SE535675C2

SE535675C2 - Högprestandasmörjmedel och tillsatser till smörjmedel för järnhaltiga och icke järnhaltiga material

Info

Publication number: SE535675C2
Application number: SE1150255A
Authority: SE
Inventors: Oleg N Antzutkin; Faiz Ullash Shah; Sergei Glavatskikh
Priority date: 2011-03-22
Filing date: 2011-03-22
Publication date: 2012-11-06
Also published as: EP2688992A4; SE1150255A1; CN103429719A; EP2688992B1; CN103429719B; CA2831286A1; JP5920900B2; BR112013023928A2; RU2566364C2; KR20140023292A; US9518243B2; EP2688992A1; US20140011720A1; CA2831286C; RU2013146911A; WO2012128714A1; JP2014508847A

Abstract

Nötnings- och friktionsreducerande Smörjmedel och tillsatser till Smörjmedel för både järnhaltigaoch icke jämhaltiga material, som är halogenfria borbaserade jonvätskor omfattande enkombination av en anjon vald från grupp bestående av mandelato-, salicylat0-, oxylato- ochmalonatoborater, med åtminstone en katjon vald från grupp bestående av fosfonium-, kolin-,imidazol- och pyrrolidinkatjoner med alkylgruppsubstituenter med den allmänna formelnCnHgm, där värdet på n Z 1.

Description

25 30 535 675 De joniska vätskor som studerats mest i tribologiska tillämpningar innehåller tetraﬂuorborat- (BF4") - och hexaﬂuorfosfat- (PFﬁi) -anjonen Sannolikt är skälet att både bor- och fosforatomer har utomordentli ga tribologiska egenskaper under högt tryck och förhöjd temperatur i gränsskjkten. Emellertid har BF4' - och PFﬁ' -anjoner hög polaritet och absorberar vatten i systemet. Dessa anjoner är mycket känsliga för fukt och kan hydrolyseras och bland annat ge väteﬂuorid. Dessa hydrolysprodukter förorsakar korrosion genom olika tribokemiska reaktioner som kan skada substratet i det mekaniska systemet. Dessutom kan halogeninnehållande ILs frigöra toxiska och korrosiva vätehalogenider till den omgivande miljön. Ersättning av BF4', PFó' och andra hydrofila eller halogeninnehållande anjoner med mer hydrofoba eller halogenfria anjoner är en av de möjliga vägarna för att undvika korrosion och toxicitet. Därför är utvecklingen av nya ILs som innehåller hydrofoba och halogenfria anjoner mycket önskvärd.

Sammanfattning av uppfinningen Ändamålet med uppfinningen är att tillhandahålla jonvätskor för användning som halogenfria hydrolytiskt stabila smörjmedel med förbättrade nötnings- och friktionsreducerande egenskaper för både järnhalti ga och, i synnerhet, icke jämhaltiga material.

Detta ändamål uppnås med halogenfria borbaserade jonvätskor ( = hf-BILs) omfattande en kombination av en anjon vald från gruppen bestående av mandelato-, salicylato-, oxalato- och malonatoborater med åtminstone en katjon vald från gruppen bestående av fosfonium-, kolin-, imidazol- och pyrrolidinkatjoner uppvisande alkylgruppsubstituenter med den allmänna formeln Cnﬂzini. där värdet på n 2 l.

Enligt en utföringsform av uppfinningen är den enda katjonen i den halogenfria borbaserde jonvätskan fosfonium med den allmänna formeln PR'R3*, varvid R och R' är CnHgnrl, där värdet på n 2 i.

Enligt ytterligare en utföringsform av uppfinningen är R' CgHy; eller C14l-l29 och R är C4H9 eller C5H13. hf-BILs med dessa nya hal gonenfria borbaserade anjoner gör ett smörj medel hydrolytiskt stabilt.

