СПОСОБ МОДИФИКАЦИИ ЖЕЛЕЗОСОДЕРЖАЩИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ УЗЛОВ ТРЕНИЯ Российский патент 2003 года по МПК C23C24/02 C23C26/00 B23P6/02 

Изобретение относится к способам модификации металлических поверхностей узлов трения и предназначено для снижения механических потерь на трение, увеличение долговечности трущихся металлических поверхностей в двигателях внутреннего сгорания, агрегатов трансмиссий, ходовой части транспортных средств и др. машин, станков и может быть использовано для одновременного восстановления металлических трущихся поверхностей.

Известен способ модификации металлических поверхностей трения (патент РФ 2049108). Данный способ обеспечивает снижение механических потерь на трение и повышение долговечности трущихся поверхностей путем взаимодействия с последними твердосмазочного покрытия толщиной 10-15 мкм. Смазочный материал содержит масло минеральное базовое и 0,5-1,0 маc.% присадки в виде продукта взаимодействия олеиновой кислоты и молибденовокислого аммония.

Известный способ улучшает антифрикционные и противоизносные свойства металлических поверхностей трения и не может быть использован для ремонтно-восстановительных работ при модификации поверхностей трения, что ограничивает технологические возможности данного способа.

Вместе с тем известны способы модификации железосодержащих поверхностей узлов трения, обеспечивающие одновременное восстановление изношенных поверхностей трения с улучшением антифрикционных и противоизносных свойств (патенты РФ 2093719, 2135638, 2149741, 2160856).

Согласно способу модификации по патенту 2093719 между трущимися металлическими поверхностями размещают смесь абразивоподобного минерального порошка со связующим. Производят приработку трущихся поверхностей. В качестве минерального сырья используют смесь хризотила, каолинита, оксидов лантана, иттрия, алюминия и железа при дисперсности вводимых порошков 4-10 мкм. Состав для модификации металлических поверхностей содержит, мас.%:
Смесь минерального сырья - 2
Связующее (базовое масло) - 98
Однако высокая адсорбционная способность каолинита приводит к нейтрализации положительного эффекта антиокислительных присадок, имеющихся в составе базовых масел. Использование в качестве основы для приготовления порошкообразной минеральной смеси без идентификации их химикоминералогических свойств приводит к усложнению процесса подготовки минеральной породы; к использованию в порошкообразной смеси ремонтно-восстановительного состава за счет увеличения технологического времени на измельчение, дегидрацию. Заданная по способу дисперсионность частиц порошкообразного состава ограничивает возможность использования известного технологического процесса в узлах трения с точно обработанными поверхностями.

В изобретении по патенту 2135638 предлагается способ модификации металлических поверхностей трения, согласно которому па поверхности трения подают смазку, в которую введен ремонтно-восстановительный состав, содержащий измельченные до размера частиц 5-10 мкм компоненты минералов офита (Mg₆{ Si₄О₁₀} (OH)₈), нефрита (Ca₂(Mg, Fe)₅{SiО₄О₁₁}(OH)₂), шунгита. Названный ремонтно-восстановительный состав дополнительно содержит катализатор, например силикагель (Na₂SiО₃) до 10 мас.%.

При осуществлении технологического процесса предварительно изготавливают ремонтно-восстановительный состав, смесь измельченных компонентов которого вводят в смазку. Осуществляют приработку технологической среды на поверхностях трения в течение 0,5-1,5 ч. Затем при эксплуатационном режиме узла трения происходит процесс формирования на контактных поверхностях модифицирующего покрытия, одновременно обеспечивающего восстановление изношенных поверхностей, повышение их износостойкости. Ремонтно-восстановительный процесс реализуется в результате выравнивания абразивоподобными частицами состава изношенных поверхностей, сопровождающегося дальнейшим измельчением частиц состава. В эксплуатационном режиме узла трения происходят реакции замещения атомов магния в узлах кристаллических решеток минеральных частиц порошкообразного состава на атомы железа поверхностного слоя контактных поверхностей деталей, при этом на контактных изношенных поверхностях образуется защитное покрытие, компенсирующее износ и повышающее общий результат по долговечности контактных поверхностей, в том числе за счет улучшения их антифрикционных и противоизносных свойств. Полученные результаты, подтверждаются описанием примеров реализации известного способа.

