СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВЕЩЕСТВА ДЛЯ ЗАЩИТНОГО ПОКРЫТИЯ И СПОСОБ СОЗДАНИЯ ЗАЩИТНОГО ПОКРЫТИЯ НА ПОВЕРХНОСТИ Российский патент 2006 года по МПК C23C26/00 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в других областях, в которых необходимо получить вещества и создать защитные покрытия, обеспечивающие антикоррозийность, фрикционность, антифрикционность, устранение износа и восстановление первоначальной геометрической формы контактирующих (трущихся) поверхностей, в том числе режущих кромок инструментов. Изобретение может быть использовано также в двигателях внутреннего сгорания (ДВС) для увеличения их ресурса, уменьшения токсичности выхлопных газов и уменьшения расхода горюче-смазочных материалов (ГСМ).

Известны различные способы получения веществ для защитных противоизносных покрытий, а также различные способы формирования таких покрытий (см. например, патенты RU: №2057257, кл. F 16 C 33/14, №2135638, кл. С 23 С 26/00, №2209852, кл. С 23 С 26/00, №2169208, кл. С 23 С 26/00, а также №2006708, кл. F 16 C 33/14, №2006707, кл. F 16 C 33/14 и №2059121, кл. F 16 C 33/14).

Во всех патентах, приведенных выше, вещества для защитных покрытий представляют собой смеси из различных компонентов.

Наиболее близким к предлагаемому является способ получения вещества для покрытия, приведенный в патенте RU №2057257, кл. F 16 C 33/14 от 21.03.94 под названием «Способ формирования покрытия на трущихся поверхностях», который мы выбираем в качестве прототипа.

Сущность способа-прототипа заключается в том, что «состав из мелкодисперсной смеси минералов серпентинита, энстатита и магнетита или их сочетания по меньшей мере с одним минералом, выбранным из амфибола, биотита...» и других, указанных в патенте, «... и связующего, дисперсностью 0,01-1 мкм, механоактивируют апериодическими колебаниями при соотношении в составе, мас.%: смесь минералов 3,3; связующее 96,7». Затем состав, т.е. вещество для покрытия, размещают на трущихся поверхностях и прирабатывают в течение 0,5-8 часов под нагрузкой не менее 10 МПа.

Достоинством способа-прототипа является то, что созданное вещество обеспечивает получение защитного покрытия на трущихся поверхностях.

Недостатком способа-прототипа является то, что качество покрытия получается крайне низким, его свойства зависят от многих факторов, в том числе от разброса массового состава компонентов смеси и примесей. Такое покрытие отслаивается, растрескивается, не имеет равномерного распределения по толщине и по поверхности. Кроме того, недостатком, влияющим на качество покрытия, является необходимость прикатывать смесь после нанесения на поверхность под давлением не менее 10 МПа в течение нескольких часов.

Задачей предлагаемого изобретения является разработка способа получения такого вещества, которое по окончании изготовления обладает всеми необходимыми свойствами для создания защитного противоизносного покрытия и после нанесения которого на поверхность отпадает необходимость прикатки.

Поставленная задача в предлагаемом способе, включающем получение смеси компонентов, решена благодаря тому, что, во-первых, получают смесь крупностью не более 1 мм при следующем содержании компонентов, мас.%:

серпентинит20-30сиенитовый концентрат20-30сфеновый концентрат20-30колумбит1-15редкоземельные компоненты - лантан церий и неодим в равных количествах1-15щелочные компоненты - галогениды цезия и рубидия в равных количествах0,1-0,5,осмистый иридий0,001-0,003этилен-диамин-тетрауксусной- кислоты-динатриевой-соли-дигидрат (ЭДТУК-ДСГ)15-20

и в смеси формируют поликристаллические комплексы, содержащие обращенные мицеллярные каталитические системы, путем гидротермального синтеза в течение 10-24 часов в автоклаве при воздействии температуры в пределах 200-350°С и давления в пределах 150-250 кг/см², затем из отстоя полученного раствора сепарируют коллоид с частицами и обезвоживают его сушкой при температуре не более 120°С.

Во-вторых, благодаря тому, что коллоид с частицами крупностью более 1 мкм смешивают с органическим связующим, например с фторкаучуком, растворенным в одном из кетонов, например в ацетоне, до получения массы, которую затем формуют, например, в виде стержней.

