АНТИФРИКЦИОННЫЙ СМАЗОЧНЫЙ МАТЕРИАЛ Российский патент 2011 года по МПК C10M125/10 C10M125/26 C10N50/02 

Изобретение относится к составам для обработки узлов трения металлических поверхностей, а именно к антифрикционному смазочному материалу, и может быть использовано для смазки трущихся поверхностей узлов трения любых машин и механизмов с целью создания стойкого износоустойчивого покрытия металлокерамики на их трущихся поверхностях.

Известно твердосмазочное покрытие [1], содержащее порошкообразный наполнитель и связующее. В качестве порошкообразного наполнителя содержит природную минеральную смесь, включающую, мас.%: Ni 0,2-0,3; Ti 0,66-0,70; Cu 0,10-0,15; Со 0,01-0,05; FeO 10,50-14,50; S 1,20-1,60; Si 36,0-43,0; CaO 3,0-5,0; MgO 21,0-27,0; Al₂O₃ 3,8-4,4; потери при прогреве - остальное, при следующем соотношении компонентов твердосмазочного покрытия, мас.%: природная минеральная смесь указанного состава 0,5-2,0; связующее 98,0-99,5. Кроме того, покрытие содержит указанную природную минеральную смесь с дисперсностью менее 10 мкм.

Недостатком известного твердосмазочного покрытия является незначительное количество в его составе Ni-элемента, способного к легирующему комплексообразованию в узлах трения черного металла, что снижает диффузную связь и микротвердость, износоустойчивость сервовитного покрытия с поверхностью, а также большое содержание FeO, что придает материалу повышенную абразивность, что приводит к нежелательному повышенному износу трущихся пар.

Известна также твердосмазочная композиция для металлических узлов трения [2], содержащая связующее и абразивоподобный компонент на основе природного гидросиликата магния. При этом абразивоподобный компонент дополнительно содержит оксиды металлов, имеющих меньшее сродство к кислороду, чем железо, а также магнитный твердый раствор этих оксидов со структурой шпинели и/или граната при следующем соотношении компонентов, мас.%: природный гидросиликат магния - 65-95; оксиды металлов с меньшим сродством к кислороду относительно железа (в равных количествах) 0,5-10; твердый раствор этих оксидов со структурой шпинели и/или граната 4,5-25. Кроме того, в качестве оксидов металлов с меньшим сродством к кислороду, чем железо, она содержит оксиды марганца, цинка, кобальта, алюминия, кадмия, германия; в качестве магнитных твердых растворов оксидов она содержит шпинели, отвечающие формуле Mn_1-xMe_xFe₂O₄, где Me - Zn²⁺, Co²⁺, Al³⁺, Cd²⁺, Ge⁴⁺, при х=0,01-0,6; в качестве твердых растворов оксидов синтезированы гранаты следующего состава Y₃Fe_5-xMe_xO₁₂, где Me - Со²⁺, Al³⁺, Ge⁴⁺, Mn³⁺, при х=0,01-1,5.

К недостаткам известной твердосмазочной композиции для металлических узлов трения следует отнести низкую теплопроводность трущихся поверхностей узлов трения, за счет чего возникают повышенный их перегрев и потери; отсутствие в ее составе никеля приводит к тому, что не происходит легирование поверхности, а большое содержание абразивных элементов приводит к нежелательному повышенному износу трущихся пар.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому антифрикционному смазочному материалу является известный состав для обработки узлов трения - RVS

[3], содержащий связующее и абразивоподобный компонент на основе природного серпентинита. Он дополнительно содержит катализаторы на основе редкоземельных материалов и добавки в виде органических веществ, а абразивоподобный компонент содержит смесь природных минералов серпентина и Ni-серпентина, имеющего в своей структуре легирующий элемент в виде никеля от 3 до 12% при следующих соотношениях компонентов, мас.%: природный серпентин 1-2, природный Ni-серпентин 2-4, катализаторы и добавки 1-3, связующее 91-96. Этот состав используется для обработки узлов трения с целью создания защитного покрытия металлокерамики на их трущихся поверхностях.

К недостаткам известного состава для обработки узлов трения следует отнести значительные потери при прогревании вследствие отсутствия в составе смеси природных минералов на основе природного серпентинита алюминия, что приводит к низкой теплопроводности, за счет чего возникает повышенный перегрев трущихся поверхностей узлов трения, а также увеличение коэффициента трения, что приводит к нежелательному повышенному износу трущихся пар.

