СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ПОКРЫТИЯ НА ТРУЩИХСЯ ПОВЕРХНОСТЯХ Российский патент 2008 года по МПК C10M125/26 C23C24/02 

Предлагаемое изобретение относится к способу формирования прочного износостойкого покрытия на трущихся поверхностях узлов трения и механизмов.

Известен способ образования защитного покрытия на трущихся металлических поверхностях при исходной смеси минералов, содержащей офит 50-80 мас.%, нефрит 10-40 мас.%, шунгит 1-10 мас.%, путем измельчения компонентов до размера частиц 5-10 мкм и их перемешивания. Состав подается в узлы трения со смазкой [1].

Наиболее близким к заявленному способу является способ формирования покрытия на трущихся поверхностях, в котором проводят измельчение смеси минералов, содержащей серпентин в виде смеси хризотил-асбеста, офита, антигорита, лизордита, амфибола, пирофиллита, ПАВ, и с получением твердосмазочной композиции с дисперсностью 1-40 мкм, с последующей механоактивацией композиции размещением полученного состава между трущимися поверхностями [2].

Однако известное изобретение не обеспечивает формирования покрытия, прочносвязанного с поверхностью трения.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является многократное повышение износостойкости по всей геометрии деталей в узлах трения при эксплуатации машин и механизмов.

Для достижения технического результата предлагается способ формирования покрытия на трущихся поверхностях путем измельчения исходной смеси минералов, включающей в мас.%: серпентин 78,1-82,5, оливинит 3,5-4,5, амфибол 2,2-4,1, тремолит 2,4-2,5, нефрит 0,7-0,8, гетит 2,4-2,8, редкоземельные элементы 2,3-2,5, ПАВ 1,0-2,5, катализатор 1,5-2,5, композиция проходит механоактивацию.

Компоненты, измельченные до размера 0,001-0,1 мкм, проходят магнитную сепарацию, затем их помещают в ванну со структурированным маслом и проводят ультразвуковым генератором диспергацию, при этом в среднем 20% частиц дробят до наноразмера и полученную композицию добавляют в смазки, которые подают на трущиеся поверхности.

Сущность предлагаемого изобретения.

В основу изобретения положен способ формирования прочного износостойкого защитно-ресурсного ремонтного булатируемого покрытия и избирательной компенсации при износе поверхности трения всех трущихся механизмов на основе железа и деталей машин в процесс режима штатной эксплуатации. Способ включает измельченную исходную смесь композиции минералов, содержащую: серпентин 78,1-82,5 мас.%, оливинит 3,5-4,5 мас.%, амфибол 2,2-4,1 мас.%, тремолит 2,4-2,5 мас.%, нефрит 0,7-0,8 мас.%, гетит 2,4-2,8 мас.%, редкоземельные элементы 2,3-2,5 мас.%, ПАВ 1,0-2,5 мас.%, катализатор 1,5-2,5 мас.%. Для получения предлагаемой композиции проводят механоактивацию и магнитную сепарацию с дисперсностью 0,001-0,1 мкм, затем ультразвуковым генератором частицы дробят до наноразмера, полученную композицию добавляют в смазки и подают в узлы трения.

Для формирования защитно-ресурсного ремонтного булатируемого покрытия на контактирующих поверхностях размещают смазки механоактивируемой смеси и падают на поверхность трения, где происходит формирование защитно-ресурсного покрытия в процессе эксплуатации механизмов. Исследования по рентгенографии показали, что сформированное покрытие на деталях по своей структуре напоминает «булат», так называемый псевдобулат. Деталь сохраняет свою структуру, а соприкосаемая кромка детали приобретает сверхпрочность «булата», т.е. происходит булатирование покрытия.

Серпентин - слоистый силикат состоит из двух сеток [Si₄O₅]^2-, соединенных вместе катионами в комплектные пакеты состава [Si₄O₁₀]^4-. Наличие нескомпенсированного электростатического заряда обусловлено тем, что, с одной стороны, сетки из кремнекислородных тетраэдров имеют одну свободную валентность, что определяет появление только на одной стороне сетки тетраэдров отрицательного заряда. В сдвоенных пакетах [Si₄O₁₀]^4- отрицательные заряды обеих сеток направлены внутрь пакета и скомпенсированы катионами Mg.