В-третьих, благодаря тому, что коллоид с частицами крупностью не более 1 мкм смешивают с органическим связующим, например с фторкаучуком, растворенным в одном из кетонов, например в ацетоне, до получения распыляемого состава.

В-четвертых, благодаря тому, что коллоид вводят в масло, загущенное наполнителем, например полипропиленом, до получения смазки.

Сущность предлагаемого способа состоит в том, что для создания высококачественного покрытия наносить на поверхность необходимо не дискретную смесь компонентов, а созданное из смеси специального состава путем гидротермального синтеза единое поликристаллическое вещество, содержащее обращенные мицеллярные каталитические системы (ОМКС), каждая мельчайшая частица которого обладает свойствами всей смеси. Такое вещество после нанесения на поверхность нет необходимости прикатывать, так как оно уже сформировано в виде поликристаллических комплексов и наделено всеми необходимыми, в том числе и каталитическими, свойствами для создания защитного покрытия.

В соответствии с предлагаемым способом компоненты для смеси подбирают по «совместимости», при которой их свойства взаимно дополняются, а отрицательные (нежелательные) эффекты сводятся к минимуму. В результате создается синергический (синергизм) эффект, в соответствии с которым результат от совместного использования компонентов во много раз превосходит сумму результатов, создаваемых каждым компонентом в отдельности.

В соответствии с предлагаемым способом смесь для получения вещества для защитного покрытия содержит следующие компоненты.

Серпентинит. Является твердосмазочным материалом, с помощью которого совместно с поверхностно-активными веществами (ПАВ) из деструктируемого ЭДТУК-ДСГ создают комплексы, обеспечивающие формирование на контактируемой поверхности эпитаксиальной защитной пленки. Такая пленка хорошо смачивается углеводородами, что позволяет в парах трения уменьшить коэффициент трения и износ. Кроме того, при температуре выше 600°С, например в камере сгорания двигателя ДВС, пленка превращается в пористое металлокерамическое покрытие, которое также уменьшает износ трущихся поверхностей.

Содержание серпентинита в смеси составляет 20-30 мас.%.

Сиенитовый и сфеновый концентраты. При гидротермальном синтезе совместно с остальными компонентами обеспечивают формирование комплексов крупностью до 0,5 мкм, растворяемых в воде. Кроме того, сфеновый концентрат содержит титан, обеспечивающий необходимое парциальное давление протонов в зоне синтеза.

Содержание сиенитового и сфенового концентратов в смеси составляет по 20-30 мас.% каждого.

Колумбит. Содержит ниобий и тантал (Nb, Та), является катализатором, легирующим и формирующим твердые частицы, а также - необходимым минералом для получения синергического эффекта.

Содержание колумбита в смеси составляет 1-15 мас.%.

В качестве редкоземельных компонентов в предлагаемом способе применяют в равных количествах лантан, церий и неодим (La, Ce, Nd), которые обеспечивают требуемое диспергирование и легирование поверхностных и подповерхностных слоев.

Редкоземельные компоненты в смеси составляют 1-15 мас.%.

В качестве щелочных компонентов в предлагаемом способе применяют галогениды цезия и рубидия в равных количествах. Они обеспечивают формируемые комплексы низкотемпературной плазмой, а в покрытии - влияют на уменьшение коэффициента трения контактирующих поверхностей, так как цезий и рубидий (Cs, Rb) имеют в три раза меньший уровень активации, чем другие компоненты (0,5 В вместо 1,5 В).

Содержание щелочных компонентов в смеси составляет 0,1-0,5 мас.%.

Осмистый иридий (иридистый осмий). Содержится в минералах навьянскит (сысертскит) и влияет на формирование комплексов и повышение ресурса покрытия.

Содержание осмистого иридия в смеси составляет 0,001-0,003 мас.%.

ЭДТУК-ДСГ. Необходим для повышения эффективности образования комплексов из серпентинита, колумбита, сиенитового и сфенового концентратов, а также - для обеспечения синергического эффекта.

Содержание ЭДТУК-ДСГ в смеси составляет 15-20 мас.%.

Все компоненты смеси диспергируют до крупности не более 1 мм.