Bildning av ﬂuorvätesyra (HF) i smörjmedlet under utnyttjande i maskiner kan härigenom undvikas. HF produceras av de mest använda anjonerna (BF.{) och (PFg) i ILs. Bildningen av HF från jonvätskor är en av de huvudsakliga begränsningarna för sådana smörjmedel, eftersom HF är mycket korrosivt gentemot metaller. De uppfunna nya hf-BILs har inte sådana begränsningar.

Kort beskrivning av ﬁtningarna Uppfinningen kommer att beskrivas mer i detalj nedan med hänvisning till de bifogade ritningarna, på vilka: 10 1S 20 535 675 Figur l visar DSC termogram för nya halogenfria borbaserade jonvätskor, hf-BILs.

Figur 2 visar densitetema för nya halogenfria borbaserade jonvätskor (hf-BILs) som en funktion av temperatur.

Figur 3 visar en Arrhenius-kurva för viskositet för utvalda hf-BILs som en funktion av temperatur.

Figur 4 visar nötningsdjup vid 40 N last för 100 Cr6-stål mot AA2024 aluminium smort med hf- BILs i jämförelse med l5W-50 motorolja.

Figur 5 visar friktionskoefﬁcienterna vid 40 N last för Cr6-stål mot AA2024 aluminium smort med hf-BILs i jämförelse med l5W-50 motorolja.

Figur 6 visar friktionskoefﬁcientkurvorna vid 20 N last för Cr6-stål mot AA2024 aluminium smort med hf-BILs i jämförelse med l5W-50 motorolja.

Figur 7 visar friktionskoefﬁcientkurvorna vid 40 N last för Cr6-stål mot AA2024 aluminium smort med hf-BILs i jämförelse med lSW-SO motorolja.

Detaljerad beskrivning av uppfinningen En ny familj av hf-BILs syntetiserades och renades enligt ett förbättrat protokoll och en detaljerad studie av deras tribologiska och fysiokemiska egenskaper innefattande termiskt uppträdande, densitet och viskositet genomfördes. De tribologiska egenskaperna studerades med 100 Cr6 stålkulor på en AA2024 aluminiumskiva i ett roterande tapp-på-skiva test.

Alla testade föreningar från denna nya klass av hf-BILs har utomordentliga nötnings- och friktionsreducerade prestanda jämfört med den fullständigt formulerade motoroljan.

Syntesscheman för de halogenfria borbaserade jonvätskoma enligt uppfinningen visas i det följande: 535 G75 Schema 1: Syntes av bis(mandelato)borat-baserade hf-BILs 0 O O \_/ /B\ O O 0 u* Frwuaffcí R=CnH2n+1š "21 10 R N/=\N. |' +/ _ R/ Y \R CN\ | R R /=\,, R / FI/NfN\n CN* R \|:| O O O\B_/O O O\B'/ / \ o o/ \0 0 0 0 535 675 Schema 2: Syntes av bis(salicylato)borat-baserade hf-BILs O O La l oH Haßoa 0 + +ï> lB-.O OH Lizco, o“ö o mn) P*c|' '_\ + I* n R! i x 1' P* g/N /N\ R/ |\H 1/ R n o o o 9. o dä: 0 äq-»O Mp f» ffzp o O o R =CnH2n+1É "21 Schema 3: Syntes av bis(oxalato)borat-baseracle hf-BILs + o Lszcoa OH 535 675 O O _¶> _+ \ Ll oï \B_/ ïø 0 0/ O Q mnbrfcï OíO\B/OIO O 0/ \O O R=CnH2n+1 ; "21 /=\ I.

R/Ním + \R /:\ N ,N* H” Y \-= n O O O O I *I o 0/ \o O +/ - N | \n n N/ \n o o\ /oío /Bx 0 o o 0 535 675 7 Schema 4: Syntes av bis(malonatcﬂborat-baserade hf-BILs 0 o o oH HQBOQ o\ _,o + --:-> B u* . / \ oH uzcos o o o o O R . - /=\ |' / fumalfca N N+ + _ R/ Y \R CN\ I p; F! RI _ R P+ R/Nçkï N/ R R/F|I\R R \n o o 0 0 O o 0 O 0\ MQ O\B_/O \B'/ /B\ / \ , \ 0 0 o 0 R = CnH2n+1;n21 Syntes Alla nya halogenfria borbaserade jonvätskor (hf-BILs) syntetiserades och renades med användning av modiﬁerade litteraturmetoder.

