專利名稱：鐵路輪軌潤滑成膜膏的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明敘述了一種供鐵路輪軌使用的潤滑成膜膏。屬新型潤滑劑。
火車的載重量大，速度快，運(yùn)動時，火車輪軌之間會產(chǎn)生高摩擦力和強(qiáng)烈的剛性沖擊，造成輪軌的急劇磨損，火車在彎道上運(yùn)行時，由于離心力的作用，輪軌間除了上述的相互作用外，還有輪對的扭振、輪對的橫向偏移、踏面與軌頂形狀不匹配造成兩點(diǎn)接觸后產(chǎn)生的滑行等，使得輪軌間的磨損更加劇烈。據(jù)統(tǒng)計，在全部報廢的輪、軌中，因磨損致廢的占55%以上。六十年代初英國的Dearden提出解決曲線鋼軌的磨損，主要在于線路設(shè)計和采用潤滑。目前，日、美、蘇、西德等國都在輪、軌上采用潤滑以降低磨損，這些國家不僅在曲線上采用潤滑，而且在直線上也逐漸采用了潤滑，例如，日本國有鐵路的90%都使用了潤滑劑。北美鐵路協(xié)會(AAR)運(yùn)輸試驗(yàn)中心的FAST試驗(yàn)證明，小徑曲線鋼軌用油充分潤滑，與無潤滑相比，磨損平均改善80倍，對輪緣的潤滑可使磨損改善20倍以上。
國內(nèi)外采用的輪軌潤滑劑大致有兩大類，一類為潤滑油，另一類為潤滑脂。由于輪軌的工況條件非常苛刻(除了輪軌間的相互作用外，還受氣候的影響)，油、脂類潤滑劑雖然部分改善了輪軌的磨損，但在每平方厘米高達(dá)數(shù)噸的負(fù)荷以及剛性沖擊、偏振、扭振、滑行等作用下，油脂類潤滑劑難以形成良好的潤滑油膜，即使形成油膜，也會很快被輪軌間的相互作用破壞。在夏季，日光又會使殘留在鋼軌上的油脂很快流失，同時稀油容易粘附砂粒，產(chǎn)生磨粒磨損，而且，油脂類潤滑劑的承載能力也較低，一般不超過3920N，例如USP3，262，679，GB2，043，684A。因此，由于油脂類潤滑劑本身的缺陷和使用工況條件之苛刻，油脂類潤滑劑的使用遇到了困難，解決的方式往往是增加涂油的次數(shù)，顯然這要增加費(fèi)用，人們認(rèn)為即使增加涂油的次數(shù)經(jīng)濟(jì)上還是可行的，也說明了輪軌潤滑的必要性。
本發(fā)明的目的是提供一種適應(yīng)鐵路輪軌潤滑的潤滑劑-潤滑成膜膏，它也可以適用于類似鐵路輪軌工況條件的潤滑，這種成膜膏應(yīng)該具有低的摩擦系數(shù)，高承載能力，抗沖擊，耐振動，減磨性能好，還應(yīng)有再生和補(bǔ)充能力，可以在輪軌上形成良好的潤滑膜，且這種成膜膏不隨季節(jié)和氣溫的變化而影響其使用。
本發(fā)明的內(nèi)容本發(fā)明提供的鐵路輪軌潤滑成膜膏以精制礦油為基礎(chǔ)油，金屬皂為稠化劑，添加多種固體潤滑劑、極壓添加劑、摩擦成膜劑、增粘劑等，按科學(xué)配方，高溫?zé)捴贫伞１景l(fā)明的成膜膏采用油脂作起始潤滑劑，利用固體潤滑劑之間的協(xié)同效應(yīng)，以及高聚物的摩擦聚合作用，使成膜膏在輪軌間的摩擦力和擠壓作用下很快形成含有固體潤滑劑和聚合物的固體潤滑膜，這種固體潤滑膜中的固體粒子MoS2、石墨、氮化硼等可部份嵌入金屬表面，而潤滑成膜膏中的摩擦聚合物可使經(jīng)摩擦定向的潤滑劑粒子形成均勻連續(xù)的高強(qiáng)度固體潤滑膜，復(fù)蓋于摩擦表面上，這樣，既降低了金屬間的摩擦，又提高了其耐磨性。本發(fā)明的潤滑成膜膏的另一特點(diǎn)是它在摩擦過程中可以不斷形成新的潤滑膜來補(bǔ)充被磨損掉的部份，因此它具有良好的耐磨壽命，尤其適用于類似鐵路輪軌工況下的潤滑。
本發(fā)明的潤滑成膜膏的制備取基礎(chǔ)油總量的約三分之一與硬脂酸置于反應(yīng)釜中，加熱至90℃左右，在不斷攪拌下徐徐加入2.5mol的氫氧化鋰水溶液，進(jìn)行皂化，皂化完成后使反應(yīng)物中游離堿保持在0.05-0.15%(重量)，然后升溫至145-155℃，加入剩余的基礎(chǔ)油。當(dāng)溫度達(dá)到160-170℃時，加入二硫化鉬等固體潤滑劑，攪拌均勻，繼續(xù)升溫至190-210℃，從釜中放出反應(yīng)物，冷卻至約100℃，加入環(huán)氧樹脂等增粘劑，摩擦成膜劑，極壓添加劑等，攪勻，研磨。