Однако, как следует из примеров, подтверждающих реализацию заявленного по изобретению технического результата, ремонтно-восстановительный процесс на контактных поверхностях узлов трения осуществляется по меньшей мере в течение 25 ч. Указанное технологическое время по модификационной обработке металлических поверхностей узлов трения свидетельствует: о недостаточности адгезионной прочности частиц ремонтно-воостановительного состава по отношению к микрообрабатываемым поверхностям трения; о наличии значительных сдвиговых напряжений в условиях пристенного скольжения технологической среды относительно трущихся поверхностей; о неэффективности компонентно-количественного подбора композиции минеральной смеси, участвующей в реакциях замещения атомов магния и железа. Последнее объясняется, в том числе повышенным содержанием нефрита, наличие которого приводит к значительному повышению содержания железа в минералогической смеси состава.

В изобретение по патенту 2149741 (или патент Украины 24442), являющимся ближайшим аналогом к заявляемому способу, модификация металлических поверхностей трения осуществляется с использованием технологической среды, содержащей углерод-водородный носитель в виде базового масла или смазки (литол) и 0,05-20,0 мас.% ремонтно-восстановительного состава. Ремонтно-восстановительный состав выполнен в виде порошкообразной смеси природных минералов или смеси природных минералов, содержащих аморфную двуокись кремния и катализаторы на основе шунгита и редкоземельных металлов. В качестве природных минералов используют группу минералов подкласса слоистых силикатов из структурных модификаций (Mg₃{Si₂О₅}(OH)₄), что предпочтительно соответствует смеси серпентина и шунгита или смеси серпентина, каолинита и шунгита. Процесс модификации поверхностей трения в зависимости от узла трения или соединения осуществляется в эксплуатационном режиме последних в течение 5-65 ч. Однако, как уже отмечалось и выше, указанный режим свидетельствует о неэффективности компонентно-количественного выбора минералогической смеси ремонтно-восстановительного состава. При таком режиме технологического процесса модификации поверхностей трения ускоряется процесс "старения" базового масла, используемого в качестве носителя в технологической среде, вследствие имеющих место при эксплуатации машин и узлов термоокислительных процессов, реакционно ускоряемых минералогическими смесями.

Таким образом, анализ известных технических решений показал, что технологический процесс по модификации изношенных поверхностей трений целесообразно осуществлять с использованием технологической среды, содержащей носитель с минералогической смесью ремонтно-восстановительного состава.

Анализ показал, что эффективность модификации железосодержащих поверхностей трения зависит от химико-минералогических свойств компонентов ремонтно-восстановительного состава, используемого в технологической среде, от наличия в технологической среде других добавок, повышающих эффективность и интенсивность взаимодействия элементарных частиц минералогического состава с металлом поверхностей трения.

Анализ известного уровня техники подтвердил, что выбор компонентно-количественной композиции состава, используемого при осуществлении технологического процесса, в целом определяет эффективность, интенсивность процесса в условиях эксплуатации пар трения.

В основу создания настоящего изобретения положено решение технической задачи по усовершенствованию способа модификации железосодержащих поверхностей трения за счет повышения эффективности и интенсивности процесса по образованию в приповерхностных слоях изношенных поверхностей трения модифицированного защитного антифрикционного слоя, повышенной износостойкости.

В основу создания настоящего изобретения положена задача повышения эффективности способа модификации железосодержащих поверхностей трения за счет минимизации, используемого в технологической среде, количества минералогической смеси ремонтно-восстановительного состава и катализаторов.

Для решения поставленной технической задачи предложен способ модификации железосодержащих поверхностей трения, согласно которому в зону обработки поверхностей трения подают предварительно приготовленную технологическую среду, имеющую углеродводородный носитель и 0,008-0,03 мас.% предварительно измельченной смеси минералов в виде α-хризотила, ортохризотила, лизардита ленточного, доломита, а также катализотор и поверхностно-активное вещество (ПАВ) при следующем соотношении их, мас.%:
α-Хризотил - 25-35
Ортохризотил - 35-45
Лизардит ленточный - 5-15
Доломит - 5-15
Катализатор - 2-5
ПАВ - 5-8
дисперсность частиц минеральных компонентов и катализатора соответствует 0,1-4,0 мкм.