Exempel 1: Tributyloktylfosfonium-bis(mandelato)borat (P4448-BMB) O O O TBHW \B-/ P+ / \ X O 0 O HgC/I CaHs 4 s 10 15 20 25 535 675 Mandelsyra (3,043 g, 20 mmol) tillsattes långsamt till en vattenhaltig lösning av litiumkarbonat (0,369 g, 5 mmol) och borsyra (0,618 g, 10 mmol) i 50 ml vatten. Lösningen värmdes till ca 60 °C under två timmar. Reaktionen kyldes till rumstemperatur och tributyloktylfosfoniumklorid (3,509 g, 10 mmol) tillsattes. Reaktionsblandningen omrördes under två timmar vid rumstemperatur. Det organiska skiktet av bildad reaktionsprodukt extraherades med 80 ml CHZCIZ. Det organiska CH2C12 -skiktet tvättades tre gånger med 60 ml vatten. CH2Cl2 rotationsförångades vid reducerat tryck och produkten torkades i vacuumugn vid 60°C under 2 dagar. En viskös färglös jonvätska erhölls med 84 % utbyte (5,30 g). m/z ESI-MS (-): 311,0 [BMB]'; m/z ESI-MS (+): 315,3 [P4448]*.

Exempel 2: Tributyltetradecylfosfonium-bis(mandelato)borat (P44414-BMB) C14H29 o 0 0 \B-/ P+ \ 0 0/ O H9C4/l C4H9 C4H9 Proceduren motsvarar den som användes vid syntesen av P4448-BMB. Reaktionen startade med (0,369 g, 5 mmol) litiumkarbonat, (0,618 g, 10 mmol) borsyra, (3,043 g, 20 mmol) mandelsyra och tributyltetradecylfosfoniumklorid (4,349 g, 10 mmol). En viskös färglös jonvätska erhölls med 81 % utbyte (5,75 g). m/z ESI-MS (-): 310,9 [BMB]'; m/z ESI-MS (+): 399,2 [P44414]*.

Exempel 3: Trihexyltetradecylfosfonium-bis(mandelato)borat (P66614-BMB) C H Ûïg /O O 114 29 \B- P+ / \ O O Ü H1 cs/lxCﬁHrs 3 CeHm Proceduren motsvarar den som användes vid syntesen av P4448-BMB. Reaktionen startade med (0,369 g, 5 mmol) litiumkarbonat, (0,618 g, 10 mmol) borsyra, (3,043 g, 20 mmol) mandelsyra 535 675 och trihexyltetradecylfosfoníumklorid (5,189 g, 10 mmol). En viskös, färglös jonvätska erhölls med 91 % utbyte (7,25 g). m/z ESI-MS (-): 31 1,0 [BMB]'; m/z ESI-MS (+): 483,3 [P66614]".

Exempel 4: Tributyloktylfosfonium-bis(salicylato)borat (P4448-BScB) 5 O TaHw O 1.,O p* /B N 0 ö H9c4/| C4H9 C-:He O Proceduren motsvarar den som användes vid syntesen av P4448-BMB. Reaktionen startade med (O,369 g, 5 mmol) litiumkarbonat, (O,6l8 g, 10 mmol) borsyra, (2,762 g, 20 mmol) salicylsyra 10 och tributyloktylfosfoníumklorid (3,509 g, 10 mmol). En viskös, färglös jonvätska erhölls med 88 % utbyte (5,28 g). m/z ESI-MS (-): 283,1 [BScB]'; m/z ESI-MS (+): 315,3 [P4448]+.

