СМАЗОЧНАЯ КОМПОЗИЦИЯ Российский патент 1998 года по МПК C10M169/04 H01B3/20 

Изобретение относится к смазочным материалам, применяемым в качестве изоляции или диэлектриков, на основе силиконовых масел для тяжелонагруженных узлов трения и может быть использовано в качестве технологических смазок (ТС) для горячей и холодной обработки металлов давлением, для смазки пары трения гребень колеса-рельс, для различных машин и механизмов.

Известно применение расширенного графита лепестковой структуры с удельной поверхностью до 200 м²/г в качестве загустителя нефтяных масел.

Применение расширенного графита по сравнению с графитом С-1 снижает расход загустителя.

Способ включает обработку природного графита 10%-ным раствором бихромата натрия в концентрированной серной кислоте, центрифугирование, промывку дистиллированной водой, сушку, быстрый нагрев при 600-1000^oС (авт.свид. СССР N 896060, кл. С 10 М 5/02).

У расширенного (обожженного) графита в процессе термообработки в межслойные пространства устремляются кислородсодержащие группы, в результате чего поверхность гидрофилизуется. За счет выделения кислородсодержащих групп из графита при работе смазки в зоне трения появляется избыток кислорода свободного и связанного, что способствует окислению (коррозии) сталей и чугунов в металлоизделиях.

Предпочтительным для использования в смазке является плакированный графит, обеспечивающий участие необходимых компонентов (металлы - медь, цинк, алюминий, свинец, молибден, сера, фосфор; газы-восстановители СО/СО₂) в зоне трения.

Прототипом изобретения является смазочная композиция, которая содержит твердый наполнитель, смазочную основу (патент РФ N 2072390, кл. С 10 М 169/04).

К смазкам предъявляются специфические требования:
- в состав смазки не должны входить экологически вредные компоненты;
- уровень антифрикционных свойств по коэффициенту плавности, оцениваемый соотношением коэффициента трения покоя fn к коэффициенту трения скольжения fc в условиях прерывистого трения при скачкообразном скольжении (стандарт Американского общества испытателей материалов ASTMД 2877-70) должен быть не выше 1,0;
- смазка должна образовывать тонкую прочную пленку с высокой адгезией, к которой не прилипают абразивные частицы, пленка должна высыхать не более, чем в течение 5-7 мин;
- седиментационная устойчивость смазки должна быть более 50-70%, упрощая ее использование при эксплуатации.

При седиментационной устойчивости смазки менее 50-70% нерастворимые компоненты быстро осаждаются на дне резервуара и в трубопроводах подающей системы, забивая их. Это ухудшает условия труда (необходимо делать остановки для очистки забившейся системы) и повышает энергозатраты на перемешивание смазки в подающей системе.

Быстросохнущие смазки с твердым графитосодержащим наполнителем, известные из уровня техники, не обладают совокупностью характеристик и свойств, удовлетворяющих перечисленным требованиям в полном объеме.

В составе смазочного концентрата согласно прототипу использован графит, который определяет низкую седиментационную устойчивость смазки, кроме того, указанная смазка содержит вредные наполнители, такие как дисульфидалкилфенолоформальдегидная смола.

Технической проблемой, решаемой изобретателем, является экологическая безопасность, дешевизна и доступность смазки, повышение трибологических и эксплуатационных свойств смазки, повышение седиментационной устойчивости и атмосферостойкости, расширение технологических возможностей.

Для решения указанной технической проблемы предложена смазочная композиция, содержащая твердый наполнитель и смазочную основу, отличающаяся тем, что в качестве наполнителя содержит смесь синтетического моющего средства (СМС), металлсодержащего соединения и/или порошка металла, выбранного из группы: медь, алюминий, цинк, свинец, молибден, или их смеси, скрытокристаллического и чешуйчатого графитов или талька, обработанную в энергонапряженной мельнице при энергонагрузке не менее 50 g (g - гравитационная постоянная) до качественной гомогенизации смеси и высокотонкого измельчения до размера частиц менее 1 мкм, при следующем соотношении компонентов наполнителя, мас.%:
СМС - 3-10
Металлсодержащее соединение и/или порошок или выбранного из группы: медь, алюминий, цинк, свинец, молибден или их смеси - 2-5
Графит скрытокристаллический или тальк - 45-75
Графит чешуйчатый или тальк - 10-50
при следующем соотношении компонентов смазочной композиции, мас.%:
Твердый наполнитель - 5-95
Смазочная основа - 5-95,
при этом для смазки рельсов композиция в качестве смазочной основы содержит битум, атактический полипропилен или смолу канифольную и бензин при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Твердый наполнитель - 10-20
Битум - 5-15
Атактический полипропилен или смола канифольная КТ - 5-10
Бензин неэтилированный - До 100,
а для обработки металлов давлением в качестве смазочной основы содержит моноэтаноламин, триэтаноламин, олеиновую кислоту, аммонийные соли лигносульфоновых кислот, стеарокс и воду при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Твердый наполнитель - 5-10
Моноэтаноламин - 0,3-0,5
Триэтаноламин - 0,2
Олеиновая кислота - 0,5-1
Аммонийные соли лигносульфоновых кислот - 1-6
Стеарокс - 0,4
Вода - До 100
При обработке в энергонапряженной мельнице при величине энергетического воздействия не менее 50 g (g - гравитационная постоянная) смеси скрытокристаллического ГОСТ 5420-74 и чешуйчатого графитов из группы: ГЭ, П, ГЛ, ГАК, КГП, ГК, СМС ("Кристалл", "Лотос", "Эра"), металлсодержащих соединений и/или порошка металла (Cu, Al, Zn, Pb, Mo), или их смесей, происходят структурные превращения скрытокристаллического графита - увеличивается дефектность кристаллической структуры, аморфизация кристаллической решетки достигает 80-100%, механохимическое активирование и измельчение смеси, смесь становится ультрадисперсной.