Для обеспечения требуемых свойств вещества компоненты должны иметь декларируемые выше соотношения, так как при уменьшении указанных значений мас.% снижается защита пар трения от износа, не обеспечивается необходимая концентрация активных центров, уменьшается степень активации протонов за счет уменьшения количества низкотемпературной плазмы, снижается синергический эффект и т.д.

При увеличении указанных значений мас.% необоснованно повышается цена, снижается защита пар трения от износа и уменьшается синергический эффект. Отсюда следует, что соотношения между компонентами подобраны наилучшим образом (п.1 Формулы изобретения).

Результатом целенаправленного подбора компонентов является то, что сформированные комплексы состоят из активных центров на основе:

- щелочных и редкоземельных химических элементов, повышающих активируемость углеводородсодержащих веществ при повышении их протонирования;

- титана, представляющего собой емкость для протонов, которые, являясь катализаторами, обеспечивают разрушение углеродных связей;

- колумбита, необходимого для создания синергического эффекта.

Для создания поликристаллических комплексов, в соответствии с предлагаемым способом, смесь с указанными выше составом и дисперсностью подвергают гидротермальному синтезу в автоклаве в течение 10-24 часов при воздействии температуры в пределах 200-350°С и давления в пределах 150-250 кг/см². Затем из отстоя полученного раствора сепарируют коллоид с частицами и обезвоживают его сушкой при температуре не более 120°С. Обычно процесс прекращают при достижении частицами крупности не более 200 мкм.

Коллоид с частицами, полученный по окончании гидротермального синтеза, обезвоживают сушкой при температуре, не превышающей 120°С, для того, чтобы в поликристаллических комплексах сформировались обращенные мицеллярные каталитические системы, содержащие гидроксильные группы и обладающие большой каталитической активностью.

Таким образом, в результате прохождения физико-химических реакций гидротермального синтеза в условиях, аналогичных созданию минералов в природе, в соответствии с предлагаемым способом удалось синтезировать вещество для защитного покрытия, в котором до нанесения на поверхность завершены все реакции соединения компонентов, в результате чего каждая мельчайшая частица вещества - поликристаллический комплекс - обладает всеми свойствами, необходимыми для создания покрытия.

Поликристаллическое вещество, полученное по предлагаемому способу, наделено мощными каталитическими свойствами. Их создают связанные с одной или несколькими молекулами воды обращенные мицеллы, у которых полярные концы молекул образуют поверхностный слой, обладающий повышенной каталитической активностью.

Существенным преимуществом вещества, полученного по предлагаемому способу, перед известными является то, что после нанесения его на поверхность отпадает необходимость прикатки, т.е. дополнительного воздействия температуры и давления, благодаря чему обеспечена воспроизводимость заданных свойств вещества и покрытия в различных условиях применения.

Вещество для защитного покрытия, которое по окончании гидротермального синтеза получают в виде коллоида с частицами, после сушки при температуре не более 120°С, применяют в зависимости от назначения в различном виде, например в виде эмульсии или в виде сухого состава, например порошка (п.1 Формулы изобретения).

В соответствии с предлагаемым способом по окончании гидротермального синтеза и сушки коллоид с частицами крупностью более 1 мкм смешивают с органическим связующим. В качестве органического связующего могут быть применены различные вещества, например фторкаучук, растворенный в одном из кетонов, например в ацетоне. Полученную массу затем формуют в зависимости от назначения в виде различных геометрических тел, например шаров, цилиндров, а также стержней с сечением различной формы, в том числе карандашей.

Исполнение вещества для покрытия в виде стержня (карандаша) удобно для создания покрытия на открытых поверхностях, например, железнодорожных рельс или колес. При нанесении такого карандаша на участок поверхности, например рельса (колеса), происходит заполнение всех микротрещин и неровностей веществом для покрытия, полученным по предлагаемому способу, в результате чего на рельсе (колесе) создается защитное органо-металлокерамическое покрытие (п.2 Формулы).

В соответствии с предлагаемым способом коллоид с частицами крупностью не более 1 мкм смешивают с органическим связующим. В качестве органического связующего могут быть применены различные вещества, например фторкаучук, растворенный в одном из кетонов, например в ацетоне. В результате получают распыляемый состав, который с помощью пульверизатора наносят на поверхности, в том числе новых, изделий для создания защитных противоизносных покрытий (п.3 Формулы).