Согласно изобретению в качестве катализатора используют оксиды редкоземельных металлов, платины или их смеси.

Согласно изобретению в качестве поверхностно-активных веществ используют натрий азотистокислый или натрий двууглекислый, или никель азотнокислый.

Достигаемый при реализации изобретения результат по повышению эффективности и интенсивности ремонтно-восстановительного процесса изношенных поверхностей трения с одновременным улучшением антифрикционных и противоизносных свойств основан одновременно на физико-химических процессах, в результате которых обеспечивается:
очистка изношенных контактных поверхностей трения от загрязнений, продуктов разрушения металла и разложения смазочных материалов в период приработки технологической среды;
доизмельчение частиц порошкообразной смеси;
создание в результате этапа приработки технологической среды неустойчивого переходного состояния приповерхностных поликристаллов железа на контактных поверхностях;
ускорение дегидрирования углеводородов, составляющих основу связующего (носителя) технологической среды вследствие воздействия на него используемых в этой среде катализаторов и входящих в состав минералогической смеси каталитически действующих элементов и их оксидов;
ускорение процесса гибридизации углерода, образующегося вследствие трибохимических реакций дегидрирования носителя технологической среды и как следствие этого процесса ускорение процесса диффузии углерода в приповерхностные слои железосодержащих поверхностей трения, в том числе по границам зерен поликристаллов металла;
интенсификация реакции замещения форстеритовой составляющей ремонтно-восстановительного состава (MgSiO₃) на фаялитовую составляющую (FeSiO₃), являющейся основой образующегося на поверхностях трения и в приповерхностных слоях их защитного покрытия с углеродом;
повышение износостойкости и улучшение антифрикционных свойств обрабатываемых по способу поверхностей трения за счет указанных реакционных процессов замещения и диффузии углерода в приповерхностные слои этих поверхностей.

Таким образом, предлагаемый способ модификации железосодержащих поверхностей узлов трения, за счет выбора композиции ремонтно-восстановительного состава, количественного соотношения компонентов в составе, начально-заданной дисперсности частиц состава, включения указанного состава в заданном количестве в технологическую среду углеродоводородного носителя обеспечивает комплексное действие на изношенные поверхности трения.

Обработанные поверхности восстанавливаются с образованием на них защитного слоя покрытия с основой ((FeSiO₂)), упрочняются вследствие трансформации углерода с sPl-гибрида в состояние sP3-гибрида углерода и диффузии его в приповерхностные слои железосодержащих металлов.

Установлено, что изменение компонентов и их мас.% соотношения в ремонтно-восстановительном составе, изменение дисперсности частиц состава, а также мас.% содержания состава в технологической среде, изменение режима работы нецелесообразно и не приводит к улучшению технологического процесса восстановления изношенных поверхностей трения, к интенсификации процесса и его стабильности.

Способ модификации железосодержащих поверхностей трения осуществляется с использованием известных в соответствующих отраслях промышленности материалов и оборудования для их обработки и приготовления.

Перед приготовлением ремонтно-восстановительного состава, используемого в технологической среде, осуществляют:
селективный отбор минерального сырья ультрабазитовых пород, соответственно α-хризотила, ортохризотила, лизардита ленточного.

Отбор α-хризотила (Mg₃Si₂О₅(OH)₄) осуществляют без примесей шпинелей (Fе₃О₄), когепита (Fе₃С), брусита (Mg.Fe)(OH)₂; пластинки минерала лизардита ленточного (Mg₃Si₂O₅(OH)₄) и волокнистого хризотил-асбеста /ортохризотил (Mg₆{Si₄O₁₀}(OH)₈)/ отбирается без примесей.

Используемый в ремонтно-восстановительном составе доломит (CaMg(CO₃)₂ не имеет кварца (SiO₂) и органики.

В процессе селективного отбора минерального сырья осуществляют обогащение минералов традиционно известными методами путем очистки их от примесей, в том числе с использованием отмывки в воде α-хризотила, обработки его 20%-ной уксусной кислотой для удаления брусита. Из ортохризотила удаляются вкрапления магматитов и брусита и производится его обработка 20%-ной уксусной кислотой. Лизардит ленточный отмывается в воде и обрабатывается 1 N HCl при 95^oС для удаления реликтов карбонатов.