В местах разрывов регулярности графитовой решетки образуются активные центры и появляются свободные связи угловых атомов углерода, ультрадисперсные частицы СМС и активированных металлов (сера, фосфор и металлы из группы) углерода чешуйчатого графита образуют активный слой на поверхности активированных частиц скрытокристаллического графита. Основными компонентами СМС являются несколько ПАВ, обладающих высокой адсорбционной способностью - алкилсульфаты, алкилсульфонаты, алкилоламиды и полифосфаты, которые усиливают адгезионные свойства активного слоя на поверхности частиц графита.

Ультрадисперсная активированная смесь обладает повышенными противоизносными, противозадирными, разделительными свойствами, адгезионной способностью, пластичностью, седиментационная устойчивость графитовой суспензии достигает 95%. В зоне трения смесь образует адсорбционную композиционную металлографитовую пленку, на поверхностях рельса и колеса происходит запрессовка плакированных частиц графита в микропоры и трещины металла. При этом залечиваются микродефекты, что предупреждает скалывание металла на микровыступах рельса и колеса.

Связка битума с атактическим полипропиленом или смолой канифольной и бензином обеспечивают образование быстросохнущей высокопрочной пленки, имеющей высокую адгезию к металлу. Пленка не теряет свойств при температуре от -50 до +50^oС.

Пример 1. Смазочная композиция для смазки рельсов.

Рельсовую смазку готовят следующим образом. Берут Ногинский скрытокристаллический графит марки ГЛС-1-3, ГОСТ 5420-74, чешуйчатый графит Завальевского или Кыштымского графитового комбината (из группы марок: ГЭ, П, ГЛ, ГАК, КГП, ГК), синтетическое моющее средство типа "Кристалл", "Лотос", "Эра", металлсодержащие соединения и/или порошок металла, выбранного из группы: медь, алюминий, цинк, свинец, молибден, или их смеси (порошок, соли, растворы в виде чистых соединений или отходов производства), обрабатывают в энергонапряженной мельнице вибрационного типа СВМ2-СВМ75 или центробежного типа АГО, РПМ, ЦМ с энерговоздействием в процессе активации не менее 50 g (g - гравитационная постоянная).

Режимы активации смеси: для мельниц СВМ при частоте 35 Гц и амплитуде 3 мм время активации составляет до 2 ч; для мельниц ЦМ при 1000 об/мин время активации до 3 мин, а при 1500 об/мин время активации до 1 мин.

В результате обработки получается активированная ультрадисперсная смесь с размером частиц до 1 мкм структурно превращенного скрытокристаллического графита, плакированного металлами, серо- и фосфорсодержащими присадками, ПАВ СМС, и частицами углерода чешуйчатого графита - твердый наполнитель. Соотношение компонентов наполнителя выбирается в зависимости от назначения смазки, способа ее применения.

При приготовлении смазочной композиции для смазки рельсов в герметично закрываемую емкость с мешалкой заливают бензин марки А-76 ГОСТ 2084-77, добавляют требуемое количество битума и атактического полипропилена ТУ 6-05-190.2-81 с вязкостью не более 1000 СПз или смолы канифольной КТ кисл. числом 165-175 мг КОН/г и растворяют, перемешивая, 20-24 ч. В раствор добавляют требуемое количество твердого наполнителя, перемешивают композицию 10-15 мин, готовую композицию заливают в резервуар системы подачи смазки рельсосмазывателя. Рецептура предлагаемой композиции представлена в табл.1.

Приготовленные образцы смазочных композиций подвергают следующим испытаниям: противозадирные и противоизносные свойства определяют на четырехшариковой машине трения по ГОСТ 9490-75; коэффициент плавности скольжения определяют на машине трения фирмы "Лабеко" по Стандарту ASТМ Д 2877-79; условную вязкость определяют по ГОСТ 10772-78; испытания образцов на воздействие климатических факторов производят по ГОСТ 9.054-75 по методикам ГОСТ 9490-75 и ASТМ Д 2877-70. Результаты испытаний представлены в табл. 2.