В соответствии с предлагаемым способом коллоид вводят в масло, загущенное наполнителем, например полипропиленом, до получения смазки требуемой вязкости, в которой благодаря наличию активных центров значительно ослабляются углеродные связи, улучшаются основные свойства и увеличивается ресурс смазки.

При введении такой смазки в узел трения, например в зубчатое зацепление или в подшипник, на контактирующих поверхностях образуется защитное антизадирное и износостойкое покрытие, в результате чего восстанавливается геометрия поверхностей, уменьшается коэффициент трения, температура и увеличивается ресурс узла трения (п.4 Формулы).

Таким образом задача, поставленная при разработке способа получения вещества для защитного покрытия, решена полностью.

Впервые благодаря проведению, в соответствии с предлагаемым способом гидротермального синтеза смеси из синергически подобранных компонентов удалось создать поликристаллическое вещество, обладающее всеми необходимыми для защитного покрытия заранее заданными свойствами до нанесения на поверхность. В результате в различных условиях применения обеспечивается воспроизводимость свойств вещества, а покрытие приобретает необходимые свойства без прикатки.

Существенным преимуществом вещества для покрытия, полученного по предлагаемому способу, является то, что, благодаря формированию в веществе поликристаллических комплексов, содержащих ОМКС, его наносят не только на металлические поверхности, но и на поверхности из камня, дерева или резины. Во всех случаях применения в защитном покрытии сохраняются прочность, эластичность, износостойкость и другие свойства.

Известны различные способы создания защитных покрытий на поверхностях (см. например, патенты, приведенные выше).

В известных способах-аналогах защитные противоизносные покрытия создают нанесением мелкодисперсных смесей различного состава на поверхность, в результате чего после прикатки или других механических и температурных воздействий на поверхности образуется защитное покрытие.

Наиболее близким к предлагаемому является «Способ формирования покрытия на трущихся поверхностях» по патенту RU №2057257, кл. F 16 C 33/14 от 21.03.94, который мы выбираем в качестве прототипа.

Сущность способа-прототипа состоит в том, что состав дисперсностью 0,01-1 мкм, содержащий 3,3 мас.% смеси минералов и 96,7 мас.% связующего, механоактивируют апериодическими колебаниями, затем размещают между трущимися поверхностями и прирабатывают.

Достоинством способа-прототипа является то, что с его помощью обеспечивается образование легирующего покрытия толщиной от 0,001 до 30 мкм, которое обеспечивает износостойкость трущихся поверхностей.

Недостатки способа-прототипа связаны с тем, что формирование защитного покрытия осуществляется размещением состава из смеси минералов и связующего между трущимися поверхностями и приработкой состава в течение продолжительного времени под давлением не менее 10 МПа. Недостатком также является то, что по способу-прототипу нельзя создать защитное покрытие в недоступных для размещения смеси и неудобных для обеспечения прикатки местах.

Задачей предлагаемого изобретения является разработка способа создания защитного покрытия на поверхности, при использовании которого не требуется прикатка и обеспечивается нанесение защитного покрытия в труднодоступных местах, например в топливной системе двигателя ДВС, включая камеру сгорания.

Поставленная задача в предлагаемом способе создания защитного покрытия на поверхности, включающем нанесение вещества для защитного покрытия на поверхность, решена, во-первых, благодаря тому, что используют вещество для защитного покрытия, полученное способом по п.1 Формулы изобретения, в котором сформированы поликристаллические комплексы, содержащие обращенные мицеллярные каталитические системы (ОМКС).

Во-вторых, благодаря тому, что вещество для защитного покрытия наносят на поверхность с помощью связующего.

В-третьих, благодаря тому, что вещество для защитного покрытия наносят на поверхность, например, топливной системы двигателя, включая камеру сгорания, путем введения его в среду, контактирующую с поверхностью, например, в топливо.

Недостатки известных способов создания защитных покрытий обусловлены тем, что вещество для покрытия является дискретной смесью компонентов с непредсказуемыми реакциями соединения и свойствами, которые формируются приработкой (прикаткой) после нанесения вещества на поверхность. В результате создается покрытие, которое отслаивается, растрескивается и свойства которого не воспроизводятся в различных условиях применения.

Сущность предлагаемого способа состоит в том, что создать защитное покрытие с заданными свойствами можно только с помощью вещества, в котором все реакции соединения компонентов завершены и которое до нанесения на поверхность обладает всеми необходимыми, в том числе и каталитическими, свойствами для формирования покрытия.

