润滑剂组合物及其应用方法
【专利摘要】一种润滑剂组合物，其包含:包含0.01-2.0wt%油溶性有机钼摩擦调节剂和至少0.1wt%的表面活性硫供体组分的活性硫的完全配制的商品润滑油，该润滑剂组合物能够有效防止DLC涂层脱除，同时允许钼摩擦调节剂产生有益的摩擦降低效果。
【专利说明】润滑剂组合物及其应用方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种润滑剂组合物和应用这种润滑剂组合物的方法。
【背景技术】
[0002]类金刚石涂层(DLC)通常应用在金属表面上，用作低摩擦滑动材料并用于减少磨损；DLC涂层用于由油润滑的内燃机中。DLC涂层与其它耐磨硬涂层材料如TiN和CrN相t匕，给出更小的摩擦。为了进一步降低DLC涂覆的润滑发动机部件的摩擦性质，也为了不具有DLC涂层的发动机部件提供有益的摩擦降低性质，向润滑油中加入摩擦调节剂。
[0003]最好的一类润滑剂摩擦调节剂为有机钥化合物如二硫代氨基甲酸钥(MoDTC)和二烷基二硫代磷酸钥(MoDTP)。虽然这些摩擦调节剂在减小钢与钢滑动接触的边界摩擦时非常有效，但已经观察到它们在钢与DLC滑动接触时会脱除DLC涂层。
[0004]因此，当想要摩擦最小化时，含有MoDTC添加剂的润滑剂与DLC处理的部件是不兼容的。这种不兼容在刚性应用中特别突出，例如在DLC涂覆的曲轴箱发动机中，此时应用高浓度的MoDTC摩擦调节剂是特别有用的。
[0005]解决这种不兼容的现有方法包括:(a)应用不含MoDTC摩擦调节剂的润滑剂，和
(b)应用未氢化的DLC涂层，该涂层似乎对于由MoDTC摩擦调节剂引起的DLC涂层受伤性脱除更具耐受性。两种方法均不是完全可接受的，因为它们限制或禁止应用有益的Mo摩擦调节剂，或者需要应用非氢化的DLC涂层，该涂层由于极硬而可能会加快相对钢表面上的磨损。在这方面，较软的氢化DLC涂层是优选的，并且是目前在曲轴箱发动机设计中最常用的商业涂层类型。
[0006]本发明提供一种润滑剂制剂和应用这种制剂使含MoDTC添加剂的润滑剂与DLC材料兼容的方法。
【发明内容】
[0007]本发明提供一种润滑剂组合物和应用这种润滑剂组合物的方法。
[0008]在一个实施方案中，本发明提供一种润滑剂组合物，其包含:
[0009]包含0.01-2.0wt%油溶性有机钥摩擦调节剂和至少0.lwt%表面活性硫供体组分的润滑油。
[0010]在一个替代实施方案中，本发明还提供用于改进具有类金刚石涂层的表面的磨损的方法，所述方法包括:
[0011]制备一种包含0.01-2.0wt%有机钥摩擦调节剂和至少0.lwt%表面活性硫供体组分的润滑剂组合物；
[0012]用所述润滑剂润滑第一表面和第二表面间的界面，其中第一和第二表面中的至少一个上具有类金刚石涂层；
[0013]其中在200N的正交力、20Hz的频率和130°C的温度下，在第一和第二表面间相对移动三小时后，不超过10%的类金刚石涂层厚度被脱除。[0014]在一个替代实施方案中，本发明提供一种润滑剂组合物和用于改进具有类金刚石涂层的表面的磨损的方法，此实施方案与前述任一实施方案一致，只是所述润滑油选自合成油、石油衍生油、植物衍生油、动物衍生油和它们的组合。
[0015]在一个替代实施方案中，本发明提供一种润滑剂组合物和用于改进具有类金刚石涂层的表面的磨损的方法，此实施方案与前述任一实施方案一致，只是有机钥摩擦调节剂选自油溶性有机钥化合物(如二硫代氨基甲酸钥或二烷基二硫代磷酸钥、和表面活性有机硫化物(如芳基或烷基硫酿、二疏基唾二唑或二硫代氣基甲酸金属盐)和它们的组合。表面活性有机硫化物最常归类为极压(或EP)添加剂，但本申请并不局限于那些专门标识为EP添加剂的化合物，因为基本的特性为表面活性和用作有机钥摩擦调节剂的硫供体的能力。 [0016]在一个替代实施方案中，本发明提供一种润滑剂组合物和用于改进具有类金刚石涂层的表面的磨损的方法，此实施方案与前述任一实施方案一致，只是所述表面活性硫供体选自硫化的植物脂肪油、硫化烯烃、硫代磷酸酯、硫化烃和它们的组合。
