СОСТАВ ДЛЯ МОДИФИЦИРОВАНИЯ И ВОССТАНОВЛЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ Российский патент 2006 года по МПК C23C26/00 B23P6/00 

Изобретение относится к машиностроению и порошковой металлургии и может быть использовано для создания кремнийсодержащего слоя и восстановления изношенных металлических поверхностей.

Известен состав, который используется в продлении срока службы деталей трения в процессе работы механизмов и представляет собой смазочное масло, металлосодержащие присадки, например, на основе меди или цинка и абразивные частицы оксида алюминия. Частицы металла присадки осаждаются прежде всего в микронеровностях поверхности, что повышает чистоту обработки поверхностей трения. Осаждаемые вместе с частицами металла мелкодисперсные абразивные частицы обеспечивают повышение износостойкости наносимого металлического покрытия /см. А.С. СССР №1668471, от 1991 г./.

Недостатками указанного состава являются низкая прочность и коррозионная стойкость получаемых с их помощью поверхностей трения.

Наиболее близким по содержанию компонентов и техническому результату к предлагаемому составу, т.е. прототипом, является состав для модифицирования металлов и восстановления металлических поверхностей, содержащий мелкодисперсную смесь природных минералов серпофита и катализатора /см. патент России №2169208, от 31.08.2000 г./.

Недостатками прототипа являются: отсутствие коррозионной стойкости, непрочность образованного защитного покрытия и, как следствие этого, низкая эффективность.

Техническим результатом изобретения является создание состава для модифицирования и восстановления металлических поверхностей, обладающего совместимостью с любыми маслами, повышенной адгезией к маслу для предотвращения масляного голодания пар трения высокой эффективностью приработки, высокой прочностью, износостойкостью, стойкостью к коррозии, однородностью структуры.

Поставленный технический результат достигается согласно изобретению тем, что состав для модифицирования и восстановления металлических поверхностей содержит серпофит и катализатор в виде мелкодисперсной смеси, при этом он дополнительно содержит унстит и полигональный хризотил в следующем соотношении компонентов, мас.%:

полигональный хризотил30серпофит30унстит30катализатор10

при этом дисперсность смеси составляет 0,1-25 мкм, а в качестве катализатора используют бемит.

Сущность изобретения заключается в использовании природных минералов серпентиновой группы: полигональный хризотил и унстит (шестислойный серпентин), имеющие одинаковую химическую формулу Mg₃[Si₂О₅](ОН)₄ и выделяющиеся многослойностью структуры кристаллической решетки. Указанные минералы оказываются более совместимыми вследствие повышенной активности их электронов и способности при термическом воздействии изменять свой уровень нахождения внутри кристаллических решеток, что влияет на структурную однородность и неотделимость получаемого кремнийсодержащего слоя, имеющего прочную связь с восстанавливаемой поверхностью трения.

Используемый природный минерал серпофит имеет формулу 2MgO·SiO₂·2Н₂O и содержит воду в связанном состоянии, обладает протяженной структурой своих кристаллов. Обязательной составляющей серпофита является наличие оксидов редкоземельных металлов, а также оксидов Mg, Si, Ca, Al, Си, Cr, Zn. Применение серпофита способствует усилению межмолекулярных связей в формируемом защитном слое за счет возможности замещения атомов одних элементов атомами других элементов в узлах кристаллических решеток.

Выбор дисперсности состава обусловлен имеющимися зазорами в парах трения, а также возможностью высвобождения определенного количества входящей в состав минералов воды в связанном состоянии, влияющей на поддержание повышенной температуры и давления в зонах трения на этапе приработки состава, что необходимо для процесса формирования защитного слоя.

Используемая в качестве катализатора одна из разновидностей природного гидрата глинозема - бемит, очищенный от примесей, имеет формулу AlOOH. Бемит проявляет сильные каталитические свойства за счет активного выделения воды и высвобождения Al, необходимых для создания активной среды при протекании физико-химического процесса образования защитного слоя.

Наличие достаточного количества воды в связанном состоянии влияет не только на скорость протекания реакций образования защитного слоя, но и позволяет получить дополнительный ярко выраженный эффект раскоксовывания поршневых и маслосъемных колец при обработке двигателей внутреннего сгорания. Указанное количественное соотношение компонентов состава является наиболее приемлемым как для обработки двигателей внутреннего сгорания, так и других агрегатов и механизмов и не требует какой-либо коррекции по содержанию компонентов в зависимости от вида обрабатываемого механизма. Образованный защитный слой обладает коррозионной стойкостью, большой адгезией к маслу, что предотвращает масляное голодание трущихся поверхностей.

Основные этапы изготовления состава:

- раздельное предварительное измельчение минералов до величины 200-250 мкм известными измельчающими агрегатами;

- очистка сопутствующих примесей и обогащение;

- раздельное доизмельчение минералов с использованием измельчающих мельниц;

- перемешивание компонентов в указанных процентных соотношениях;

- фильтрация или сепарация смеси согласно требуемой дисперсности;

- термоактивация состава при температуре 300-350 град.C в течение 30 мин с целью увеличения энергии активации природных минералов;

- смешивание подготовленного состава с базовым маслом и загустителем.

