СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИТНОЙ СМЕСИ ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ ПОКРЫТИЯ НА ТРУЩИХСЯ ПОВЕРХНОСТЯХ Российский патент 2010 года по МПК C10M177/00 C10M125/00 C10N50/02 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к способу получения композитной смеси для использования в трибосопряжениях, включающей связующее (масло И-8), несколько видов наноразмерных частиц SiO₂, FeO, Fе₂O₃, Na₂O, K₂О, получаемых транспортированием водородом из нагретых природных глин, также транспортированием водород продуктов первичной сажи, получаемых на электрической дуге электролизных электродов, твердосмазочную композицию, получаемую путем помола смеси из: серпентина, магниевого концентрата и поверхностно-активного вещества (ПАВ- ОП-7),до размеров частиц 1…40 мкм.

Известны несколько способов получения частиц диоксида кремния различного размера.

По патенту РФ 2079429 получают высокодисперсный диоксид кремния из силиката натрия с помощью соляной кислоты и ПАВ. Размеры частиц не сообщаются [1].

По патенту FR заявка 95112453 от 12.08.1994 г.[2] получают также диоксид кремния способом осаждения. Размеры частиц не сообщаются. Оба способа многостадийные и сложные для реализации в производстве и не предусматривают одновременного получения нескольких видов наноразмерных частиц.

По патенту РФ 2067077, заявка 94002568/26 от 26.01.1994 г. «Способ получения ультрадисперсного SiO и устройство для его осуществления» [3] диоксид кремния получают из паровой фазы с размерами частиц и с удельной поверхностью 100 м²/г. Получаемый порошок диоксида кремния имеет большие размеры частиц, а в устройстве используется дорогостоящий ускоритель электронов.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков и назначению является «Способ формирования покрытия на трущихся поверхностях», патент RU 2179270 [4]. По указанному способу для трущихся поверхностей используют смесь масла И-8 и твердосмазочной композиции, которая является продуктом помола до 1…40 мкм, серпентина, амфибола, прирофиллита и ПАВ (ОП-7). Недостаток: твердосмазочная композиция не содержит реакционноспособных наноразмерных частиц для формирования прочного покрытия на трущихся поверхностях.

Целью предлагаемого изобретения является повышение технологичности способа получения композитной смазочной смеси на основе масла И-8, наноразмерных частиц, первичной сажи и твердосмазочной композиции.

Поставленная цель достигается за счет использования в качестве компонентов композитной смазочной смеси природного серпентина, магниевого концентрата, являющегося отходом очистки геотермальных вод, ПАВ в предлагаемых процентах от массы с применением наноразмерных частиц SiO₂, FeO, Fе₂O₃, Na₂O, K₂О, получаемых путем переноса водородом в барбатер с маслом из нагретых в печи мелкодисперсных природных глин и первичной сажи, получаемой при сжигании в электрической дуге электролизных электродов и смешиванием полученной смеси с твердосмазочной композицией.

Твердосмазочная композиция включает исходные материалы (ингредиенты) в следующих мас.%: серпентин - 7,5-11,5; магниевый концентрат - 25-35; ПАВ - 45-65.

Смесь наноразмерных частиц, активной сажи и масла включает в мас.%:

масло И-8 остальное сверх 100 наноразмерные частицы в сумме 53 первичная сажа 47

Между трущимися поверхностями размещают состав, содержащий, мас.%:

твердо-смазочная композиция 1,5 наноразмерные частицы в сумме 0,825 первичная сажа 0,675 связующее 97.

Твердосмазочная композиция готовится путем совместного помола серпентина, магниевого концентрата и ПАВ в вышеуказанных массовых процентах до тонкости помола 1…40 мкм и добавляется в вышеуказанных процентах в смесь, полученную в барбатере.

Первичная сажа - активная сажа, получаемая путем сжигания без доступа кислорода при сжигании в дуге электролизных электродов с размерами частиц 1-50 нм.

Наноразмерные частицы - частицы SiO₂, FeO, Fе₂O₃, Na₂O, K₂O, получаемые из дегидратационного диспергирования гидратированных природных глин при температуре от 200 до 600°С в кварцевой трубке, переносом их в потоке газа (водорода) и осаждения в барбатере с маслом И-8. Размеры наночастиц - 1-20 нм.

Серпентин - природный материал, представляющий собой смесь: хризотил-асбеста, офита, антигорита и лизардита в мас.ч. 1:3, 5:2, 5:3.

Магниевый концентрат это отход, получаемый при очистке высокоминерализованных термальных вод, содержащий оксидов в мас.%: MgO 80-88, CaO 10-18, FeO-AlO 0,2-2,2, SiO 1,6-3,5.

ПАВ - (поверхностно-активное вещество) в нашем случае ОП-7.

В предлагаемом способе реакционноспособную активную часть смазочной смеси получают по простой схеме с минимальным количеством технологических операций.

Предлагаемый способ заключается в упрощении технологии получения одновременно нескольких видов наноразмерных частиц из природной глины и сажи для формирования износостойкого покрытия на трущихся поверхностях. При высоких значениях давления и температуры в контактных зонах трибосопряжения наночастицы совместно с микрочастицами внедряются в поверхностный слой металла с потерей водорода из частиц первичной сажи (которые могут удержать до трех молекул водорода), а также происходит образование соединения кремния с углеродом, гибридизация углерода в поверхностном слое, образование твердого раствора карбида железа и силикатов железа.