[0017]在一个替代实施方案中，本发明提供一种润滑剂组合物和用于改进具有类金刚石涂层的表面的磨损的方法，此实施方案与前述任一实施方案一致，只是表面活性硫供体为EP添加剂。
[0018]在一个替代实施方案中，本发明提供一种润滑剂组合物和用于改进具有类金刚石涂层的表面的磨损的方法，此实施方案与前述任一实施方案一致，只是所述表面活性硫供体选自二烷基二硫代磷酸酯、硫化异丁烯、硫化的植物脂肪油和烯烃、二烷基五硫化物和它们的组合。
[0019]在一个替代实施方案中，本发明提供一种润滑剂组合物和用于改进具有类金刚石涂层的表面的磨损的方法，此实施方案与前述任一实施方案一致，只是不超过10%的类金刚石涂层厚度被脱除。
[0020]在一个替代实施方案中，本发明提供一种润滑剂组合物和用于改进具有类金刚石涂层的表面的磨损的方法，此实施方案与前述任一实施方案一致，只是不超过1%的类金刚石涂层厚度被脱除。
[0021]在一个替代实施方案中，本发明提供一种润滑剂组合物和用于改进具有类金刚石涂层的表面的磨损的方法，此实施方案与前述任一实施方案一致，只是类金刚石涂层包含0-35%的氢含量。
[0022]在一个替代实施方案中，本发明提供一种润滑剂组合物和用于改进具有类金刚石涂层的表面的磨损的方法，此实施方案与前述任一实施方案一致，只是所述润滑剂组合物还包括选自如下的一种或多种润滑剂添加剂组分:清净剂、分散剂、耐磨剂和消泡添加剂。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]为了描述本发明，给出了示例形式的附图；但是应该理解的是，本发明不限于图中所给出的精确排布和结构。
[0024]图1为轮廓扫描图，其中给出了应用对比例I的润滑剂组合物时DLC涂层的脱除；
[0025]图2为轮廓扫描图，其中给出了应用本发明实施例1的润滑剂组合物时DLC涂层的脱除；
[0026]图3为轮廓扫描图，其中给出了应用本发明实施例2的润滑剂组合物时DLC涂层的脱除；
[0027]图4为轮廓扫描图，其中给出了应用本发明实施例3的润滑剂组合物时DLC涂层的脱除；
[0028]图5为轮廓扫描图，其中给出了应用本发明实施例4的润滑剂组合物时DLC涂层的脱除；
[0029]图6为轮廓扫描图，其中给出了应用对比例2的润滑剂组合物时DLC涂层的脱除；
[0030]图7为轮廓扫描图，其中给出了应用对比例3的润滑剂组合物时DLC涂层的脱除；
[0031]图8为轮廓扫描图，其中给出了应用对比例4的润滑剂组合物时DLC涂层的脱除；
[0032]图9为轮廓扫描图，其中给出了应用对比例5的润滑剂组合物时DLC涂层的脱除；
[0033]图10描述了本发明实施例5-6和对比例6-7的轮廓扫描图； 和
[0034]图11描述了本发明实施例7-8和对比例8的轮廓扫描图。
【具体实施方式】
[0035]本发明提供一种润滑剂组合物和在包含有机钥化合物的润滑油存在下应用这种润滑剂组合物来减少或消除DLC材料脱除的方法。
[0036]本发明的润滑剂组合物包含:包含0.01-2.0wt%有机钥摩擦调节剂和至少0.lwt%表面活性硫供体组分的润滑油。
[0037]在本发明的替代实施方案中，所述有机钥摩擦调节剂选自二硫代氨基甲酸盐钥(MoDTC)、二烷基二硫代磷酸钥(MoDTP)和它们的组合。在特定实施方案中，所述有机钥摩擦调节剂为MoDTC。
[0038]在一些实施方案中，所述润滑油选自合成油、石油衍生油、植物衍生油、动物衍生油和它们的组合。在特定实施方案中，所述润滑油为合成油。在本发明中有用的示例性合成油包括包含聚α-烯烃(PAO)的润滑剂或第III类润滑剂基油的润滑剂。在本发明中有用的示例性石油衍生油包括包含第I类或II类基油的润滑剂。在本发明中有用的示例性植物衍生油包括衍生自椰子、菜籽、大豆或其它植物衍生基油的润滑剂。