После обогащения указанных минералов их сушат, предварительно измельчают, производят магнитную сепарацию, сушат с последующим измельчением до заданной по процессу дисперсности частиц, составляющих 80-90% в массе по каждому измельчаемому компоненту. Окончательное измельчение минеральных компонентов производят до дисперсности их частиц 0,1 - 4,0 мкм. Уменьшение дисперсности частиц менее 0,1 мкм нецелесообразно по технологическим соображениям, т. к. увеличивается время и затраты на измельчение минералов, уменьшается абразивное действие ремонтно-восстановительного состава на поверхности трения в режиме приработки технологической среды. Увеличение дисперсности частиц более 4 мкм повышает абразивное действие последних и, преимущественно, частицами доломита, что особенно существенно для точно обработанных поверхностей трения.

Идентификация минерального сырья по породам повышает надежность селективного отбора сырья по химико-минералогическим свойствам, а также создает оптимальные условия технологической подготовки сырья к - использованию в ремонтно-восстановительном составе, а также стабилизирует состав по процентному содержанию в нем окиси магния и двуокиси кремния непосредственно участвующих в процессе образования фаялита (FeSiO₂) - основы защитного слоя модифицированных поверхностей.

Полученные в результате тонкого помола минеральные компоненты, а также входящие в композицию ремонтно-восстановительного состава сухие химические добавки в виде катализаторов и поверхностно-активных веществ смешиваются традиционно известным образом, при этом дисперсность частиц катализаторов равнозначна минеральным компонентам.

В качестве поверхностно-активных веществ (ПАВ), предпочтительно, используют натрий азотистокислый (NaNO₂), или натрий двууглекислый (NаНСО₃), или никель азотнокислый {(Ni₂(NO₃)₂ 6H₂O}: натрий азотистокислый (NaNO₂) - ГОСТ 4197-66; натрий двууглекислый (NaHCO₃) - ГОСТ 4201-66; никель азотнокислый {(Ni₂(NО₃)₂•(6H₂O} - ГОСТ 4055-66.

В качестве катализаторов используют оксиды редкоземельных металлов или платины. Использование редкоземельных металлов в качестве катализаторов в композиции технологической среды, реализующей процесс модификации изношенных поверхностей трения, как уже отмечалось выше, известно. Известно также применение соединений платины в качестве высокоэффективного катализатора и, предпочтительно, в реакционных процессах с углеродводородными компонентами (см., например, М.Х. Карапетьянц и др. Общая и неорганическая химия. М.: Химия, 1981, с. 578).

Смешивание указанных компонентов осуществляют при их соотношении, мас.%:
α-Хризотил - 25-35
Ортохризотил - 35-45
Лизардит ленточный - 5-15
Доломит - 5-15
Катализатор - 2-5
ПАВ - 5-8
Продукт, полученный в результате смешивания порошкообразных частиц минеральных компонентов, катализатора и ПАВ, предварительно для облегчения его последующего использования с углербдводородными носителями смешивают с незначительным объемом этого носителя до образования золя. При этом ПАВ повышает стабильность взвеси минеральных компонентов в образованном золе.

При дальнейшем процессе образуют технологическую среду. Образуемая технологическая среда содержит 0,008-0,03 мас. % ремонтно-восстановительного состава и базовый углеродводородный носитель. В качестве указанного носителя может быть использовано базовое масло (минеральное, п/синтетическое, синтетическое), в том числе моторное или редукторное, смазочно-охлаждающие жидкости.

Заданные соотношения между ремонтно-восстановительным составом (РВС) и углеродводородным носителем оптимальны. При уменьшении РВС в технологической среде снижается эффективность очистки изношенных контактных поверхностей от загрязнений, продуктов разложения смазочных материалов, ухудшается выравнивание шероховатостей изношенных поверхностей. Исследования подтвердили, что при РВС меньше 0,008 мас.% отсутствует удаление с поверхностей трения загрязнений и пр. Данные получены весовым методом путем определения массы испытываемых образцов до и после обработки их технологической средой (в режиме приработки в течение 10-15 мин). Точность измерения - 10^-3мг.

