專利名稱:潤滑劑和潤滑劑的用途的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種潤滑劑和該潤滑劑的用途。
背景技術(shù):
滑脂廣泛應(yīng)用于軸承和其它結(jié)構(gòu)部件的潤滑。一種稱為摩擦腐蝕壓痕(false brinelling)的作用發(fā)生于滾動零件和軸承環(huán)的座圈之間位移相對較小的情況下,摩擦腐蝕壓痕由此可見于不完全接觸點中。另一種稱為微振磨損(fretting)的作用見于完全接觸點中,例如,微振磨損涉及其嚙合面以很小的振幅擺動的軸承座界面。摩擦腐蝕壓痕和微振磨損可以導(dǎo)致相當(dāng)大的損害。迄今為止市售和正在使用的潤滑油特別在用于滾動軸承時缺乏對摩擦腐蝕壓痕和微振磨損的保護(hù)。
因此本發(fā)明的一個問題是發(fā)明一種更好的對摩擦腐蝕壓痕和微振磨損也提供良好保護(hù)的潤滑劑。
該問題通過權(quán)利要求1的主題得以解決。從屬權(quán)利要求中描述了有益的的實施方式。
因此本發(fā)明基于如下認(rèn)識,即滑脂的潤滑作用在振幅相對較大的擺動下發(fā)揮良好的作用。在較小的位移幅度下,滑脂在為嚙合面提供充分的潤滑面臨著一些嚴(yán)重的困難。例如,已經(jīng)發(fā)現(xiàn)磷酸鹽涂層不能充分防止摩擦腐蝕壓痕。因此磷酸鹽的粘附性不充分,導(dǎo)致從滾動軸承部件上過早被去除。因此,磷酸鹽層在第一次擺動過程中將被完全擦除,此后便沒有潤滑作用來防止相關(guān)部件的損壞。具有滑脂潤滑作用的磷酸鹽層將不能為摩擦腐蝕壓痕提供充分的保護(hù),特別是在所謂的部分滑移狀態(tài)下。
本發(fā)明的主題提供了一種潤滑劑,其不僅在傳統(tǒng)軸承工作狀態(tài)下(滾動過程中)具有良好的工作性能,還具有優(yōu)異的抗摩擦腐蝕壓痕的性能,而且也能保護(hù)嚙合部件不發(fā)生微振磨損和摩擦腐蝕。該潤滑劑能非常迅速地使養(yǎng)護(hù)元件免受摩擦腐蝕壓痕和微振磨損,并在(多個)嚙合面上同時提供物理和化學(xué)相互作用,實際上提供充分地潤滑以避免微振磨損和摩擦腐蝕壓痕。該潤滑劑除了具有這些獨(dú)特的性能以外,而且根據(jù)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)還具有很長的軸承滑脂使用期?;瑥V泛應(yīng)用于滾動部件和軸承座圈和軸承罩之間的接觸,以提供長久的潤滑作用。迄今為止市售的滑脂除了很長的滑脂使用期之外不具有對小的擺動接觸提供潤滑的能力。
由于根據(jù)本發(fā)明的潤滑劑的優(yōu)異潤滑性能,滑脂在小和大的振幅即位移的情況下均能充分發(fā)揮作用。根據(jù)本發(fā)明,滑脂或糊劑(糊劑包括基礎(chǔ)油和增稠劑如滑脂,但沒有結(jié)構(gòu))應(yīng)用于軸承部件的其中一個表面或結(jié)構(gòu)部件如齒輪的其他任何表面,即使在如微振磨損和摩擦腐蝕壓痕中發(fā)現(xiàn)的苛刻條件下也具有優(yōu)異的潤滑性能。與此相反,其它方式的潤滑、涂層、糊劑、油劑或滑脂類對摩擦腐蝕壓痕僅提供很小的保護(hù)作用。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主題是以糊劑的形式應(yīng)用于軸承座觸點、軸圈(ring-on-axle)、殼內(nèi)圈(ring-in-housing)、軸承環(huán)側(cè)面等,在微振磨損條件下具有優(yōu)異的潤滑性能。與此相反,其它方式的潤滑、涂層、糊劑、油劑或滑脂對嚙合結(jié)構(gòu)表面的微振磨損僅提供很小的保護(hù)作用。