С эксплуатационной точки зрения всесезонная жидкая смазка, используемая для нанесения ее на боковую поверхность головки рельсов в кривых участках пути, считается прошедшей испытания при следующих показателях свойств: критическая нагрузка заедания шариков Р_c - не менее 200-250 Н; нагрузка сваривания шариков З_c - не менее 1500-2000 Н; индекс задира И_з - не менее 30-35; средний размер пятна износа шариков Д_и - не более 0,7 мм; коэффициент плавности fn/fc не более 1; под воздействием климатических факторов трибологические свойства смазки не должны ухудшаться более чем на 10%, условная вязкость по ВЗ-4 не более 20 с; седиментационная устойчивость не менее 50%.

Как следует из данных, представленных в табл.2, предъявляемым требованиям в наибольшей степени соответствуют образцы составов 1,3,5 предлагаемой смазочной композиции. Образцы составов 2,4 ограниченного соответствуют требованиям по показателям Д_и и fn/fc, поскольку имеют их значения, близкие к ограничиваемым требованиями эксплуатации.

Натурные испытания состава 1 предлагаемой смазочной композиции в условиях Красноярской железной дороги при температурах от +30 до -30^oС при наличии и без атмосферных осадков показали соответствие смазочной композиции требованиям по эксплуатационным свойствам. Экономия компонентов (твердый наполнитель, битум, полипропилен) составила 25%.

Пример 2. Смазочная композиция для обработки металлов давлением.

Берут воду, олеиновую кислоту, твердый наполнитель, триэтаноламин, моноэтаноламин, аммонийные соли лигносульфоновых кислот, стеарокс, дозируют их в заданном соотношении и загружают в энергонапряженную мельницу. Перемешивают состав при энергонагрузке до 20 g в течение 10-15 мин, а при энергонагрузке 20-30 g в течение 5-10 мин. При этих режимах мельница работает как смеситель, обеспечивая высокую гомогенизацию смеси.

Рецептура предполагаемой композиции и свойства представлены в табл.3. Для сравнительных испытаний приготовили графитол -В31 (ТУ 6-02-1122-87).

Изобретение относится к составу смазочной композиции, используемой в качестве изоляции наполнителя для электроизоляционного материала для тяжелонагруженных узлов трения, обработки металлов давлением, в качестве рельсовой смазки. Сущность изобретения: композиция содержит, мас.%: твердый наполнитель 5-95; смазочная основа 5-95; в качестве наполнителя содержит обработанную в энергонапряженной мельнице смесь, мас.%: синтетическое моющее средство 3-10; металлосодержащее соединение и/или порошок металла из группы: медь, алюминий, цинк, свинец, молибден или их смеси 2-5; скрытокристаллический графит или тальк 45-75; чешуйчатый графит или тальк 10-50; при этом рельсовая смазка содержит, % : твердый наполнитель 10-20, битум 5-15, атактический полипропилен или смола канифольная 5-10; бензин - остальное, а смазка для обработки металлов давлением содержит, %: твердый наполнитель 5-10, аммонийные соли лигносульфоновых кислот 1-6; моноэтаноламин 0,3; триэтаноламин 0,2; олеиновая кислота 0,5-1; стеарокс 0,4 и вода - остальное. Техническим результатом изобретения является экологическая безопасность, дешевизна и повышение эксплуатационных свойств. 2 з.п. ф-лы, 3 табл.

1. Смазочная композиция, содержащая смазочную основу, твердый наполнитель, отличающаяся тем, что в качестве наполнителя содержит смесь синтетического моющего средства (СМС), металлосодержащего соединения и/или порошка металла, выбранного из группы: медь, алюминий, цинк, свинец, молибден, или их смесей, скрытокристаллического и чешуйчатого графитов или талька, обработанную в энергонапряженной мельнице при энергонагрузке не менее 50 g (g - гравитационная постоянная) до качественной гомогенизации смеси высокотонкого измельчения до размера частиц менее 1 мкм, при следующем соотношении компонентов наполнителя, мас.%:
Синтетическое моющее средство (СМС) - 3 - 10
Металлсодержащее соединение и/или порошок металла, выбранного из группы: медь, алюминий, цинк, свинец, молибден, или их смеси - 2 - 5
Графит скрытокристаллический или тальк - 45 - 75
Графит чешуйчатый или тальк - 10 - 50
при следующем соотношении компонентов смазочной композиции, мас.%:
Твердый наполнитель - 5 - 95
Смазочная основа - 5 - 95
2. Композиция по п. 1, отличающаяся тем, что смазочная основа содержит битум, атактический полипропилен или смолу канифольную и бензин при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Твердый наполнитель - 10 - 20
Битум - 5 - 15
Атактический полипропилен или смола канифольная марки КТ - 5 - 15
Бензин неэтилированный - До 100
3. Смазочная композиция по п. 1, отличающаяся тем, что смазочная основа содержит моноэтаноламин, триэтаноламин, олеиновую кислоту, аммонийные соли лигносульфоновых кислот, стеарокс и воду при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Твердый наполнитель - 5 - 10
Моноэтаноламин - 0,3 - 0,5
Триэтаноламин - 0,2
Олеиновая кислота - 0,5 - 1,0
Аммонийные соли лигносульфоновых кислот - 1 - 6
Стеарокс - 0,4
Вода - До 100З