Exempel 5: Tributyltetradecylfosfonium-bis(salicylato)borat (P444l4-BScB) Proceduren motsvarar den som användes vid syntesen av P4448-BMB. Reaktionen startade med (0,369 g, 5 mmol) litiumkarbonat, (O,6l8 g, 10 mmol) borsyra, (2,762 g, 20 mmol) salicylsyra och tributyltetradecylfosfoniumklorid (4,349 g, 10 mmol). En viskös, färglös jonvätska erhölls med 94 % utbyte (6,44 g). m/z ESI-MS (-): 283.0 [BScB]'; m/z ESI-MS (+): 399.4 [P444l4]+. 20 Exempel 6: Trihexyltetradecylfosfonium-bis(salicylato)borat (P66614-BScB) 10 15 535 G?5 10 0 C14H29 eözß P+ Oqoïjíï H1=+CK| CÖH” G 13 Proceduren motsvarar den som användes vid syntesen av P4448-BMB. Reaktionen startade med (0,369 g, 5 mmol) lítiumkarbonat, (0,618 g, 10 mmol) borsyra, (2,762 g, 20 mmol) salicylsyra och trihexyltetradecylfosfoniumklorid (5,189 g, 10 mmol). En viskös färglös jonvätska erhölls med 95 % utbyte (7,30 g). m/z ESI-MS (-): 283,0 [BScB]'; m/z ESI-MS (+): 483,5 [P66614]*.

Exempel 7: Trihexyltetradecylfosfonium-bis(oxalato)borat (P66614-BOB) C14H29 o o\ jo O /B\ PR 0 O O 0 HQCS/ | 061113 061113 Proceduren motsvarar den som användes vid syntesen av P4448-BMB. Reaktionen startade med (0,369 g, 5 mmol) litiumkarbonat, (0,618 g, 10 mmol) borsyra, (2,762 g, 20 mmol)oxa1syra och trihexyltetradecylfosfoniumklorid (5,189 g, 10 mmol). En viskös färglös jonvätska erhölls. m/z ESI-MS (-): 187,0 [BOB]'; m/z ESI-MS (+): 483,5 [P66614]*.

Exempel 8: Trihexyltetradecylfosforüum-bis(malonato)borat (P66614-BMLB) C1 4H29 Û Û Û\B_/Û 0/ \Û / \ 0 O H13C6 P 1 CsHua C + sH1a 535 675 11 Proceduren motsvarar den som användes vid syntesen av P4448-BMB. Reaktionen startade med (0,369 g, 5 mmol) litiumkarbonat, (0,618 g, 10 mmol) borsyra, (2,762 g, 20 mmol) malonsyra och trihexyltetradecylfosfoniumklorid (5,1 89 g, 10 mmol). En viskös färglös jonvätska erhölls. m/z ESI-MS (-): 215,0 IBMLBI; m/z ESI-MS (+): 483,5 [P66614]*. 5 Exempel 9: Kolin-bisßalicylato)borat (Choline-BScB) O 0 t oå-'O -rlf 0 I _\-oH o Salicylsyra (5,524 g, 40 mmol) tillsattes långsamt till en vattenhaltig lösning av litiumkarbonat 10 (0,738 g, 10 mmol) och borsyra (l,236 g, 20 mmol) i 40 ml vatten. Lösningen värmdes upp till ca 60 °C under två timmar. Reaktionen kyldes till rumstemperatur och kolinklorid (2,792 g, 20 mmol) tillsattes. Reaktionsblandningen omrördes under två timmar vid rumstemperatur. Det bildade organiska skiktet av reaktionsprodukten extraherades med 80 ml CH2C12. Det organiska CHgClg-skiktet tvättades tre gånger med 80 ml vatten. CHgClg rotationsförångades vid reducerat 15 tryck och produkten torkades i en vakuumugn vid 60°C under 2 dagar. En vit fastjonvätska omkristalliserades från CH2Cl2 (5,44 g, 70 % utbyte). m/z ESI-MS (-): 283,0 [BScB]'; m/z ESI- MS (+): 103,9 [Cho1ine]".

Exempel 10: N-etyl-N-metylpyrrolidin-bis(salicylato)borat (EMPy-BScB) 0 O t .,0 F.