根據(jù)權(quán)利要求1的潤滑劑在第一次擺動過程中保護(hù)軸承表面,用于摩擦腐蝕壓痕的滑脂形式的潤滑劑和/或用于微振磨損的滑脂或糊劑形式的潤滑劑能提供持續(xù)的低摩擦性。
以下結(jié)合附圖在本發(fā)明優(yōu)選實施方式的基礎(chǔ)上對本發(fā)明的其它優(yōu)點、特征和細(xì)節(jié)進(jìn)行說明。因此,
顯示如下圖1 兩個嚙合元件之間不同接觸條件的圖表,圖2a 部分滑移狀態(tài)下微振磨損環(huán)的具體形狀以及關(guān)于球-平面(ball-on-flat)接觸構(gòu)造的相應(yīng)磨損標(biāo)記,圖2b 總體滑移狀態(tài)下微振磨損環(huán)的具體形狀以及關(guān)于球-平面接觸構(gòu)造的相應(yīng)磨損標(biāo)記,
圖3 作為擺動周期函數(shù)的微振磨損環(huán),圖4 說明無量綱微振磨損狀態(tài)參數(shù)定義的微振磨損環(huán),圖5 摩擦腐蝕壓痕條件下市售滑脂得到的試驗結(jié)果,圖6 根據(jù)圖5產(chǎn)生的受損表面,圖7 兩個結(jié)構(gòu)部件之間的根據(jù)本發(fā)明的潤滑劑保護(hù)層,圖8 摩擦腐蝕壓痕中本發(fā)明滑脂或糊劑得到的結(jié)果。
具體實施例方式
圖1顯示了諸如滾動元件及其軸承環(huán)之間的不同接觸條件。由此軸承環(huán)上滾動元件應(yīng)力分布的特征是兩個嚙合部件的接觸中心壓力最大。因此,摩擦將在接觸中心最高,朝向壓力降低的外部接觸區(qū)則降低。
在圖1中,橫軸表示以μm為單位的位移,縱軸表示磨損。第一種接觸條件是所謂的粘性狀態(tài)R1。由此甚至在更小的位移幅度下(相對于正常負(fù)荷非常小的切向力)該接觸點通過在整個接觸面積的彈性形變而進(jìn)行充分地調(diào)節(jié),并且不發(fā)生滑移。
緊接著狀態(tài)R1的是所謂的部分滑移狀態(tài)或粘性-滑移狀態(tài)R2。引入切向力將會在外部環(huán)形區(qū)域顯示出最大剪切應(yīng)力,在接觸中心出顯示最小剪切應(yīng)力。當(dāng)剪切力能夠克服摩擦力時將會發(fā)生滑移,顯然這將首先發(fā)生在接觸的外部區(qū)域。當(dāng)切向力受限時,接觸中心的高接觸壓力和隨之發(fā)生的高摩擦?xí)乐够啤R虼?,接觸中心發(fā)生粘著,則在外部區(qū)域發(fā)生滑移。在部分滑移狀態(tài)R2下,一些能量通過滑移耗散,一部分通過粗糙部和嚙合材料的彈性和塑性變形被耗散。
然后是所謂的總體滑移狀態(tài)R3,其特征是在整個接觸表面上滑移。在部分滑移狀態(tài)R2下當(dāng)切向力增加時(位移幅度增加),粘性環(huán)的大小降低至零,在該點處部分滑移條件轉(zhuǎn)變成總體滑移。最后但并非最不重要的是,總體滑移狀態(tài)R3變成所謂的往復(fù)滑移狀態(tài)。
在很小幅度的擺動運(yùn)動下兩個嚙合表面之間發(fā)生的磨損機(jī)制稱為微振磨損。在滾動元件和軸承環(huán)之間接觸表面上發(fā)生的摩擦腐蝕或損傷稱為摩擦腐蝕壓痕。因此,術(shù)語摩擦腐蝕壓痕僅用于相對軸承環(huán)進(jìn)行小幅度運(yùn)動的滾動元件。術(shù)語微振磨損用于所有類型的接觸構(gòu)造,例如摩擦腐蝕壓痕和平面-平面接觸或軸承座中所見的構(gòu)造。通常摩擦腐蝕壓痕和微振磨損中的擺動幅度小于100μm。在位移這樣小的摩擦腐蝕壓痕中,不能始終保持滾動運(yùn)動,位移可基于有或沒有滑移和/或滑動的接觸點上的粘性彈性和塑性變形。通??梢詤^(qū)分出三種微振磨損和摩擦腐蝕壓痕如上文所述的粘性、部分滑移和總體滑移狀態(tài)R1、R2和R3。