В соответствии с предлагаемым способом для создания защитного покрытия используют вещество, полученное способом по п.1 Формулы изобретения, в котором сформированы поликристаллические комплексы, содержащие ОМКС.

Каждая мельчайшая частица такого вещества - поликристаллический комплекс - сохраняет все заданные свойства не только при нанесении на поверхность, но и при эксплуатации. Результат нанесения такого поликристаллического вещества на различные поверхности, т.е. свойства покрытия, легко оценить, при необходимости - скорректировать количественный или качественный состав смеси, а также процесс получения вещества и обеспечить не только требуемые свойства защитного покрытия, но и воспроизводимость этих свойств в различных условиях эксплуатации.

Важным существенным преимуществом предлагаемого способа создания покрытия на поверхности перед известными является то, что в поликристаллическом веществе сформированы ОМКС, обладающие повышенной активностью и придающие покрытию каталитические свойства.

Именно каталитические мицеллярные образования, содержащие в связанном состоянии молекулы воды, создают в зоне взаимодействия тела трения с веществом для покрытия многочисленные активные центры, которые в соответствии с предлагаемым способом активируют процессы создания покрытий на различных материалах и в различных сочетаниях.

При нанесении на поверхность тела трения поликристаллического вещества для защитного покрытия, содержащего ОМКС, в приповерхностном слое происходит активное взаимодействие обращенных мицелл с неподвижными атомами вещества тела трения, в результате чего возникают ансамбли молекул, вплоть до доменов.

При разрушении кристаллов под действием механических сил, возникающих при взаимодействии контактирующих тел, локально, в микрообъемах и в течение микросекунд, выделяется громадная энергия (до 10 КэВ) и происходят физико-химические процессы, в результате которых защитное покрытие формируется по площади и по толщине (глубине).

Таким образом только покрытия, создаваемые по предлагаемому способу, обладают свойством формирования геометрии поверхности контактирующих тел, которое происходит по минимуму энергии контакта практически мгновенно при эксплуатации. В результате не только отпадает необходимость прикатки, но и улучшается энергетическое взаимодействие контактирующих тел, т.е. снижается температура узла трения.

Существенным преимуществом предлагаемого способа создания защитного покрытия перед известными является также то, что благодаря использованию вещества, полученного способом по п.1 Формулы изобретения, появилась возможность наносить защитное покрытие не только на металлические, но и на неметаллические материалы, например резину, древесину или камень. При нанесении вещества, содержащего поликристаллические комплексы с ОМКС, например на резину, на ее поверхности создается защитное покрытие, не уступающее по прочности и эластичности основному материалу.

Таким образом, благодаря предлагаемому способу удается придать новые свойства традиционным узлам: снизить шум и увеличить ресурс редукторов и подшипников, защитить от износа рельсы и колеса, уменьшить коэффициент трения и улучшить герметичность сальниковых уплотнений, улучшить скольжение в слипах и т.п. (п.5 Формулы).

В соответствии с предлагаемым способом для создания защитного покрытия вещество, полученное способом по п.1 Формулы, наносят на контактирующие металлические и неметаллические поверхности с помощью связующего.

В качестве связующего могут быть применены различные вещества, например фторкаучук, растворенный в одном из кетонов, например в ацетоне.

Густую смесь коллоида со связующим, выполненную, например, в виде стержня (карандаша), наносят на открытые контактные поверхности, например поверхности рельс и (или) колес. Смесь коллоида со связующим, выполненную в виде распыляемого состава, наносят на защищаемую поверхность, например, новых изделий пульверизатором. Кроме того, коллоид вводят в масло, загущенное наполнителем, например полипропиленом, до получения смазки различного назначения, например, для подшипников качения или скольжения.

Полученное в соответствии с предлагаемым способом защитное покрытие превосходит все известные потому, что при взаимодействии поликристаллического вещества, содержащего ОМКС, с матрицей металла контактирующего тела создается противоизносное защитное покрытие, заполняющее все микротрещины и неровности поверхности этого тела и образующее с этим телом единое целое.

В результате только с помощью предлагаемого способа удается создать высокопрочное износостойкое защитное покрытие и восстановить первоначальную геометрическую форму контактирующих тел.