При наличии РВС в технологической среде более чем 0,03 мас.% процесс сопровождается повышением температуры в обрабатываемых узлах трения в среднем на 5-10^oС, что приводит к интенсификации трибохимических процессов в углеродводородном носителе, к интенсификации процесса выделения водорода, а следовательно, к повышению степени его диффузии во внутренние слои металла. В результате снижается износостойкость модифицированных поверхностей трения в среднем на 7-15%.

Заданное в композиции ремонтно-восстановительного состава количество катализатора (мас. %) оптимально. Увеличение мас.% катализатора или смеси катализаторов в составе приводит к удорожанию последнего; уменьшение - снижает активность трибохимических процессов при обработке поверхностей трения технологической средой, имеющей углеродводородный носитель. Снижается интенсивность процесса модификации.

Заданное в композиции ремонтно-восстановительного состава количество ПАВ оптимально для адгезионного взаимодействия технологической среды с контактными поверхностями обработки. Уменьшение мас.% соотношения ПАВ в смеси ремонтно-восстановительного состава снижает эффективность и интенсивность технологического процесса обработки железосодержащих поверхностей трения.

Заданное в композиции ремонтно-восстановительного состава (мас.%) соотношение минеральных компонентов является оптимальным. При уменьшении хризотилов и лизардита ленточного снижается интенсивность технологического процесса по реакции замещения форстеритовой составляющей ремонтно-восстановительного состава (MgSiO₂) на фаялитовую составляющую (FeSiO₂), являющей основой образующегося на поверхностях трения и в приповерхностных слоях их защитного слоя. Параметры образуемого защитного слоя взаимоувязаны с минералогическими компонентами и их мас.% соотношении в ремонтно-восстановительном составе. Уменьшение или увеличение в композиции заданного по изобретению соотношения минеральных компонентов приводит к изменению соотношения между химическими элементами (Mg, Si, Fe), участвующих в реакционных процессах модификации поверхностей. В результате при уменьшении мас.% соотношения минеральных компонентов, в частности, ∝-хризотила, ортохризотила снижается коррозионная стойкость поверхностного слоя модифицированных поверхностей в среднем на 5-7%. Увеличение мас.% соотношения указанных компонентов в смеси ремонтно-восстановительного состава практически не влияет на эффективность полученного защитного слоя. Однако при этом коэффициенты термического расширения защитного слоя и металла поверхностей трения отличаются, что может привести к расслоению модифицированного слоя от основного металла поверхностей.

После предварительного приготовления ремонтно-восстановительного состава в соответствии с описанной методикой селективного отбора минеральных компонентов с их предварительной подготовкой, после приготовления технологической среды в соответствии с указанным соотношением в ней углеродводородного носителя и ремонтно-восстановительного состава осуществляют подачу технологической среды в зону трения. Предпочтительно, процесс осуществляют при подаче названной среды непосредственно на контактные поверхности узлов трения или с использованием для этих целей штатной нормы системы смазки механизма или машины, например картера ДВС, бака гидросистемы и т.д.