В основу изобретения поставленная задача усовершенствования состава антифрикционного смазочного материала, в котором за счет использования в составе смеси природных минералов других компонентов и другого их соотношения обеспечивается, кроме получения качественного, стойкого износоустойчивого покрытия металлокерамики на трущихся поверхностях, также улучшение теплопроводности, за счет чего исключается перегрев трущихся поверхностей узлов трения, а также значительно уменьшается коэффициент трения, что позволяет повысить эффективность и надежность процесса восстановления этих поверхностей, а также износоустойчивость, долговечность и срок службы (на 20%) работы узлов трения, что приводит к значительной экономии электроэнергии.

Поставленная задача достигается тем, что антифрикционный смазочный материал, содержащий порошкообразную смесь природных минералов на основе природного серпентинита, включающую оксид металла, катализаторы на основе редкоземельных материалов, добавки в виде органических веществ и связующее, согласно изобретению дополнительно содержит белую сажу, а смесь природных минералов содержит серпентинит и Al-серпентинит, который включает оксид металла Al₂O₃ в количестве от 2,0 до 5,7%, при следующих соотношениях компонентов в составе, мас.%:

Природный серпентинит 1-2 Природный Al-серпентинит с Al₂O₃ 2,0-5,7 Белая сажа 5-7 Катализаторы и добавки 1-3 Связующее 84,3-87,0

Вследствие использования заявленного изобретения обеспечивается получение технического результата, заключающего, кроме получения качественного, стойкого защитного металлокерамического покрытия на трущихся поверхностях, также в улучшении теплопроводности, за счет чего исключается перегрев трущихся поверхностей узлов трения, а также значительно уменьшается коэффициент трения.

Для достижения технического результата необходима смесь указанных природных минералов согласно заявленной формуле изобретения.

Использование в составе материала смеси природного серпентинита, являющегося породой, рыжей, которая содержит в своей структуре легирующий элемент в виде никеля и магний, а также природного Al-серпентинита с Al₂O₃, являющимся чистым природным минералом, содержащем в своей структуре больше алюминия, и включает оксид металла Al₂O₃ в количестве от 2,0 до 5,7%, обеспечивает повышение диффузионной связи и микротвердости сервовитного покрытия. Это приводит, кроме получения качественного, стойкого износоустойчивого защитного металлокерамического покрытия на трущихся поверхностях, к улучшению теплопроводности, за счет чего исключается перегрев поверхностей трущихся узлов трения, а также значительно уменьшается коэффициент трения. Это позволяет при использовании предложенного материала для финишной антифрикционной приработки природными зеркалами скольжения повысить процесс восстановления этих поверхностей и надежность, износоустойчивость, долговечность и срок службы (на 20%) работы узлов трения, что приводит к значительной экономии электроэнергии. Кроме того, полное использование природного состава минерала, имеющегося в месторождениях на территории Побужья, дает возможность снизить себестоимость предлагаемого антифрикционного смазочного материала при его высоком качестве. Заявленный антифрикционный смазочный материал, включающий природную минеральную смесь, обеспечивает финишную антифрикционную приработку природными зеркалами скольжения, а также получение стойкого износоустойчивого покрытия металлокерамики на их трущихся поверхностях, что снижает коэффициент трения и повышает их надежность и износоустойчивость.

Заявленный антифрикционный смазочный материал готовят следующим образом. Природные серпентинит (1-2%), имеющий в своей структуре легирующий элемент в виде никеля и магний, и Al-серпентинит, включающий оксид металла Al₂O₃ в количестве от 2,0 до 5,7%, отобранный по химическому составу, измельчают для прохода частиц через сито 30 мкм. Триботехнический эффект предложенного материала достигается в равной мере на разных связующих, например минеральном масле, благодаря вещественному составу природной минеральной смеси. Затем полученную смесь смешивают со связующим, например минеральным маслом, с попутным внесением катализаторов на основе редкоземельных материалов и добавок в виде органических веществ (1-3%), белой сажи (5-7%) и механоактивируют колебаниями. Антифрикционный смазочный материал готов к использованию. При этом как добавки возможно использовать разные органические вещества, являющиеся общеизвестными для специалиста этой области (см., например [4], где указаны: углеводород (стр.850), спирты (стр.337) и фенолы (стр.209).