[0039]所述有机钥摩擦调节剂在润滑油中的存在量为0.01-2.0wt%。0.01-2.0wt%范围内的所有值或子范围均在这里包括和在这里公开；例如，在润滑油中有机钥的含量可以从下限 0.01,0.05,0.1,0.5,1.0,1.5 或 1.8wt% 到上限 0.05,0.1,0.5,1.0,1.5,1.8 或
2.0wt%。例如，在润滑油中有机钥的含量可以为0.01-2.0wt%，或替代地在润滑油中有机钥的含量可以为0.05-1.5wt%，或者替代地，在润滑油中有机钥的含量可以为0.01-1.0wt%。当在本发明润滑剂组合物中存在多种有机钥表面摩擦调节剂时，前述范围指所有有机钥摩擦调节剂的组合总量。
[0040]在本发明的实施方案中可以应用在表面活性硫的存在下可以形成MoS2的任何有机钥摩擦调节剂。在一个实施方案中，所述有机钥选自油溶性有机钥化合物和它们的组合。在特定实施方案中，所述有机钥摩擦调节剂选自二硫代氨基甲酸钥、二烷基二硫代磷酸钥和它们的组合。
[0041]在本发明润滑剂组合物的一个实施方案中，表面活性硫供体选自表面活性的有机硫化物，包括例如硫化的植物脂肪油、硫化烯烃、硫代磷酸酯、硫化烃、芳基硫醚、烷基硫醚、二巯基噻二唑、二硫代氨基甲酸金属盐和它们的组合。在特定实施方案中，所述表面活性硫供体选自二烷基二硫代磷酸酯、硫化异丁烯、硫化的植物脂肪油和烯烃、二烷基五硫化物和它们的组合。
[0042]在某些实施方案中，所述表面活性硫供体为极压(EP)添加剂。作为表面活性硫供体且可以在本发明的润滑剂组合物的实施方案中应用的示例性商购的EP添加剂包括IRGAL臓353 (可由 BASF Florham Park, NJ, USA 获得)、HiTEC312 (可以由 Afton ChemicalCorporation, Richmond, Virginia, USA 获得)、以及 ADDITIN RC2515 和 2540 (两者均可以由 Rhein Chemie Rheinau GmbH, Mannheim,德国获得)。
[0043]在本发明的润滑剂组合物和方法中应用有效量的表面活性硫供体。正如这里所应用的，“有效量”为使得DLC涂层厚度脱除小于或等于10%的量。表面活性硫供体的有效量随具体的硫供体而变化。该有效量通常为0.04-1.0wt%。但上限可以延展至超过1.0wt%,如本发明实施例5所示，其中发现3.6wt%的表面活性硫为有效量。当在本发明润滑剂组合物中存在多种表面活性硫供体时，前述范围指所有表面活性硫供体的组合总量。
[0044]测试方法
[0045]表面活性硫的量
[0046]表面活性硫的量按ASTM D1662测量。
[0047]磨损测试和DLC涂层的脱除
[0048]应用Optimol SRV-4(可由 Optimol Instruments Priiftechnik GmbH Munich,德国(Optimol)获得)实施磨损测试，Optimol SRV-4是一种模块化结构的摩擦和磨损测试平台。通过应用由Optimol购买的试样应用平底柱状几何形状。硬化钢柱为11x15mm(直径X长度)。制备定制样品盘支架以适应6.9x22mm的Optimol硬化钢盘。样品盘中装有约2ml的示例性油，并允许在SRV-4中实施的延长的润滑剂测试过程中完全淹没。盘样品为DLC-涂覆钢；钢柱不是DLC涂覆的。在测试室内安装两个试样(例如柱和盘)，并用200牛顿(N)的正交力一起挤压。顶部样品在底部样品上摆动。频率为20Hz，振幅为
3.0mm，测试温度为130°C，和测试持续时间为180分钟。在本发明的实施例和对比例的所有测试中应用相同的DLC涂层,具体为可由Bekaert Corporation获得的类金刚石碳涂层(Bekaert Diamond-Like Coatings, Karrewegl3, BE_9870Zulte,比利时)。应用来自 BrukerInstruments的Dektak6M模型通过轮廓测定法测量磨损，并在测试过程中和/或测试之后进行记录。