При подаче технологической среды в зону трения взаимодействие между средой и контактной зоной трения сопровождается образованием на изношенных поверхностях трения модифицированного защитного слоя. Пpoцecc осуществляется в две стадии, на первой из которых происходит, как уже отмечалось выше, очистка металлических поверхностей, выравнивание шероховатостей, характерных для изношенных поверхностей, доизмельчение дисперсионных структур ремонтно-восстановительного состава. Первая стадия процесса происходит при 80-95^oС и давлении между трущимися поверхностями, характерного для режима приработки трущихся поверхностей. При увеличении времени приработки повышается давление в зоне контакта, активизируется действие катализаторов, повышается реакционная способность металла в приповерхностных слоях обрабатываемых поверхностей и микрочастиц ремонтно-восстановительного состава. При этом в зоне контакта металл приобретает неустойчивое переходное состояние, характеризующееся образованием пористости по границам зерен поликристаллов железа. В результате в зоне трения интенсифицируются трибохимические реакции дегидрирования углеводородов носителя, происходит синтез карбина химической формулы = С= = С= = С= =С= (sP-гибридизация). Трансформация углерода с sP1-гибрида (углерод, входящий в носитель) через sP2-гибрид (графит) переходит в состояние sР3-гибрид. В условиях повышения давления и температур yглерод в зоне трения диффундирует в приповерхностные слои металла, в том числе по границам зерен поликристаллов железа. В процессе исследований установлено, что глубина диффундирования углерода (sР3-гибрид) в заявляемом способе составляет .Технологический процесс модификации железосодержащих поверхностей трения переходит в стадию образования на обрабатываемых поверхностях модифицируемого защитного слоя. Данная стадия характеризуется реакциями замещения форстеритовой составляющей ремонтно-восстановительного состава (MgSiO₂) на фаялитовую составляющую (FeSiО₂), являющейся основой образующегося на поверхностях трения и в приповерхностных слоях их защитного слоя. Образующиеся кристаллы имеют объемную кристаллическую решетку, что одновременно при увеличении кристаллической решетки углерода обеспечивает увеличение толщины приповерхностного слоя металла и восстановление параметров поверхностей. Толщина защитного слоя пропорциональна количеству частиц ремонтно-восстановительного состава, внедренных в микроуглубления рельефа зон трения (образованных в результате приработки трущихся поверхностей с технологической средой). Толщина названного слоя зависит от энергетических параметров, возникающих в локальных зонах трения, и степени изношенности контактных поверхностей. В результате происходит выравнивание геометрии поверхностей трения деталей машин и оптимизируются зазоры между сопряжениями. Описанные процессы по приработке дисперсионных частиц минеральных компонентов, трибохимическим реакциям, реакциям трансформации гибрида углерода, диффузии последнего в приповерхностные слои и образованию защитного слоя происходят одновременно.

Для подтверждения описанного технологического процесса модификации изношенных железосодержащих поверхностей трения, в результате которого происходит одновременное выравнивание геометрии поверхностей трения деталей машин, оптимизация зазоров между сопряжениями трущихся поверхностей, а также повышение их долговечности за счет улучшения износостойкости и антифрикционных свойств, были проведены испытания пар трения подшипников качения и скольжения. Испытания проводились с целью определения влияния технологического процесса модификации на выравнивание шероховатостей изношенных поверхностей трения, на образование защитного слоя и на наличие в приповерхностных слоях зон трения углерода.

Для реализации процесса исследований были использованы новые подшипники качения типа 204, 308 и специально изготовленные для этих целей подшипники скольжения. Испытания и измерения проводились по стандартным методикам, результаты исследований сведены в таблицы 1 и 2.

Для проведения исследований использовалась технологическая среда, приготовленная в соответствии с примером 1. Технологическая среда (пример 1) содержит базовое минеральное масло (торговая марка И-20) и ремонтно-восстановительный состав при следующем их соотношении, мас.%: РВС - 0,015, базовое масло - остальное.

Ремонтно-восстановительный состав был приготовлен при следующем соотношении компонентов, мас.%:
α-хризотил - 35; ортохризотил - 35; лизардит ленточный-15; доломит - 5; поверхностно-активное вещество - 8; катализатор -2.

Дисперсность минеральных компонентов и катализаторов соответствует 1,0-1,5 мкм (90% от их объема). В качестве поверхностно-активного вещества используют никель азотнокислый ({(Ni₂(NО₃)₂ 6Н₂О}). Катализатор - частицы соединений платины (оксида платины). В примере 1 на 1000 г масла минерального (И-20) использовано 0,2 г указанной смеси минеральных компонентов, катализатора и ПАВ.

Из приведенных в таблице 1 данных следует, что при модифицировании поверхностей трения технологической средой, содержащей ремонтно-восстановительный состав, происходит значительное снижение шероховатостей.

Из приведенных в таблице 2 данных следует, что после модификации изношенных поверхностей трения технологической средой в течение 3 ч, радиальный зазор сократился на 1,0-1,5 мкм. Приведенные данные свидетельствуют об образовании на изношенных поверхностях защитного слоя, толщина которого компенсирует износ поверхностей.