而且在圖1中,箭頭RF指示出市售滑脂有問題的區(qū)域的微振磨損區(qū),該區(qū)域也是根據(jù)本發(fā)明的滑脂帶來極大益處的區(qū)域。如圖1所示,所述區(qū)域不僅覆蓋了部分滑移狀態(tài)R2,而且覆蓋了一部分總體滑移狀態(tài)R3。因此從圖1看,所述區(qū)域可以最大磨損速率值來表示。還可以通過各種其它可能的方式來描述所述區(qū)域,因此可以使用無量綱微振磨損狀態(tài)參數(shù)、能量參數(shù)、接觸面積參數(shù)和/或位移參數(shù)。更普遍的方式是,所述區(qū)域還可以通過擺動幅度來說明。
另一術(shù)語摩擦學(xué)接觸經(jīng)常由術(shù)語“完全和不完全”接觸來描述。不完全接觸是指接觸面積隨接觸負(fù)荷的增加而增加的嚙合表面,即,接觸表面的大小依賴于負(fù)荷水平。滾動元件在軸承座圈上的摩擦腐蝕壓痕接觸是不完全接觸的一個例子。在完全接觸的情況下接觸面積恒定,不依賴于接觸負(fù)荷。軸承座接觸是完全接觸的一個例子。對于相對部分和總體滑移條件,本發(fā)明保護(hù)任何不完全和完全接觸中的嚙合表面免受微振磨損和摩擦腐蝕壓痕,從而它們的外觀在間隙配合和干涉配合軸承座的情況下均得以提升??刮⒄衲p糊劑作為一種耐軸承座處微振磨損的低成本解決方案,用于多種用途中。一些糊劑在軸承座處可見的條件下不具備令人滿意的耐微振磨損性能。糊劑在軸承座處的部分滑移條件下性能有限。
圖2a顯示了部分滑移狀態(tài)R2下微振磨損環(huán)的具體形狀以及關(guān)于球-平面接觸構(gòu)造的相應(yīng)磨損標(biāo)記。通常,微振磨損環(huán)用于測定具體接觸條件下的微振磨損狀態(tài),從而深入地理解失效模式(failure mode)和材料對施加條件的反應(yīng)。微振磨損環(huán)表示切向力FT隨位移幅度Δa的變化,視情況可以是時間的函數(shù)。因此在圖2a中,橫軸表示位移幅度Δa,縱軸表示切向力FT,因此時間依賴性沒有包括在內(nèi)。部分滑移狀態(tài)R2可以通過如圖2a的曲線圖中所示幾乎閉合的環(huán)以及如圖2a的照片中所示的具有外部滑移圈和內(nèi)部粘性區(qū)的典型接觸面積來識別。
圖2b顯示了總體滑移狀態(tài)R3下微振磨損環(huán)的具體形狀以及相應(yīng)的磨損標(biāo)記。其它方面的描述與圖2a方式類似??傮w滑移狀態(tài)R3通過如圖2b的曲線圖中所示的開放環(huán)以及如圖2b的照片中所示的整個接觸面積上的滑移來識別。應(yīng)注意到在邊緣處,還可將相同的原理用于其它接觸構(gòu)造如球-環(huán)、輥-環(huán)、平面-平面、軸承座等。
圖3顯示了隨擺動周期OC變化的微振磨損環(huán),從左至右為部分滑移狀態(tài)R2、混合滑移狀態(tài)和總體滑移狀態(tài)R3。因此圖3顯示了微振磨損接觸隨時間即所述周期OC的發(fā)展變化。
圖4顯示的是說明所述無量綱微振磨損狀態(tài)參數(shù)Z定義的微振磨損環(huán),該參數(shù)不依賴于狀態(tài)類型,是兩個位移范圍X和Y的商(Z=X/Y)。因此,Z值為零表示純彈性粘性狀態(tài)R1,值為1表示沒有粘性的完全滑移。
圖5顯示了摩擦腐蝕壓痕條件下市售滑脂得到的試驗結(jié)果。因此軸承滾珠元件在與固定的平軸承座鋼表面接觸時發(fā)生擺動。該試驗在恒定驅(qū)動力下以恒定頻率下進(jìn)行。因此,試驗結(jié)果是在1GPa、20Hz和幅度為20μm的摩擦腐蝕壓痕條件下獲得的。橫軸表示微振磨損循環(huán)的次數(shù)。由此,曲線10表示磨損,曲線20表示位移,曲線30表示摩擦系數(shù)。磨損的增加以及摩擦系數(shù)曲線表明性能不佳,而且迅速出現(xiàn)磨損。圖6顯示了根據(jù)圖5產(chǎn)生的受損表面。