Особенно наглядно это подтверждается при нанесении вещества для защитного покрытия с помощью связующего на поверхности зубчатых колес или других изделий с поверхностью сложной формы, в том числе - на режущие кромки инструментов, например, токарных резцов, фрез и т.п.

Для восстановления первоначальной геометрической формы, например режущей кромки резца, наносят вещество для защитного покрытия со связующим, выполненное в виде карандаша, на абразивный круг. В процессе заточки, при контакте резца с таким кругом, вещество заполняет все неровности режущей кромки, т.е. происходит укрепление и восстановление ее первоначально острой и ровной формы.

При нанесении вещества для покрытия с помощью связующего в виде смазки в зону контакта тел трения, например цилиндрических, конических или червячных колес редукторов, на них создается защитное органо-металлокерамическое покрытие, в результате чего восстанавливается форма поверхности, уменьшаются коэффициент трения, уменьшаются нагрев, износ и увеличивается ресурс редукторов.

Уникальные свойства покрытия, получаемого по предлагаемому способу, проявляются при внесении вещества для покрытия со связующим в виде смазки в сальниковое уплотнение, например, гребного вала судна. Созданные таким образом на металле и на резине износостойкие покрытия обеспечивают наилучшее скольжение, герметичность и антикоррозийную защиту контактирующих поверхностей.

Существенные преимущества предлагаемого способа перед известными проявляются также при нанесении вещества для защитного покрытия со связующим в виде смазки на направлящие слипов, так как при спуске на воду морских (речных) судов обеспечиваются наилучшее скольжение и защита от задиров и износа металлических и деревянных трущихся поверхностей (п.6 Формулы).

В тех случаях, когда размещение вещества для защитного покрытия на поверхности затруднено, в соответствии с предлагаемым способом создания защитного покрытия на поверхности вещество для покрытия, полученное способом по п.1 Формулы, вводят в промежуточную среду, контактирующую с поверхностью.

Одним из примеров создания такого покрытия является введение вещества для покрытия в топливо для нанесения защитного покрытия на внутреннюю поверхность всех узлов топливной системы двигателя ДВС, включая топливный насос, карбюратор (инжектор), а также - на поверхности узлов камеры сгорания двигателя с кольцами и клапанами.

При внесении поликристаллического вещества, содержащего ОМКС, в топливо, например в бензин, происходит быстрое распределение имеющих идеальную сферическую форму мицелл, нерастворимых в бензине, по всему объему топлива. Каждая мицелла содержит молекулы воды, кроме того, в бензине всегда присутствуют следы воды, в которой вещество для покрытия растворяется. Атомы ОМКС обладают большой подвижностью и в присутствии воды вступают в химические реакции, в результате которых в топливе разрушаются сложные ансамбли и происходит насыщение его компонентами, растворенными в углеводородах. В результате в топливе повышается парциальное давление атомарного водорода (протон с низкотемпературной плазмой) и ослабляются связи бензольного кольца, т.е. происходит активация топлива.

При контакте активированного топлива со стенками топливной системы и входящих в нее устройств происходит очистка стенок от отложений и нанесение металлокерамического защитного покрытия на контактирующие с топливом поверхности: бензобака, бензонасоса, карбюратора с жиклерами и т.п. На такой защищенной поверхности не происходит отложения примесей топлива, например серы, которая коагулируется, а в карбюраторе - не засоряются жиклеры.

При попадании активированного топлива (топливовоздушной смеси, ТВС) в камеру сгорания изменяется процесс сгорания топлива.

Во-первых, активированное топливо изменяет все предпламенные процессы. Скорость распространения волны горения в камере сгорания составляет 1,5 м/с, акустической волны - 300 м/с, а лучевой радиации - 3×10⁸ м/с, поэтому в ТВС, насыщенной активными комплексами, протонами и низкотемпературной плазмой (атомарный водород), под действием лучевой и акустической энергии электроискрового разряда раньше всего разрушаются углеродные связи бензольного кольца. В результате происходит более полное сгорание компонентов топлива, в том числе и ядовитых.

Во-вторых, в связи со значительным увеличением количества центров активации возрастает эффективность воспламенения ТВС.

В-третьих, вследствие выгорания лиганд из поликристаллических комплексов на поверхностях всех узлов камеры сгорания (цилиндра, поршня, а также клапанов) формируется пористое металлокерамическое покрытие, уменьшающее коэффициент трения и износ.