Анализ поверхностей трения испытываемых подшипников 6, 7, 8 до ресурсных испытаний, а также в режиме модификации поверхностей трения технологической средой после ресурсных испытаний показали, что модифицированные поверхности трения имеют коэффициент трения на 20-30% ниже, чем на поверхностях подшипников необработанных технологической средой. Износ модифицированных поверхностей после дополнительных ресурсных испытаний их в течение 300 ч не наблюдался, а износ поверхностей подшипников (вновь изготовленных) после ресурсных испытаний в течение указанного времени составил в среднем 30%.

Для обоснования преимуществ заявляемого способа модификации железосодержащих поверхностей трения были проведены оценочные испытания поверхностей подшипников, модифицированных по заявляемой и известной (патент РФ 2149741) технологиям. Для испытаний была использована технологическая среда с входящими в ее состав компонентами, описанными по примеру 1. Известный способ модификации железосодержащих поверхностей трения был реализован в соответствии с примером 2.

Пример 2. Технологическая среда приготовлена с использованием ремонтно-восстановительного состава - 0,15 мас.% и масло минеральное (И-20)- остальное. Ремонтно-восстановительный состав: серпентин и шунгит - 90 мас.%; редкоземельные металлы - 0,1 мас.%; вода - остальное. При приготовлении технологической среды на 200 г базового масла использовали 0,6 г состава. Использованный в ремонтно-восстановительном составе серпентин наряду с хризолитами содержал также нефрит, лизардит ленточный, каолинит, брусит. Мас.%-ное содержание компонентов не определялось.

Оценка способов с использованием технологической среды по примерам 1 и 2 осуществлялась с целью влияния технологических сред на приработку трущихся поверхностей, на интенсивность технологических процессов по образованию защитных слоев на поверхностях трения и эффективность модификации поверхностных и приповерхностных слоев узлов трения.

Для определения эффективности приработки технологической среды исследовались профили поверхностей подшипников скольжения (образцы 10, 11, 12). Поверхности указанных образцов в течение 3 мин прирабатывались без использования смазочного материала. Затем поверхности образцов 11 и 12 в течение 15 мин прирабатывались с использованием технологических сред по примерам 1 и 2. Соответственно для образца 11 использовалась технологическая среда по примеру 2, а для образца 12 - по примеру 1. Затем методом оптической металлографии производилась оценка профилей поперечных шлифов поверхностей испытываемых образцов 10, 11, 12. Были получены пpoфилoгpaмма шлифов для образца 10 (контрольный), прошедшего ресурсные испытания в течение 3 мин, и профилограммы шлифов для образцов 11 и 12, обработанных (после аналогичных ресурсных испытаний) технологическими средами по примерам 2 и 1 в течение 15 мин.

Профилограммы модифицированных поверхностей трения по контрольному варианту, известному и заявляемому способам свидетельствуют, что при модификации поверхностей технологической средой по примеру 1 повышается эффективность процесса за счет улучшения качества приработки поверхностей, стабильности их выравнивания, что в дальнейшем способствует интенсификации процесса в целом.

Испытания образцов подшипников (13 и 14) модифицированных по примерам 1 и 2 в течение последующих 2 ч показали, что эффективность модифицирования поверхностей трения для образца 14 (использована технологическая среда по примеру 1). Прирост защитного слоя за указанный период испытаний по примеру 1 превысил на 20-25% аналогичные показатели по образованию защитного слоя на поверхностях образца 13, модифицированных в течение 2 ч технологической средой по примеру 2. Приведенные данные свидетельствуют о эффективности заявляемого способа модифицирования железосодержащих поверхностей трения и о интенсивности этого процесса по сравнению с известной технологией.

Для подтверждения эффективности заявляемого способа был осуществлен анализ элементного состава приповерхностных слоев модифицированных поверхностей образцов 13 и 14 с использованием метода электронной Оже-спектрометрии, который позволяет получать информацию о составе химических элементов и взаимодействии их в приповерхностных слоях металла. Анализ приповерхностных слоев металла в указанных образцах показал наличие в них углерода в стадии sP3-гибрид, при этом в образце 14 углерод обнаружен на глубине а в образце 13 на глубине что свидетельствует о эффективности заявляемого способа модифицирования железосодержащих поверхностей трения.

Таким образом, приведенные исследования в целом подтверждают обоснованность использования для модифицирования железосодержащих поверхностей трения заявляемого способа, свидетельствует о наличие в нем новизны и изобретательского уровня по отношению к известному уровню техники в части модификации железосодержащих поверхностей трения при использовании для этих целей технологической среды, содержащей минеральные компоненты. Указанные обстоятельства подтверждают соответствие заявляемого способа критериям изобретения.