При использовании для финишной антифрикционной приработки природными зеркалами скольжения заявленный материал вводят в зону трения между поверхностями, которые контактируют между собой и трутся, и осуществляют приработку. Наличие в смеси достаточного количества легирующего элемента - никеля, позволяет улучшить микротвердость, износоустойчивость и повышает диффузную связь сервовитного покрытия. При этом происходит легирование поверхности и образовывается качественное металлокерамическое покрытие на трущихся поверхностях. Предлагаемый антифрикционный смазочный материал образовывает крепко сцепленную с металлической поверхностью пленку с очень скользкой поверхностью, которая является механически крепкой керамической структурой. А наличие в составе оксидов металлов, имеющих меньшее сродство к кислороду, чем железо, - Al₂O₃, позволяет улучшить теплопроводность, за счет чего уничтожается перегрев поверхностей трущихся узлов трения, а также значительно уменьшается коэффициент трения, повышает их надежность и износоустойчивость.

Предложенный антифрикционный смазочный материал был испытан в промышленных условиях. Состав предлагаемого антифрикционного смазочного материала был подобран в пределах заявленного таким образом, чтобы обеспечить высокие механические - физико-механические показатели покрытия, а именно: снижение коэффициента трения, повышение механической прочности трущихся поверхностей металлов, антикоррозийную стойкость.

Пример 1. Данным материалом были обработаны (путем его введения в базовое масло) редукторы троллейбусов типа ЗИУ троллейбусного депо. Вследствие обработки состояние трущихся поверхностей редукторов троллейбусов привело к снижению удельного сопротивления движения троллейбусов в 2,5 раза и к значительной экономии электроэнергии.

Пример 2. Данным материалом были обработаны (путем его введения в базовое масло) редукторы трамваев типа Т-3 (чешского производства). Результат их обработки показал, что среднетехнический ресурс редукторов колесных пар трамваев повысился в 2 раза.

Таким образом, предложенный антифрикционный смазочный материал при его использовании позволяет, кроме восстановления трущихся поверхностей узлов трения, улучшить финишную антифрикционную приработку природными зеркалами скольжения, а также получить качественное и стойкое металлокерамическое покрытие на трущихся поверхностях, что в целом снижает коэффициент трения, повышает их надежность и износоустойчивость, вследствие чего достигается значительная экономия электроэнергии.

Источники информации

1. Патент RU №2043393 С1, МПК⁶ С10М 125/04 // C10N 30:06, заявл. 25.09.91, опубл. 10.09.95. Бюл. №25.

2. Патент RU 2127299 С1, МПК⁶ С10М 125/10 // (С10М 125/10, 125:26), C10N 50:08, заявл. 18.04.97, опубл. 10.03.99. Бюл. №7.

3. Патент UA №35513 А, МПК⁶ C10M 125/10, заявл. 23.03.2000 г., опубл. 15.03.2001 г., бюл. №2 (прототип).

4. Т.И.Темников. Курс теоретических основ органической химии. - Химия, Ленинград. - 1964. - 1008 с.

Использование: для смазки трущихся поверхностей узлов трения любых машин и механизмов. Сущность изобретения: материал содержит в мас.%: природный серпентинит 1-2, природный Al-серпентинит с Al₂O₃ 2,0-5,7, белая сажа 5-7, катализаторы и добавки 1-3, связующее 84,3-87,0. Технический результат - получение стойкого защитного металлокерамического покрытия на трущихся поверхностях, улучшение теплопроводности, снижение коэффициента трения.

Антифрикционный смазочный материал, содержащий порошкообразную смесь природных минералов на основе природного серпентинита, включающую оксид металла, катализаторы на основе редкоземельных материалов, добавки в виде органических веществ и связующее, отличающийся тем, что он дополнительно содержит белую сажу, а смесь природных минералов содержит серпентинит и Al-серпентинит, который включает оксид металла Al₂O₃ в количестве от 2,0 до 5,7%, при следующих соотношениях компонентов в составе, мас.%:
природный серпентинит 1-2 природный Al-серпентинит с Al₂O₃ 2,0-5,7 белая сажа 5-7 катализаторы и добавки 1-3 связующее 84,3-87,0