本發(fā)明的潤滑成膜膏組成中的基礎(chǔ)油可選用中粘度的齒輪油、汽缸油或機(jī)械油，金屬皂可選用鋰皂、鈉皂、鈣皂、或復(fù)合皂、固體潤滑劑為MoS2、石墨、MCA(雙氰胺-氰脲胺絡(luò)合物)、PTFE、BN、PbO等，增粘劑為軟化點(diǎn)小于50℃的中低分子量的環(huán)氧樹脂或改性環(huán)氧樹脂，摩擦成膜劑為Cu2O、稀土氟化物、(NH4)2HPO4、Sb2O3等，按重量計，基礎(chǔ)油占50-68%，金屬皂為6-15%，固體潤滑劑16-31%，增粘劑2-8%，摩擦成膜劑3-10%。
本發(fā)明中各組份之間的比例可按表1所列的范圍變化，這種變化以上述的比例關(guān)系為前提。本發(fā)明的潤滑成膜膏的基本性能列于表2。
表1、輪軌潤滑成膜膏各組份的比例范圍重量%重量%基礎(chǔ)油50-68BN＜5硬脂酸6-15稀土氟化物0.5-5二硫化鉬 3-14 Cu2O 1-5石墨 5-15 Sb2O3＜3MCA 2-11 (NH4)2HPO4＜3PTFE1-5環(huán)氧樹脂2-8表2、輪軌潤滑成膜膏的基本性能顏色滴點(diǎn)℃針入度游離堿%黑色2012140.10D40(1)30燒結(jié)負(fù)荷(2)0.52(mm)＞7840(N)摩擦系數(shù)(3)耐磨性(3)0.05-0.18648(分)注(1)、四球試驗(yàn)機(jī)上于392N負(fù)荷下運(yùn)轉(zhuǎn)30分鐘時球的磨痕直徑;
(2)、吉山四球試驗(yàn)機(jī)上按GB-3142-82測得;
(3)、在Timken試驗(yàn)機(jī)上于41.9rad/s，133.5N，在環(huán)上將潤滑成膜膏刷涂一薄層后測得。
與已有技術(shù)相比本發(fā)明的潤滑成膜膏的突出特點(diǎn)是，具有良好的成膜性能，極高的承載能力和耐久的使用壽命。它在四球機(jī)上的燒結(jié)負(fù)荷大于7840N，而油脂類潤滑劑一般不超過3920N，在Timken試驗(yàn)機(jī)的環(huán)上涂抹一層成膜膏，在摩擦作用下很快形成一層固體潤滑膜，這種膜有著600分鐘以上的耐磨壽命，油脂類潤滑劑須不斷補(bǔ)充才能維持運(yùn)行，這就是為什么要使輪軌保持良好的潤滑，油脂類潤滑劑需要增加涂抹次數(shù)的原因。本發(fā)明的成膜膏所形成的固體潤滑膜可以在摩擦過程中被不斷補(bǔ)充，而干膜潤滑劑是不能補(bǔ)充的。
本發(fā)明的潤滑成膜膏曾在隴海鐵路某工務(wù)段管轄的四個300米小半徑曲線上試用，試用結(jié)果列于表3。
表3、隴海路1524公里處小曲線彎道鋼軌磨損量半年磨損量(mm)潤滑油側(cè)面垂直面總量平均輪軌潤滑成膜膏0.500.250.30.10.250.500.250.501.00.71.25稀油1.681.252.101.921.701.141.74
試驗(yàn)還表明，在曲線鋼軌上刷涂一次潤滑成膜膏，24小時后(每天通過64對列車，有一萬多個車輪對成膜膏進(jìn)行擠壓和摩擦)，仍有明顯可見的固體潤滑膜保持在軌距角上。在試驗(yàn)中，我們還發(fā)現(xiàn)一個有趣的現(xiàn)象，試驗(yàn)在鐵路大橋兩側(cè)相臨的呈S形的四個彎道上進(jìn)行，成膜膏只涂在里邊的兩個彎道上，結(jié)果意外地發(fā)現(xiàn)未涂成膜膏的兩個曲線鋼軌的軌距角上也形成了固體潤滑膜，原因是成膜膏被車輪攜帶所致，也說明了成膜膏的成膜能力。試驗(yàn)還證明，輪軌用本發(fā)明的成膜膏潤滑，不僅可減少線路維護(hù)工作量，同時與油潤滑相比，潤滑劑費(fèi)用可降低到50%以下。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的方式和最佳實(shí)施例。