Промышленная реализация изобретения может быть осуществлена при ремонтно-восстановительных работах гидросистем, подшипников скольжения и качения, в т. ч. 4-6 класса, роторных компрессоров, высокооборотных насосов, а также при безразборном или частично разборном ремонте цилиндропоршневых групп двигателей внутреннего сгорания.

Для подтверждения промышленной применимости изобретения были проведены работы по модификации поверхностей цилиндропоршневых групп двигателей внутреннего сгорания автомобилей группы ВАЗ. Испытания проводились с двигателями, имеющими износ цилиндропоршневой группы на 30-40%. Определение износа осуществлялось по диагностике двигателей с учетом сравнения паспортных данных конкретного двигателя и диагностируемых данных по давлению масла на холостых оборотах двигателя, расходу топлива на указанном режиме работы двигателя и компрессии цилиндров.

Для испытаний в качестве технологической среды использовалась штатная норма масла в картере двигателя, при этом для приготовления этой технологической среды па 1 л моторного масла добавляли 0,2 г ремонтно-восстановительного состава, содержащего указанные в примере 1 минеральные компоненты, катализатор и ПАВ при мас.% соотношении их, соответствующих этому примеру. Предварительно из части масла (штатного расхода) и ремонтно-восстановительного приготовили золь.

Обработку каждого двигателя (предварительно прогретого до 50^oС) осуществляли па холостых оборотах в течение 25-35 мин. Последующая диагностика двигателей показала повышение на 10-15% компрессии цилиндров по сравнению с результатами до обработки цилиндропоршневых групп по изобретению, расход топлива на холостых оборотах двигателя уменьшился в среднем на 8-10%, повышение давления масла составило 0,8 -0,95 кгс/см².

Производственные испытания способа модификации железосодержащих поверхностей трения с использованием смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ) в режимах резания металлов показали улучшенные результаты по повышению износостойкости режущего инструмента.

Изобретение относится к модификации поверхностей узлов трения и предназначено для увеличения долговечности трущихся металлических поверхностей в двигателях внутреннего сгорания, агрегатов, трансмиссий, ходовой части транспортных средств и др. машин, станков и может быть использовано для одновременного восстановления металлических трущихся поверхностей. Способ включает подачу в зону обработки поверхностей трения предварительно приготовленной технологической среды, содержащей углеродводородный носитель и 0,008-0,03 мас. % предварительно измельченной смеси минералов α-хризотила, ортохризотила, лизардита ленточного, доломита, катализатора и поверхностно-активного вещества (ПАВ) при следующем соотношении их в смеси, мас.%: α-хризотил - 25-35; ортохризотил - 35-45; лизардит ленточный - 5-15; доломит - 5-15; катализатор - 2-5; ПАВ - 5-8, при этом дисперсность частиц минеральных компонентов и катализатора составляет 0,1-4,0 мкм. Изобретение направлено на повышение эффективности и интенсивности процесса по образованию в приповерхностных слоях изношенных поверхностей трения модифицированного защитного антифрикционного слоя повышенной износостойкости. 2 з.п.ф-лы, 2 табл.

1. Способ модификации железосодержащих поверхностей трения, заключающийся в том, что в зону обработки поверхностей трения подают предварительно приготовленную технологическую среду, содержащую углеродводородный носитель и 0,008-0,03 мас.% предварительно измельченной смеси минералов α-хризотила, ортохризотила, лизардита ленточного, доломита, катализатора и поверхностно-активного вещества (ПАВ) при следующем соотношении их в смеси, мас.%:
α-Хризотил - 25 - 35
Ортохризотил - 35 - 45
Лизардит ленточный - 5 - 15
Доломит - 5 - 15
Катализатор - 2 - 5
ПАВ - 5 - 8
дисперсность частиц минеральных компонентов и катализатора составляет 0,1-4,0 мкм. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве катализатора используют оксиды редкоземельных металлов, платины или их смеси. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве поверхностно-активных веществ используют натрий азотистокислый, или натрий двууглекислый, или никель азотнокислый.