Полученная смесь природных минералов нейтральна к воздействию со стороны любого вида масел, что дает возможность использовать ее с любым базовым маслом. Для устранения эффекта коагуляции полученного мелкодисперсного состава и для удобства его ввода при применении в различных механизмах и на открытых поверхностях трения состав смешивают с базовым маслом, загущенным до консистенции пластичных смазок с температурой плавления 65-75 град.C. Подобранный по температуре плавления гелеобразный загуститель обеспечивает постепенное, мягкое и эффективное воздействие рабочего состава на обрабатываемые поверхности трения. При этом отличием является сокращение до 40 мин времени приработки и обкатки таких агрегатов, как двигатель внутреннего сгорания. Этот способ также прост и удобен для длительного хранения состава без изменения его свойств.

Изобретение иллюстрируется примерами применения состава на автотракторной технике с контролем параметров, замеряемых вакуумным методом диагностики.

ПРИМЕР 1

Предлагаемый состав был введен в штатную смазку через заливную горловину двигателя внутреннего сгорания ГАЗ-3110 (Волга) со следующими параметрами:

Двигатель - ЗМЗ-406 бензиновый,

Тип масла - полусинтетическое,

Пробег до обработки - 80 тыс.км.

Параметры до обработки№ цилиндра1234Компрессия11,511,511,212,0Полный вакуум0,800,860,860,84Остаточный вакуум0,130,150,170,15Параметры после обработки№ цилиндра1234Компрессия13,213,513,313,2Полный вакуум0,850,860,860,86Остаточный вакуум0,190,200,200,18

При номинальных показателях: полного вакуума0,84-0,86остаточного вакуума0,17-0,20

После пробега в 46 тыс.км указанные параметры практически не изменились.

Пример 2

Предлагаемый состав был введен в штатную смазку автомобиля

Ниссан Максима с пробегом до обработки 320 тыс.км.

Двигатель - 6-цилиндровый, бензиновый.

Тип масла - синтетика

Параметры до обработки№ цилиндра123456Компрессия9,011,210,012,09,011,5Полный вакуум0,770,830,820,800,780,82Остаточный вакуум0,300,120,240,320,280,12

Видно, что на 1, 4 и 5-ом цилиндрах компрессионные кольца не только изношены, но и сильно закоксованы.

Параметры после обработки№ цилиндра123456Компрессия14,514,815,015,014,815,0Полный вакуум0,840,850,860,860,850,86Остаточный вакуум0,220,210,200,200,210,20

При номинальных показателях: полного вакуума0,84-0,86остаточного вакуума0,17-0,20

Через 80 тыс.км пробега показатели практически не изменились.

Пример 3.

Заявляемый состав был введен в штатную смазку автомобиля КАМАЗ-5511 с пробегом до обработки 554000 к.

Двигатель - КАМАЗ-740 дизельный

Тип масла - минеральное

Параметры до обработки№ цилиндра12345678Компрессия24,028,030,528,031,530,028,529,0Полный вакуум0,780,860,910,890,910,880,870,88Остаточный вакуум0,440,240,200,380,200,100,250,24Параметры после обработки№ цилиндра12345678Компрессия31,031,030,031,031,030,031,031,0Полный вакуум0,910,910,910,910,910,910,910,91Остаточный вакуум0,160,140,140,140,150,140,150,15

При номинальных показателях: полного вакуума0,92-0,94остаточного вакуума0,14-0,16

После пробега 93 тыс.км показания практически не изменились.

Из приведенных примеров видно, что восстановление цилиндропоршневой группы произошло практически до номинальных размеров, включая раскоксование поршневых колец.

Пример 4

Обработке реагентом восстановительного действия были подвергнуты также редукторы задних мостов и коробки передач легковых автомобилей гаража ГУ ГОЧС г.Москвы с целю устранения износа и существенного увеличения их срока службы. Результатом обработки стало устранение шумов, вызванных износом зубьев шестерен и подшипников, а также заметное улучшение ходовых качеств автомобилей в связи с уменьшением коэффициента трения.

Использование изобретения позволит получить следующие результаты:

- образование и наращивание на обрабатываемых поверхностях трения высокоизносостойкого и коррозионно-устойчивого кремнийорганического однородного неотделяемого защитного слоя, обеспечивающего восстановление поверхностей трения и увеличение ресурса их работы;

- уменьшение коэффициента трения до аномально низкого значения;

- исключение сложной технологии ремонта механизмов (например, ремонт цилиндропоршневой группы двигателя, устранение закоксовывания поршневых колец, износа гильз цилиндров и др.)

- совместимость со всеми маслами;

- высокая эффективность и сокращение времени приработки (до 40 мин) состава и обкатки агрегатов (например, двигателя внутреннего сгорания);

- предотвращение « масляного голодания» пар трения за счет образования слоя с повышенной адгезией к маслу;

- возможность устранения коррозионных последствий на парах трения неэксплуатируемых агрегатов вследствие их длительного хранения;

- многофункциональность использования состава;

Изобретение относится к машиностроению и порошковой металлургии и может быть использовано для создания кремнийсодержащего слоя и восстановления изношенных металлических поверхностей. Состав содержит следующие компоненты, мас.%: полигональный хризотил 30, серпофит 30, унстит 30, катализатор 10. Дисперсность смеси составляет 0,1-25 мкм. В качестве катализатора используют бемит. Техническим результатом изобретения является создание состава для модифицирования и восстановления металлических поверхностей, обладающих совместимостью с любыми маслами, а также повышенной адгезией к маслу. 2 з.п. ф-лы, 6 табл.

1. Состав для модифицирования и восстановления металлических поверхностей, содержащий серпофит и катализатор в виде мелкодисперсной смеси, отличающийся тем, что он дополнительно содержит унстит и полигональный хризотил при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Полигональный хризотил30Серпофит30Унстит30Катализатор10.