[0049]实施例:
[0050]如下实施例描述了本发明，但不用于限制本发明的范围。
[0051 ] 本发明实施例1-4和对比例2-5
[0052]如表1所示，代表多种化学品的八种商购EP添加剂由不同的供应商获得。在本发明实施例1-4的每一个中应用的商购EP添加剂是表面活性硫供体,而在对比例2-5中应用的是非表面活性硫供体。在每个实施例的润滑剂组合物中应用的润滑油为PennzoilPlatinum5W30制剂(API〃SL〃，只是将摩擦调节剂略去)。本发明实施例1_4和对比例2_5的每一个还包括lwt%有机钥摩擦调节剂,特别是由Adeka Corporation(日本)制备的MoDTC添加剂(商标名SAKURA-LUBES515)。
[0053]对比例I
[0054]在对比例I中应用的润滑剂组合物包含用1.0wt%MoDTC摩擦调节剂(具体为SAKURA-LUBE S515)顶部处理的 Pennzoil Platinum5W30 (API"SL"制剂)产品。
[0055]图1-9给出了在SRV-4摩擦测试完成后，对于本发明实施例1_4和对比例1_5的每一种润滑剂组合物来说DLC涂层表面磨损痕迹的轮廓扫描。Bekaert DLC涂层大约为1.5微米(1500nm)厚。不含EP添加剂的对比例I在3小时的测试期内表现出DLC膜完全脱除。而应用对比例2-5的润滑剂组合物(每种均包含非表面活性硫供体EP添加剂)的磨损测试，表现出完全或部分的DLC膜脱除。在磨损测试中在本发明实施例1-4中应用表面活性硫供体EP添加剂产生不明显的DLC涂层脱除。
[0056]表1
[0057]
【权利要求】
1.一种改进具有类金刚石涂层的表面的磨损的方法，所述方法包括: 制备包含0.01-2.0wt%有机钥摩擦调节剂和至少0.lwt%表面活性硫供体组分的润滑剂组合物； 用所述润滑剂润滑第一表面和第二表面间的界面，其中第一和第二表面中至少一个上具有类金刚石涂层； 其中在200N的正交力、20Hz的频率和130°C的温度下，在第一和第二表面间相对移动三小时后，不超过10%的类金刚石涂层厚度被脱除。
2.权利要求1的方法，其中不超过10%的类金刚石涂层厚度被脱除。
3.权利要求1的方法，其中不超过1%的类金刚石涂层厚度被脱除。
4.前述权利要求任一项的方法，其中所述类金刚石涂层包含0-35%的氢含量。
5.前述权利要求任一项的方法，其中所述表面活性硫供体选自:芳基硫醚、烷基硫醚、二巯基噻二唑、二硫代氨基甲酸金属盐、二烷基二硫代磷酸酯、硫化异丁烯、硫化的植物脂肪油和烯烃、二烷基五硫化物和它们的组合。
6.一种润滑剂组合物，其包含:包含0.01-2.0wt%油溶性有机钥摩擦调节剂和表面活性硫供体组分的活性硫的完全配制的商品润滑油。
7.权利要求6的润滑剂组合物，其中所述润滑油选自:合成油、石油衍生油、植物衍生油、动物衍生油和它们的组合。
8.权利要求6-7任一项的润滑剂组合物，其中所述有机钥摩擦调节剂选自:二硫代氨基甲酸钥、二烷基二硫代磷酸钥和它们的组合。
9.权利要求6-8任一项的润滑剂组合物，其中所述表面活性硫供体选自:芳基硫醚、烷基硫醚、二巯基噻二唑、二硫代氨基甲酸金属盐、二烷基二硫代磷酸酯、硫化异丁烯、硫化的植物脂肪油和烯烃、二烷基五硫化物和它们的组合。
10.权利要求6-9任一项的润滑剂组合物，其中所述表面活性硫供体为EP添加剂。
【文档编号】C10M169/04GK103547661SQ201280022566
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2012年4月5日 优先权日:2011年4月7日
【发明者】P·F·巴斯蒂安, C·陈, B·L·帕普科 申请人:国际壳牌研究有限公司