Смазочная композитная смесь, полученная предлагаемым способом, отличается своей структурой от известных композитных смесей тем, что в ней содержится несколько видов компонентов, одновременно получаемых в одной установке. Предлагаемая технология, устройство и смазочная смесь применимы в различных отраслях промышленности для повышения работоспособности деталей трибосопряжений.

На чертеже представлена схема устройства для получения смазочной композитной смеси для трущихся поверхностей на основе масла И-8, наноразмерных частиц и первичной сажи.

Устройство для осуществления предлагаемого способа включает кварцевую трубку 1 с природной глиной 2, электропечь 3, источник водорода 4, охладитель 5, барбатер с маслом И-8 6, медную водоохлаждаемую трубку 7 с водоохлаждемыми электродами 8 из электролизных электродов.

Способ осуществляется следующим образом.

Исходную глину, например, Семеновского месторождения после промывания и измельчения высушивают до постоянной массы и помещают в кварцевую трубку 1, которая расположена в электропечи и соединена одним концом с источником водорода 4, а другим с охладителем 5, соединенным с барбатером 6 с маслом И-8. Затем из кварцевой трубки 1 вытесняют воздух водородом и включают электрическую печь 3. Глину 2 нагревают до 600°С и выдерживают при этой температуре в течение одного часа. Потоком водорода наноразмерные частицы SiO₂, FeO, Fе₂О₃, Na₂O, K₂O уносятся в барбатер с маслом.

Качественным и количественным хромотографическим анализами пробы масла из барбатера устанавливают содержание наноразмерных частиц, получаемых в течение одного часа. Они должны быть в мас.% следующие: SiO₂ 20-25, FeO 8-11, Fе₂О₃ 6-8, Na₂O 5-7, К₂О 6-10. Затем барбатер подключается к другой части установки, предназначенной для получения первичной сажи, где в начале также вытесняется воздух водородом из медной трубки и включается электрическая дуга между графитовыми электролизными электродами. Затем также хромотографическим анализом определяем содержание первичной сажи в мас.% в барбатере. По достижении ее содержания в масле барбатера 44…46% (от общего количества добавок в масле) процесс насыщения останавливаем и недостающую часть до требуемых 47% сажи собираем со стенки водоохлаждаемой медной трубки. Для получения смеси первичной сажи с фуллеренами собранную со стенок медной трубки сажу можно обработать в кипящем толуоле.

Окончательную смесь из твердосмазочной композиции и смеси, полученной в барбатере, подвергают механоактивации ультразвуком, и при необходимости добавляя масло И-8.

Смазочная смесь в количестве 200 г должна содержать: твердосмазочную композицию в количестве 1,5 г, наноразмерные частицы и первичную сажу в сумме - 1,5 г, масло И-8 в количестве 197 г, что соответствует составу, размещаемому между трущими поверхностями в мас.%: твердосмазочная композиция 1,5%, наноразмерные частицы в сумме и первичная сажа 1,5% и связующее масло И-8 97%.

Использование предлагаемой композитной смеси в качестве смазки приводит, например, к заметному увеличению толщины зубьев по делительной окружности шестерен (до 0,2 мм).

Кроме этого, предлагаемая смазочная композитная смесь при введении в моторные масла повышает давление в цилиндрах, что свидетельствует об улучшении приработки поршневых колец и гильз цилиндров. При этом наблюдалось повышение мощности двигателей на 10…15% и снижение расхода моторного топлива на 7…10%.

Литература

Аналоги

1. Патент РФ №2079229.

2. Патент FR заявка 95112453 от 12.08.1994 г.

Прототипы

3. Патент RU №2179270 от 10.02.2002 г.

4. Патент РФ №2067077 от 09.27.1996 г.

Использование: в машиностроении. Сущность: композитную смесь для формирования покрытия на трущихся поверхностях получают путем смешения твердосмазочной композиции наноразмерных частиц и первичной сажи, механоактивацию смеси со связующим, размещение ее между трущимися поверхностями и приработку. Наноразмерные частицы (SiO₂, FeO, Fe₂O₃, Na₂O, K₂O) получают путем переноса их в потоке водорода из нагретых природных глин и осаждения в барботере с маслом И-8. Первичную сажу получают при сжигании в электрической дуге электролизных электродов и осаждения в тот же барботер с маслом И-8. Твердосмазочную композицию получают путем помола смеси из серпентина, поверхностно-активного вещества и магниевого концентрата, являющегося отходом очистки геотермальных вод. Технический результат - упрощение технологии получения одновременно нескольких видов компонентов, улучшение приработки поршневых колец и гильз цилиндров, повышение мощности двигателя на 10-15%. 1 ил.

Способ получения композитной смеси для формирования покрытия на трущихся поверхностях на основе серпентина и ПАВ, включающий механоактивацию со связующим, размещение смеси между трущимися поверхностями и ее приработку, отличающийся тем, что включает предварительное получение твердо-смазочной композиции путем смешения серпентина и ПАВ с магниевым концентратом, являющимся отходом очистки геотермальных вод, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
серпентин 7,5-11,5 магниевый концентрат 25-35 ПАВ 45-65,

с последующим добавлением в полученную композицию смеси,
содержащей масло И-8, нано-размерные частицы SiO₂, FeO, Fе₂O₃, Na₂O, К₂О, получаемые путем переноса водородом из нагретых природных глин, и первичной сажи, получаемой при сжигании в электрической дуге электролизных электродов, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
нано-размерные частицы в сумме 53 первичная сажа 47 масло И-8 сверх 100,
при этом размещаемая между трущимися поверхностями композитная смесь содержит, мас.%:
твердо-смазочная композиция 1,5 нано-размерные частицы в сумме 0,825 первичная сажа 0,675 связующее 97