例120份38＃汽缸油與8份硬脂酸置于反應(yīng)釜中，升溫至約90℃，待硬脂酸熔化后，在不斷攪拌下徐徐加入約2.5mol的氫氧化鋰水溶液進(jìn)行皂化，氫氧化鋰的加入量按皂化反應(yīng)理論值過量0.5-0.18%計，待反應(yīng)完成后升溫至145-155℃，再加入45份38＃汽缸油，攪拌，升溫至160-170℃加入12份MoS3，3份MCA，7份石墨，2份PTFE，3份氟化鈰，充分?jǐn)嚢?，繼續(xù)升溫至190-220℃，出釜，冷卻至100℃左右，加入預(yù)熱至約80℃的5份6101環(huán)氧樹脂，4份氧化亞銅，攪勻，研磨，包裝。
例2制備工藝同例1、配方中MoS210份，MCA5份，石墨8份，PTFE3份，環(huán)氧樹脂4份，氧化亞銅3份，其余與例1相同。
例370份24＃汽缸油，12羰基硬脂酸10份，MoS26份，石墨7份，MCA3份，PTFE2份，CeF32份，Cu2O2份，6101＃環(huán)氧樹脂8份，按例1的制備工藝。
例4將例1中6101＃環(huán)氧樹脂改為637＃環(huán)氧樹脂，CeF3改為LaF3，另加3份BN。
例560份38＃汽缸油，9份硬脂酸，6份MoS2，14份石墨，10份MCA，3份PTFE，LaF34份，Cu2O2份，Sb2O31份，637＃環(huán)氧樹脂3份，制備工藝同例1。
例6按例1的工藝和配方，將MoS2減為8份，MCA增為5份，PTFE變?yōu)?份。
例7基礎(chǔ)油為24＃汽缸油，石墨10份，CeF31份，(NH4)2HPO42份，其余同例1。
例838＃汽缸油72份，硬脂酸8份，4份MoS2，10份石墨，7份MCA，1.5份PTFE，1份BN，CeF31份，Cu2O2份，(NH4)2HPO41份，Sb2O31份，637＃環(huán)氧樹脂8份，按例1的制備工藝。
例9基礎(chǔ)油為20＃機(jī)械油，硬脂酸14份，MoS28份，PTFE5份，Sb2O32份，其余同例1。
本發(fā)明的最佳實(shí)施例為例1，各實(shí)施例中配方以重量份數(shù)計。
權(quán)利要求
1.一種以礦油為基礎(chǔ)油，金屬皂為稠化劑的輪軌潤滑成膜膏，其特征是由固體潤滑劑MoS2、石墨CA、PTFE或BN，摩擦成膜劑CeF3、LaF3、Cu2O、Sb2O3或(NH4)2HPO4，以及增粘劑軟化點(diǎn)小于50℃的中低分子量的環(huán)氧樹脂組成。
2.如權(quán)利要求1所述的輪軌潤滑成膜膏，其特征是固體潤滑劑的重量百分含量為16-31，其中，MoS2為3-14，石墨為5-15，MCA為2-11，PTFE為1-5，BN＜5。
3.如權(quán)利要求1所述的輪軌潤滑成膜膏，其特征是摩擦成膜劑的重量百分含量為3.0-10，其中，稀土氟化物為0.5-5，Cu2O為1-5，Sb2O3＜3，(NH4)2HPO4＜3。
4.如權(quán)利要求1所述的輪軌潤滑成膜膏，其特征是軟化點(diǎn)小于50℃的中低分子量的環(huán)氧樹脂的重量百分含量為2-8。
5.如權(quán)利要求1、3所述的輪軌潤滑成膜膏，其特征是CeF3的重量百分含量＜5，LaF3＜5。
全文摘要
鐵路輪軌潤滑成膜膏，本發(fā)明屬新型潤滑劑。由于鐵路輪軌潤滑的工況條件非?？量?，油脂類潤滑劑難以保持良好的潤滑。本發(fā)明以礦油為基礎(chǔ)油，金屬皂為稠化劑，添加固體潤滑劑MoS
文檔編號C10N40/00GK1032549SQ8710689
公開日1989年4月26日 申請日期1987年10月10日 優(yōu)先權(quán)日1987年10月10日
發(fā)明者聶明德, 黨鴻辛, 周兆福 申請人:中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所