/B + ° öß OK 0 Salicylsyra (5,524 g, 40 mmol) tillsattes långsamt till en vattenhaltig lösning av litiumkarbonat (0,738 g, 10 mmol) och borsyra (1,236 g, 20 mmol) i 40 ml vatten. Lösningen värmdes upp till ca 60 °C under två timmar. Reaktionen kyldes till rumstemperatur och N-etyl-N- 20 10 15 20 25 30 535 S75 12 metylpyrrolidinjodid (4,822 g, 20 mmol) tillsattes. Reaktionsblandningen omrördes under två timmar vid rumstemperatur. Det organiska skiktet av bildad reaktionsprodukt extraherades med 80 ml CHzClz. Det organiska CH2C12 -skiktet tvättades tre gånger med 80 ml vatten. CHzClg rotationsförångades vid reducerat tryck och produkten torkades i en vakuumugn vid 60°C under 2 dagar. En vit fast jonvätska omkristalliserades från CH2Cl2 (6,167 g, 78 % utbyte). m/z ESI-MS (-)= 283,0 IBSCBT; m/z Es1-Ms(+): 113,9 [EMPyï Instrumentering använd vid uppfinningen NMR experiment utfördes på en Bruker Avance 400 (9,4 Tesla magnet) med en 5 mm bredbands automatiskt avstämbar prob med Z-gradienter vid 30 °C. NMR spektra upptogs och bearbetades med användning av spektrometer “Topspin” 2.1 mjukvara. IH och 13 C spektra utgjorde referens till intern TMS och CDClg. Externa referenser utnyttjades i ”P (85% H3PO4) och ”ß (Ego-Bry.

Positiva och negativa jonelektrospraymasspektra erhölls med ett Micromass Platform 2 ESI- MS instrument.

Ett QIOO TA instrument användes för differentialsvepkalorimetriska (DSC) mätningar för att studera det termiska uppträdandet av hf-BILs. En genomsnittlig vikt av 5-10 mg av varje prov förseglades i en aluminiumburk och kyldes till -120 “C och värmdes sedan till 50 °C med en svepshastigheten av 10,0 ”C/min.

Viskositeten för dessa hf-BILs mättes med en AMVn automatiserad mikroviskometer i ett temperaturintervall från 20 till 90°C med användning av ett förseglat rör.

N ötningstesterna utfördes vid rumstemperatur (22°C) på en Nanovea tapp-på-skiva-provare enligt ASTM G99 med användning av 6 mm l00Cr6-kulor på 45 mm diameter AA2024 aluminiumskivor. Komposition, vickershårdhet och genomsnittlig råhet, Ra för stålkuloma och aluminiumskivorna visas i Tabell 1. Skivorna smordes med 0,1 ml smörjmedel. Experiment genomfördes vid laster av 20 och 40 N för en sträcka av 1000 mm med en nötningsspårdiameter av 20 mm och en hastighet av 0,2 rn/s. Friktionskoefficienten registrerades under hela experimentet. När nötningstesterna avslutats mättes nötningsdjupen med en Dektak 150 proﬁlmätnål.

Tabell 1 Komposition, hårdhet och råhet för legeringar använda i denna studie Elementär Legering :gnmansattnlng (vikt- AA2O24 1 Oocró C - 0,98-1,10 Cu 3,8-4,9 - Si 0,5 max 0,15-0,3 Mn 0,3-0,9 0,25-0,45 Mg l,2-l,8 - 10 15 20 25 5 3 5 6 I? 5 13 Cr 0,1 max l,3-1,6 Zn 0,25 max Ti 0,15 max S - 0,025 max P - 0,025 max Övriga 0,15 max - Fe 0,5 max Balans Al Balans - Hårdhet (Vickers) 145 850 Ra (um) 0,09 0,05 max Resultat och diskussion av uppfinningen Tcrmiskt uppträdande av hf-BILs Figur l visar de differentialsvepkalorimetri-(DSC)-spår av hf-BILs som diskuteras. Samtliga dessa hf-BILs är flytande vid rumstemperatur och de uppvisar glasövergångar under rumstemperatur (-44°C till -73°C). Glasövergångstemepraturer (Tg) för dessa hf-BILs är också införda i Tabell 2. Det är känt att Tg för ortoboratinnehållande jonvätskor är högre än de för motsvarande salter av de ﬂuorerade anjonerna. Tg för boroxalatinnehållande jonvätskor med katjonen P666l4* och olika anjoner minskar i ordningen BMB' > BScB' > BOB' > BMLB". hf- BlLs med BMB' och BScB“ uppvisade avsevärt högre Tg värden jämfört med de för hf-BILs med BOB* och BMLB", mest sannolikt på grund av fenylringen som är närvarande i strukturen hos dessa tidigare anjoner (BMB' och BScB').