圖7顯示了作為滾動元件一半的一個結(jié)構(gòu)部件2和作為第二個結(jié)構(gòu)部件4的用于所述滾動元件的座圈。而且,擺動運(yùn)動過程中滾動元件和座圈的嚙合表面之間局部存在有形成保護(hù)層7的滑脂6。由此滑脂6對包括反應(yīng)產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)部件2和4的表面進(jìn)行改性,其中所述的反應(yīng)產(chǎn)物已由所述滑脂6和結(jié)構(gòu)部件2和4之間的化學(xué)反應(yīng)所提供,這樣所述的產(chǎn)物在至少-40℃至+200℃下具有潤滑性能。而且滑脂6或更準(zhǔn)確地說所述產(chǎn)物形成潤滑層7,在(多個)嚙合表面的頂部產(chǎn)生厚度小于5μm、特別是小于2μm、更特別是小于1μm的涂層。通過選擇這種厚度,內(nèi)部軸承間隙不受影響。
圖8顯示了摩擦腐蝕壓痕中用本發(fā)明滑脂或糊劑得到的結(jié)果。軸承滾珠元件在與固定的平軸承座鋼表面接觸的情況下擺動。該試驗在恒定驅(qū)動力下以恒定頻率下進(jìn)行。因此,試驗結(jié)果是在1 GPa、20 Hz和幅度為20μm的摩擦腐蝕壓痕條件下獲得的。與圖5類似,橫軸表示微振磨損循環(huán)的次數(shù)。由此,曲線10’表示磨損,曲線20’表示位移,曲線30’表示摩擦系數(shù)。與圖5相反,磨損和摩擦系數(shù)恒定表示優(yōu)異的性能。因此,在圖5中部分滑移狀態(tài)下的摩擦迅速增加得以防止。
最后,作為一個例子,滑脂由70.6wt%基于烷基萘的烴、5wt%異棕櫚酸鋰鹽、5wt%異硬脂酸鋰鹽、7.4wt%12-羥基硬脂酸的鉀鋰混合鹽、2wt%雙酚A和10wt%羧酸酰胺組成。
權(quán)利要求
1.一種潤滑劑,其包括基于長度為2-60個碳原子的脂肪族無支鏈、脂環(huán)族和/或芳香族鏈的羧酸酰胺。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的潤滑劑,其中所述羧酸酰胺包括羧酸-單-和/或-聚-酰胺。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的潤滑劑,其包括所述羧酸酰胺的鎂、鈣、鉍和/或烷基銨鹽。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任意一項所述的潤滑劑,其包括以下組分中的至少一種一油,其基于鏈長為10-1000個碳原子的脂肪族無支鏈和/或支鏈、脂環(huán)族和/或芳香族烴,和/或-單-、二-和/或聚羧酸酯油,其基于-碳范圍為3-100個碳原子的脂肪族無支鏈和/或支鏈、脂環(huán)族和/或芳香族羧酸,和/或-碳范圍為3-100個碳原子的脂肪族無支鏈和/或支鏈、脂環(huán)族和/或芳香族醇。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任意一項的潤滑劑,其包括以下的烷基銨鹽-單-和/或多磷酸和/或磷酸衍生物,例如鏈長為4-20個碳原子的烷基磷酸,和/或-磷酸烷氧基衍生物,其中所述磷酸和/或衍生物被鏈長為4-24個碳原子的脂肪族無支鏈和/或支鏈和/或脂環(huán)族烷基胺中和。