В-четвертых, скорость распространения волны горения у стенки камеры сгорания с металлокерамическим покрытием становится ниже, а по объему (с комплексами) - выше, чем без покрытия, в результате чего антидетонационные свойства камеры повышаются, что позволяет использовать топливо с меньшим октановым числом. Кроме того, момент начала воспламенения ТВС (угол зажигания) соответствует наилучшему положению поршня.

В результате благодаря предлагаемому способу нанесения защитного покрытия на поверхности, в соответствии с которым вещество для покрытия наносят на поверхность путем введения его в среду, контактирующую с поверхностью, в двигателе ДВС, например, происходит более полное сгорание топлива, повышается эффективность, уменьшается расход топлива, значительно увеличивается ресурс и многократно уменьшается токсичность выхлопных газов.

Введение вещества для покрытия в любые углеводородсодержащие среды, в соответствии с предлагаемым способом, можно использовать для защиты внутренней поверхности бензопроводов, емкостей для хранения и перевозки топлива, установок для переработки нефте- и бензопродуктов и др.

Из вышеизложенного следует, что при введении, в соответствии с предлагаемым способом, вещества для покрытия в промежуточную среду, контактирующую с поверхностью, поверхность любой сложности очищается от отложений и на ней создается защитное металлокерамическое покрытие. В результате не только отпадает необходимость прикатки, но и происходит активация промежуточной среды, значительно улучшающая ее свойства.

Такими свойствами не обладает ни один из известных способов создания защитных покрытий на поверхности (п.7 Формулы).

Таким образом задача, поставленная при разработке способа создания защитного покрытия на поверхности, решена полностью.

Впервые благодаря предлагаемому способу создания защитного покрытия на поверхности, предусматривающему использование вещества для покрытия, полученного способом по п.1 Формулы изобретения, в котором до нанесения на поверхность сформированы поликристаллические комплексы, содержащие обращенные мицеллярные каталитические системы, удалось создать уникальное и универсальное защитное покрытие, существенно превосходящее известные по своим свойствам.

Такое покрытие можно наносить не только на поверхности из металла, но также и из резины, дерева или камня. Покрытие, созданное по предлагаемому способу, придает поверхностям тел трения антикоррозийные, антифрикционные, фрикционные, противоизносные и др.свойства.

Благодаря разработанному способу теперь можно наносить с помощью связующего вещество для защитного покрытия, выполненное в виде стержня (карандаша), распыляемого состава или смазки, на поверхности рельс, колес, зубчатых зацеплений редукторов, режущих инструментов, подшипников, сальников, слипов, а также на поверхности других узлов трения.

Во всех случаях использования предлагаемого способа на контактирующих поверхностях создается защитное покрытие, обеспечивается наиболее энергетически выгодная геометрия поверхности, уменьшается коэффициент трения, нагрев, износ и увеличивается ресурс.

Благодаря предлагаемому способу создания защитного покрытия на поверхности теперь можно наносить покрытия на труднодоступные поверхности внесением вещества для защитного покрытия в среду, например в топливо, контактирующее с поверхностью, например топливной системы двигателя ДВС, включая камеру сгорания.

Таким способом можно наносить защитное покрытие также на внутренние поверхности цистерн для перевозки топлива, баков для хранения и перекачки топлива, топливопроводов заводов и бензоколонок.

Во всех случаях внесения в среду, контактирующую с поверхностью, вещества для защитного покрытия, созданного способом по п.1 Формулы, проявляется уникальное свойство активации этой среды, например топлива, в результате чего осуществляется очистка и защита внутренних поверхностей всех узлов, контактирующих с топливом, повышается эффективность сгорания, используется топливо с меньшим октановым числом, увеличивается эффективность и ресурс двигателя, уменьшается токсичность выхлопных газов и улучшается экология.

Оценку свойств предлагаемых способа получения вещества для защитного покрытия и способа создания защитного покрытия на поверхности проводили комплексно, введением вещества для покрытия, созданного способом по п.1 Формулы изобретения, в топливную систему бензинового двигателя ДВС.