För en och samma boroxalatanjon med olika fosfoniumkatjoner observeras en minskning i Tg med en ökning i storleken av alkylkedjor i katjonema. Denna trend ses lättare i hf-BlLs med BScB-anjonen och olika fosfoniumkatjoner: Tg faller i ordningen P4448+ (-49 °C) > P444l4+ (- 54 °C) > P666l6+ (-56 °C) (se Tabell 2). Del Sesto et al. har observerat en likadan trend för jonvätskor av fosfoniumkatjoner med bistrifenylamid' (NTfz) och ditiomaleonitril (dtmn) anjoner. Lägst Tg av hf-BlLs (ned till -73 °C för P666l4-BMLB) uppnås med P66616+ som katjonen, troligen beroende på en större storlek, lägre symmetri och en låg packningsgrad för denna katjon.

Densitetsmätningar fór hf-BILs Figur 2 visar en linjär variation av densitet med temperatur för hf-BlLs. Genom att jämföra effekten av anjoner på densiteterna för BILs, faller densiteterna i ordningsföljden BScB' > BMB' > BOB' > BMLB". För samma anjon, sjunker densíteten för BILs med en ökning i storlek av katjonen som P4448+ > P444l4+ > P66616+. Densitetsvärdena för P444l4-BMB och P44414- 10 15 535 675 14 BScB är mycket lika vid alla uppmätta temperaturer. Densiteten för hf-BILs minskar med en öknin g i längd av alkylkedjori katjoner beroende på att de van der Waalska växelverkningama reduceras och detta leder till en mindre effektiv packning av jonerna. Parametrarna som kännetecknar densiteten för dessa hf-BILs som en funktion av temperatur är tabulerade i Tabell 2. För ökande temperaturer från +20 to +90 °C, sjunker densiteten för hf-BILs linjärt. Detta uppträdande är vanligt för jonvätskor.

Tabell 2 Fysikaliska egenskaper för halogenfria borbaserade jonvätskor (hf-BlLs) Derrsrtrrsekvariorr a = b _ aT/ g cm* Tg/ °c från Dsc BILS (där T är °c) Ba (n) / kcal m6r* mätning a b Rz 1>4448-BMB 7 >< 10* 10784 0,9991 12,2 -46 P44414-BMB 7 >< 104 10541 09998 12,7 _44 P66614-BMB 6 >< 107* 10208 09995 11,6 -55 P4448-Bs6ß 7 >< 10* 1,0919 09999 11,9 _49 P44414-ßs6B 6 >< 10* 10592 0,9998 10,8 -54 P66614-Bs6B 7 >< 10* 10333 1 10,6 _56 P66614-Boß 6 >< 107* 09571 09998 11,6 -71 P66614-BMLB 6 >< 104 09865 09996 10,0 _73 Dynamisk viskositet för hf-BILs Figur 3 visar temperaturberoenden för viskositeterna för hf-BILs. Dessa beroenden kan inpassas i Arrheníus ekvation för viskositet, q = 110exp(E,(n)/kBT), inom hela det studerade temperaturintervallet. I denna är 110 en konstant och Ea(11) är aktiveríngsenergin för viskösa flöden. Aktiveringsenergier Ea(n), för olika hf-BILs är tabulerde i Tabell 2.