При воздействии трения избирательная компенсация в узлах трущихся поверхностей обусловлена самоорганизующимся процессом формирования защитно-ресурсного ремонтного булатируемого покрытия. Зону контакта трущихся поверхностей рассматривают как термодинамическую систему, где происходит обмен энергии трущихся поверхностей с внешней средой защитно-ресурсного ремонтного булатируемого покрытия, при этом происходит гибридизация углерода в защитно-ресурсном ремонтном булатируемом покрытии и образование гетероатомных кристаллов. Так как температура в узлах трения трущихся деталей в микрообъемах достигает 900-1500°С, то на микроуровне происходит микровзрыв, осуществляющий легирование деталей. В процессе трения защитно-ресурсного ремонтного булатируемого покрытия происходит освобождение энергии с активным поведением ионов активированного композита с потерей кристаллизационной воды, что приводит к замещению лигантов (активных молекул) с поверхностным смещением кристаллической решетки и замещением атомов железа на атомы, из которых изготовлены восстанавливаемые детали. Этот процесс сопровождается интенсивной очисткой поверхностного слоя от загрязнений и образованием булатируемого покрытия. Происходит сильное уплотнение поверхности металла деталей. Внедрение в поверхность металла атомов сопровождается потерей кристаллизационной воды, где кристаллы становятся одновременно усилителями процесса для наращивания ремонтного булатируемого покрытия. Композиция не уносится из зоны трения, так как она магнитная и может ориентироваться по направлениям векторов электромагнитных полей, в состав входят магнитный минерал - серпентин.

В месте с тем в предлагаемую смесь минералов вводят катализатор, представляющий собой природный минерал, например силикагель, для ускорения процесса формирования покрытия в количестве 1,5-1,6 мас.%.

Композиция используется в качестве добавок к смазкам любой вязкости в железнодорожном и автомобильном транспорте, горнообогатительных комбинатах, оборудовании судов и т.п. После подачи композиции смазки на трущиеся поверхности для формирования покрытия в узле трения осуществляем несколько перезапускав, чтобы композиция растеклась по всей поверхности детали. При этом детали контактируют на очень малой площади, составляющей 0,01-0,0001 номинальной площади сопряженных поверхностей, отсюда следует чем меньше частица, тем большую площадь она занимает.

Увеличение ресурса, трущихся механизмов осуществляют путем использования сформированного защитно-ресурсного ремонтного булатируемого покрытия на узлах трения в штатной эксплуатации при добавлении в смазку композиции природных минералов.

Пример 1

Проверка эффективности способа формирования защитно-ресурсного ремонтного булатируемого покрытия и избирательно компенсации на дизеле тепловоза ТЭМ2УМ №1028 при соотношении мас.%: серпентин - 82,5, оливинит - 4,0, амфибол - 2,5, тремолит - 2,5, нефрит - 0,8, гетит - 2,5, редкоземельные элементы - 2,5, ПАВ - 1,1, катализатор - 1,6 со структурированным маслом в качестве органического связующего из расчета состава 0,01 г на 500 г штатной смазки.

Эффективность технологии оценивалась по изменению параметров дизеля после обработки цилиндропоршневой группы, кривошипно-шатунной группы, топливной аппаратуры, регулятора частоты оборотов. Измерения производятся штатным оборудованием станции реостатных испытаний с применением контрольной аппаратуры «кипарис».

Контролируемые параметры на этапе предварительных испытаний:

- давление сжатия в цилиндрах;

- давление масла;

- температура масла;

- расход топлива на режиме холостого хода.

Результаты замеров сведены в таблицу.

ПараметрыДо обработкиПосле обработкиДавления сжатия123456123456 25-25262524273230343333Давление масла2,3 кг/см² (позиция «0»)2,6 кг/см² (позиция «0»)Температура масла68°С (позиция «0»)62°С (позиция «0»)Расход топлива7.3 кг/ч (позиция «0»)6,375 кг/ч (позиция «0»)

Контроль параметров дизеля производится после обработки двигателя в течение часа на режиме холостого хода и работы под нагрузкой в течение 30 минут.

В результате обработки дизеля среднее давления сжатия в цилиндрах увеличилось на 6,4 кг/см² (25,6%), расход топлива на режиме холостого хода (позиция «0») снизился на 0,925 кг/см² (12,6%).

Использование предлагаемой композиции в двигателях, механизмах позволяет снизить износ узлов трения в 2-5 раз, уменьшить потери на трения в 3 раза, осуществить восстановление компрессии в ДВС без их разборки.

Пример 2

Марка автомобиля - ТАТРА.