Вещество для покрытия создали из смеси крупностью не более 1 мм, в следующем составе, мас.%:

серпентинит23,0сиенитовый концентрат25,0сфеновый концентрат24,0колумбит7,1цезия галогенид брома0,249рубидия галогенид брома0,249лантан1,0церий1,0неодим1,0осмистый иридий0,002этилен-диамин-тетрауксусной- кислоты-динатриевой-соли-дигидрат17,4

в процессе гидротермального синтеза в автоклаве при температуре 300°С и давлении 200 кг/см² в течение 15 часов с последующей сепарацией коллоида крупностью 0,5 мкм и обезвоживанием его сушкой при температуре 100°С до получения вещества в виде эмульсии.

Вещество для защитного покрытия вводили в бензин в соотношении 1:10000. Для этого при заправке двигателя ДВС бензином вещество для защитного покрытия объемом 4 мл, выливали в горловину топливного бака объемом 40 л. При заливке происходило перемешивание бензина с веществом, активация и, в дальнейшем, распространение вещества для покрытия по топливной системе двигателя вплоть до камеры сгорания.

В результате эксплуатации двигателя ДВС с бензином, содержавшим вещество для защитного покрытия, созданное способом по п.1 Формулы изобретения, было получено:

- снижение расхода топлива на 8,7% в городе и на 7,8% на трассе;

- снижение уровня СО в выхлопных газах в 3-4 раза;

- повышение компрессии по цилиндрам, соответственно, от - до: 7,8-8,9; 8,1-8,8; 9,0-9,2; 8,2-8,9;

- улучшение холодного пуска двигателя;

- снижение времени разгона до скорости 100 км/час на 18%.

После разборки двигателя автомобиля, прошедшего 50 тыс.км, оказалось, что на стенках камеры сгорания и на поверхностях колец, поршня и клапанов действительно нанесено металлокерамическое пористое покрытие, обеспечившее, кроме вышеуказанного, значительное увеличение ресурса двигателя, так как на поверхностях всех деталей камеры сгорания не обнаружено следов износа или повреждения покрытия.

Таким образом, в результате испытаний полностью подтверждены возможность нанесения и высокое качество защитного покрытия на поверхности камеры сгорания, а также улучшение характеристик двигателя ДВС, достигнутые введением в бензин вещества в соответствии с предлагаемыми способом получения вещества для защитного покрытия и способом создания защитного покрытия на поверхности.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в других областях, в которых необходимо создать защитные покрытия, например в двигателях внутреннего сгорания. Предложен способ получения вещества для защитного покрытия, включающий получение смеси компонентов (серпентинит, сиенитовый концентрат, сфеновый концентрат, колумбит, редкоземельные компоненты - лантан, церий и неодим, галогениды цезия и рубидия, осмистый иридий, этилен-диамин-тетрауксусной кислоты-динатриевой-соли-дигидрат), формирование в смеси поликристаллических комплексов, содержащих обращенные мицеллярные каталитические системы, путем гидротермального синтеза в автоклаве при воздействии температуры и давления. Предложен также способ создания защитного покрытия на поверхности, включающий нанесение вещества для защитного покрытия на поверхность, полученного указанным выше способом. Изобретение позволяет создать защитное покрытие, обеспечивающее антикоррозийность, антипригарность, фрикционность, антифрикционность, а также компенсацию износа и восстановление первоначальной геометрической формы контактирующих поверхностей, в том числе режущих кромок инструментов. 2 н. и 5 з.п. ф-лы.

1. Способ получения вещества для защитного покрытия, включающий получение смеси компонентов, отличающийся тем, что получают смесь крупностью не более 1 мм при следующем содержании компонентов, мас.%:

Серпентинит20-30Сиенитовый концентрат20-30Сфеновый концентрат20-30Колумбит1-15Редкоземельные компоненты - лантан, церий и неодим в равных количествах1-15Щелочные компоненты - галогениды цезия и рубидия в равных количествах0,1-0,5Осмистый иридий0,001-0,003Этилен-диамин-тетрауксусной- кислоты-динатриевой-соли-дигидрат15-20

в смеси формируют поликристаллические комплексы, содержащие обращенные мицеллярные каталитические системы, путем гидротермального синтеза в течение 10-24 ч в автоклаве при воздействии температуры в пределах 200-350°С и давления в пределах 150-250 кг/см², затем из отстоя полученного раствора сепарируют коллоид с частицами и обезвоживают его сушкой при температуре не более 120°С.