Vissa av de nya hf-BILs har uppvisat mycket hög viskositet inom temperaturintervallet 20-30 °C, vilken inte var mätbar med viskometern som användes i denna studie. Emellertid sjunker viskositeten för hf-BILs markant med en ökning i temperatur (från ca 1000 cP vid ca 20 °C ned 10 15 20 25 30 35 535 675 15 till ca 20 cP vid ca 90 °C, se Fi g. 3). Viskositet för jonvätskor beror på elektrostatiska krafter och van del Waals-växelverkan, vätebindning, molekylvikt hos jonerna, katjonernas och anjonernas geometri (en konformationsfrihetsgrad, dess symmetri och flexibilitet med avseende på alkylkedj or), laddningsdelokalisering, substituenternas natur och koordinationsförmåga. För en given katjon, P66616*, faller viskositeterna i ordningen BMB' (Ea = 1 1,6 kcal mol'1) > BOB' (Ea = i 1,6 kcal mcﬂ) > Bscß' (E,,= 10,6 kcal mcl-'l > BMLB' (E = 10,0 kcal mcl") (cc Tabcli 2).

Tribologiska prestanda fór hf-BILs I figur 4 jämförs nötningsreducerande prestanda för hf-B1Ls med de för l5W-50 motorolja vid lasterna 20 och 40 N för en glidsträcka av 1000 m. Nötningsdjupen för l5W-50 motorolja var 1,369 um och 8,686 tim vid 20 N respektive 40 N last. hf-BILs reducerade nötningen avsevärt för aluminium som användes i denna studie, i synnerhet vid hög last (40 N). Till exempel var för aluminium smord med P66614-BMB nötningsdjupen 0,842 um och 1,984 um vid 20 N respektive 40 N last.

Genomsníttliga friktionskoefficienter för de valda hf-BILs i jämförelse med 15W-50 motorolja visas i Figur 5. Friktionskoefficienterna för l5W-50 motorolja var 0,093 och 0,102 vid 20 N respektive 40 N. Alla testade hf-BILs hade lägre genomsnittliga friktionskoefficienter jämfört med 15W-50 motorolj a. Exempelvis var friktionskoefﬁcienterna för P66614-BMB 0,066 och 0,067 vid 20 N respektive 40 N laster.

Figur 6 och 7 visar tidsspår för fiiktionskoefﬁcienten för de valda hf-BILs och l5W-50 motorolja vid 20 N (Figur 6) och 40 N (Figur 7) under 1000 m glidsträcka. Friktionskoefficienterna är stabila vid 20 N både för l5W-50 motorolja och hf-BILs. Ingen ökning av friktionskoefﬁcienterna sker fram till testets slut för något av de här undersökta smörjmedlen.

Friktionskoefficienterna för hf-BILs var lägre än de för l5W-50 motorolja under hela testet (se Figur 3).

Vid lasten 40 N varierade friktionskoefficienten för l5W-50 motorolja avsevärt under en glidsträcka. Vid testets början var friktionskoefficienten stabil men en plötslig ökning ägde rum vid en glidsträcka av ca 200 m och förblev lika hög under en sträcka av 400 m. I testets början separerade en tunn tribofilm ytorna och hindrade dem från en direkt kontakt metall mot metall.

En plötslig ökning i friktionskoefﬁcient är beviset på att tribofilmen som bildas genom standardtillsatser som förekommer i l5W-50 motorolja inte är stabila på aluminiumytor.

I motsats härtill uppvisar de nya hf-BILs enligt uppfinningen en annorlunda trend jämfört med den för l5W-50 motorolja. I fallet med P66614-BMB och P66614-BMLB förekom ingen ökning i friktionskoefficient under hela perioden för det tribologiska testet. Friktionskoefﬁcientema ökade (för P666l4-BScB och P66614-BOB) i början av testet, men de stabiliserades efter en 535 675 16 glidsträcka av 50 m. Sålunda bildas stabila tríboﬁlmer (åtminstone för glidsträckor på 1000 m) vid aluminiumytor smorda med de nya hf-BILs redan efter en kort glidsträcka.