Проверка эффективности способа формирования защитно-ресурсного ремонтного булатируемого покрытия и избирательной компенсации в узлах трущихся поверхностей при соотношении в мас.%: серпентин - 80,0, оливинит - 4,0, тремолит - 2,5, амфибол - 2,5, нефрит - 0,8, гетит - 2,7, редкоземельные элементы - 2,5, ПАВ - 2,5, катализатор - 2,5 со структурированным маслом в качестве органического связующего из расчета состава 0,05 г на литер штатной смазки.

Обработка проводилась 2 раза.

Общий пробег - показания спидометра 630000 км. Вторая обработка после пробега 95000 тыс.км.

Достигнуты, следующие результаты.

1. Довление масла:

замеры проводились на прогретом двигателе до 40°С

 Р холостого хода (кгс/см²)Р при средних оборотах (кгс/см²) n=1000 об/минР при tax оборотах (кгс/см²)Замеры до первой обработки с пробегом 630000 км1,03,03,0Замеры после первой обработки3,03,83,8Замеры после пробега 30000 км3,94,04,0Замеры до второй обработки пробег 95000 км2,03,94,1Замеры после второй обработки через 80002,14,04,1

2.Отмечен рост компрессии по цилиндрам

№ цилиндра12345678910СредЗамеры до первой обработки 23.09.2002 г.22,520,022,520,520,024,022,023,022,024,022,5Замеры после первой обработки через 2500 км25,023,025,023,024,025,025,024,524,525,024,45Замеры после пробега 30000 км 20.05.2003 г.27,026,027,524,527,026,026,027,027,028,026,6Замеры до второй обработки 95000 км пробег 17.09.2004 г.29,029,030,030,030,029,029,029,029,029,029,8Замеры после второй обработки через 8000 км пробег 18.11.2004 г.29,529,530,530,030,029,530,529,529,529,529,8

Средний рост компрессии по цилиндрам составил 1.6%.

Происходит снижение СО, СН, снижается расход топлива на 30%, что позволяет улучшить в целом роботу всех деталей и самого двигателя, т.е. произошло восстановление без разборки.

Использованные источники информации

1. Патент РФ №2135638, МПК С23С 26/00, С10М 125/00, опубл. 27.08.99 г.

2. Патент РФ №2179270, МПК F16С 33/14, опубл. 10.02.2002 г.

Изобретение относится к способу формирования прочного износостойкого покрытия на трущихся поверхностях узлов трения и механизмов. Сущность: проводят механоактивацию измельченной смеси минералов, магнитную сепарацию с дисперсностью 0,001-0,1 мкм и в структурированном масле осуществляют ультразвуком диспергацию, при этом порядка 20% частиц доводят до наноразмера. Полученную твердосмазочную композицию добавляют в смазку и смазку подают на трущиеся поверхности с последующей приработкой до формирования защитно-ресурсного ремонтного булатируемого покрытия. Смесь минералов содержит в мас.%: серпентин 78,1-82,5, оливинит 3,5-4,5, амфибол 2,2-4,1, тремолит 2,4-2,5, нефрит 0,7-0,8, гетит 2,4-2,8, редкоземельные элементы 2,3-2,5, ПАВ 1,0-2,5, катализатор 1,5-2,5. Технический результат - повышение износостойкости по всей геометрии деталей в узлах трения при эксплуатации машин и механизмов. 1 табл.

Способ формирования покрытия на трущихся поверхностях путем измельчения исходной смеси минералов, включающей серпентин, амфибол, офит и ПАВ, механоактивацию полученной твердосмазочной композиции, размещением полученного состава между трущимися поверхностями, отличающийся тем, что осуществляют формирование защитно-ресурсного ремонтного булатируемого покрытия путем изготовления измельченной композиции, содержащей исходную смесь минералов в составе: серпентин, оливинит, амфибол, тремолит, нефрит, гетит, редкоземельные элементы, ПАВ, катализатор, получая твердосмазочную композицию, затем проводят механоактивацию, магнитную сепарацию с дисперсностью 0,001-0,1 мкм и в структурированном масле осуществляют ультразвуком диспергацию, при этом порядка 20% частиц доводят до наноразмера, затем полученную твердосмазочную композицию добавляют в смазку и смазку подают на трущиеся поверхности при следующем содержании минералов в смеси, мас.%:

серпентин78,1-82,5оливинит3,5-4,5амфибол2,2-4,1тремолит2,4-2,5нефрит0,7-0,8гетит2,4-2,8редкоземельные элементы2,3-2,5ПАВ1,0-2,5катализатор1,5-2,5