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任意一項的潤滑劑,其包括以下組分中的至少一種-脂肪族無支鏈和/或支鏈、脂環(huán)族和/或芳香族鏈的單羧酸-和/或多羧酸,對于單羧酸鏈長為2-100個碳原子,對于多羧酸鏈長為4-12個碳原子,和/或-所述羧酸和/或其衍生物的鋰、鉀、鎂、鋅和/或鈣鹽。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任意一項的潤滑劑,其包括無機(jī)酸的鋰、鉀、鎂、鈣、鋅、鉍和/或烷基銨鹽,例如具有鏈長為4-30個碳原子的脂肪族無支鏈和/或支鏈和/或環(huán)狀烷基鏈的單-、二-和/或多-磷酸添加劑和/或其衍生物,其中所述酸和/或衍生物被脂肪族無支鏈和/或支鏈和/或脂環(huán)族烷基胺基團(tuán)和/或芳香族胺環(huán)基團(tuán)中和。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任意一項的潤滑劑,其包括以下組分中的至少一種-鉬化合物,例如鉬酸和/或鉬鎢酸,-釩化合物,和/或-硼酸和/或硼酸衍生物。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8中任意一項的潤滑劑,其包括單-、二-和/或聚-異氰酸酯與-長度為2-20個碳原子的脂肪族無支鏈和/或支鏈、脂環(huán)族、多環(huán)和/或芳香族碳鏈的反應(yīng)產(chǎn)物,和/或-具有2-24個碳原子的脂肪族無支鏈和/或支鏈、飽和和/或不飽和單-和/或聚-胺的反應(yīng)產(chǎn)物中的至少一種。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9中任意一項的潤滑劑,其包括以下組分中的至少一種-三苯基硫逐磷酸酯和/或其支鏈烷基有10-14個碳原子的烷基衍生物,-碳-氮和硫添加劑,其由巰基二噻唑和/或其衍生物和/或其鈉鹽表示,-苯并三唑和/或其衍生物,-聚合氫醌衍生物,-空間位阻酚和/或其衍生物,和/或-鏈長為4-12個碳原子的硫代氨基甲酸衍生物和/或二硫代磷酸衍生物的鹽,其中所述酸被鏈長為4-24個碳原子的胺中和。
11.根據(jù)權(quán)利要求1-10中任意一項的潤滑劑,其中所述潤滑劑的形式是滑脂和/或糊劑。
12.根據(jù)權(quán)利要求1-11中任意一項的潤滑劑至少在至少兩個相互之間能夠彼此移動的元件之間的用途。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的用途,其中所述兩個元件屬于滾珠軸承、錐形、針形、圓柱形和/或球形滾動軸承和/或萬向接頭軸承。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的用途,其中所述軸承包括用于在軸承內(nèi)容納潤滑劑的密封裝置。
15.根據(jù)權(quán)利要求12-14中任意一項的用途,其中所述兩個元件中的一個是軸承滾動元件,另一個元件是軸承環(huán)。
16.根據(jù)權(quán)利要求1-11中任意一項的潤滑劑在潤滑系統(tǒng)中的用途。
全文摘要
一種潤滑劑,其包括基于鏈長為2-60個碳原子的脂肪族無支鏈、脂環(huán)族和/或芳香族鏈的羧酸酰胺。
文檔編號C10M169/00GK101072854SQ200580041626
公開日2007年11月14日 申請日期2005年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月3日
發(fā)明者E·馬爾姆斯泰特, W·霍爾韋格, L·M·H·皮克, I·斯特蘭德爾, A·施圖本勞赫, B·鮑爾, F·菲德拉爾斯, A·范登科默 申請人:Skf公司