Claims

535 675 t? Patentkrav

1. Nötnings- och friktionsreducerande Smörjmedel för järnhaltiga och icke järnhaltiga material, kännetecknat av att det är en halogenfri borbaserad jonvätska omfattande: a) åtminstone en anjon vald från grupp bestående av ett bis(mandelato)borat, ett bis(salicylato)borat, och ett bis(malonato)borat, och b) åtminstone en katjon vald från grupp bestående av en tetraalkylfosfoniumkatjon, en kolinkatjon, en imidazolkatjon och en pyrrolidinkatjon, där nämnda katjoner har åtminstone en alkylgruppsubstituent med den allmänna formeln CnHgnrl, där n 2 l.

2. Nötnings- och friktionsreducerande Smörjmedel för järnhaltiga och icke järnhaltiga material, kännetecknat av att det är en halogenfri borbaserad jonvätska omfattande: a) åtminstone en anjon vald från grupp bestående av en bis(oxalato)borat, och b) åtminstone en katjon vald från grupp bestående av en tetraalkylfosfoniumkatjon, en kolinkatjon, en imidazolkatjon och en pyrrolidinkatjon, där nämnda katjoner har åtminstone en alkylgruppsubstituent med den allmänna formeln CHHQM 1, där n 2 1.

3. Smörjmedel enligt krav 1, där anjonen är vald från grupp bestående av bis(mandelato)borat, bis(salicylato)borat, bis(malonato)borat och där katjonen är en tetraalkylfosfoniumkatjon.

4. Smörjmedel enligt krav 2, där anjonen är bis(oxolato)borat och där katjonen är en tetralkylfosfoniumkatjon.

5. Smörjmedel enligt något av kraven 1 och 3, där den enda katjonen är tetraalkylfosfonium med den allmänna formeln PR'R3+, där R' och R är CnHzml, där n 2 1.

6. Smörjmedel enligt något av kraven 2 och 4, där den enda katjonen är tetraalkylfosfonium med den allmänna formeln PR°R3+, där R' och R är CHHZnH, där n 2 1. 535 675 lö

7. Smörjmedel enligt krav 5, där R” är vald från grupp bestående av CgHn och CmHgg, och R är vald från grupp bestående av C4H9 och CÖHB.

8. Smörjmedel enligt krav 6, där R' är vald från grupp bestående av C8H17 och C|4H29, och R är vald från grupp bestående av C4H9 och C6H13.

9. Smörjmedel enligt krav 1, där smörjmedlet omfattar åtminstone en jonisk vätska vald från gruppen bestående av tributyloktylfosfonium-bis(mandelato)borat, tributyltetradecylfosfonium-bis(mandelato)borat, trihexyltetradecylfosfonium- bis(mandelato)borat, tributyloktylfosfonium-bis(salicylato)borat, tributyltetradecylfosfonium- bis(salicylato)borat, trihexyltetradecylfosfonium-bis(salicylato)borat, trihexyltetradecylfosfonium-bis(malonato)borat, kolin-bis(salicylato)borat, och N-etyl-N- metylpyrrolidin-bis(salicylato)borat.

10. Smörjmedel enligt krav 1, där smörjmedlet omfattar åtminstone en jonisk vätska valdt från gruppen bestående av trihexyltetradecylfosfonium-bis(mandelato)borat, trihexyltetradecylfosfonium-bis(salicylato)borat, och trihexyltetradecylfosfonium- bis(malonato)borat.

11. Smörjmedel enligt krav 2, där smörjmedlet omfattar trihexyltetradecylfosfonium-bis(oxalato)borat,

12. Användning av ett Smörjmedel enligt något av kraven 1, 3, 5, 7, 9, 10 som smörjmedeltillsats.

13. Användning av ett Smörjmedel enligt något av kraven 2, 4, 6, 8, 11 som smörj medeltillsats.