酸的油溶性金属盐，以及0.005wt%至`0.lwt%,优选 0.01wt% 至 0.05wt%,最优选 0.01wt% 至 0.03wt% 的磨料颗粒。
【文档编号】C10M171/06GK103517971SQ201280017777
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2012年2月10日 优先权日:2011年2月10日
【发明者】约翰·冯克诺林, 卡尔-艾里克·斯特兰德, 爱德华·阿尔布雷希特, 谢尔盖·M·玛尼肯 申请人:Ab纳诺技术有限公司