СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СМАЗОЧНОГО МАСЛА Российский патент 2012 года по МПК C10M177/00 C10M125/02 

Предложение относится к физико-технологическим процессам получения смазочных материалов, используемых в области машиностроения для снижения трения в деталях и механизмах.

В современных трибологических процессах используются различные смазочные композиции, задачей которых является снижение износов взаимодействующих поверхностей и увеличение срока службы машин. Из смазочных масел и композиций наиболее характерными являются составы с использованием минеральных масел с добавками, в качестве которых используют углеродные наполнители, фуллеренсодержащие материалы [RU №2198136, 2003; RU №54932, 2000; Промышленное и строительное оборудование, №3, 2003, М.-СПб., с.165; RU №2227120, 2002].

Существенными недостатками известных составов масел являются низкие трибологические свойства, не обеспечивающие эффективную работу трибоконтактов при заданных давлениях на осях и опорных элементах машин и механизмов, это ведет к преждевременным износам изделий.

Из известных способов получения смазочных масел наиболее близким является получение смазочного материала из минерального масла с твердой добавкой порошка фуллеренсодержащего вещества (ФСВ). Для получения такого смазочного масла используют масло типа И-40А с добавкой указанного порошка 1-5 мас.% [RU №2146277, С01М 107/00, 125/02; С10N 30/06, 1998].

Этот смазочный материал эффективнее своих аналогов за счет снижения коэфф. трения примерно на 10% и увеличения срока службы деталей, однако это масло обладает существенными и очевидными недостатками, которые заключены в принципе и составе его получения: введение в состав масла значительного количества ФСМ (от 1 до 5%) существенно повышает вязкость масла, снижает его трибологические свойства, т.к. значительная добавка ФСМ при статическом перемешивании ее с маслом не обеспечивает равномерности состава по всему объему, приводит к осадку и расслаиваемости ввиду комкования кластеров, коагуляции частиц, обладающих, как известно, свойствами акцептора; дробление таких кластеров возможно только в жидкости электрогидравлическим разрядом.

Кроме того, такое масло обладает высокой стоимостью, превышающей обычные масла более чем в 20 раз, что делает его недоступным для большинства потребителей.

Технической задачей и положительным результатом предлагаемого способа является улучшение его трибологических свойств, повышение нагрузок при работе трибоконтактов, улучшение смазывающих характеристик в диапазоне контактных давлений, предупреждение расслаиваемости масла и сохранение однородности его массы при длительном хранении.

Кроме того, задачей является также существенное снижение стоимости смазочного масла.

Указанная тех. задача и получаемый результат достигается за счет того, что способ получения смазочного масла включает введение в минеральное масло наполнителя в виде фуллереновой сажи, при этом процесс введения фуллереновой сажи в масло ведут совместно с ротационно-пульсационной обработкой всего объема этой композиционной смеси, при этом фуллереновую сажу вводят в масло в количестве 0,05-0,5 мас.%.

Способ характеризуется тем, что берут фуллереновую сажу, полученную при возгонке графита вакуумно-дуговым электроразрядом на катализаторе Ni/MgO, а в качестве графита берут чистый или особо чистый графит в виде стержней диаметром 8-12 мм.

Такое принципиальное осуществление способа позволяет получить смазочное масло (СМ) с более высокими физико-механическими показателями по сравнению с аналогами.

Более полно способ и получаемое СМ раскрываются на конкретном примере.

В качестве исходного масла берут индустриальное масло типа И-40А (Гост 20799-88) в количестве 1 литр, нагревают масло до 35°С в среде нагретого Ar; навеску ФСВ 4,5 г сушат при t=120°С до абсолютной влажности 4-5%, затем вводят ФСВ в объем масла и всю смесь подвергают ротационно-пульсационной обработке в течение 3-4 мин при температуре смеси 33-37°С.

Образец полученного масла исследуют лазерным анализатором частиц (тип Micro Sizer-2019) на дисперсность ФСВ и однородность состава смеси, эти показатели полученного масла явились абсолютными, а качество масла соответствует высшей оценке.

Далее проведены процессы получения масла с различными мас.% добавками ФСВ от 0,01 до 0,6. Результаты исследования масла показали, что наиболее высокие характеристики показаны при соотношении масло:ФСВ в диапазоне (99,94-99,52):(0,06-0,48) мас.%, причем выход за пределы, в одну и другую крайности, указанных соотношений показал худшие характеристики, так при введении 0,04 мас.% ФСВ наблюдается локальное распределение его точек в объеме масла, т.е. не вся масса имеет наночастицы ФСВ; в то же время при введении ФСВ 0,53 мас.% равномерность распределения добавки в объеме масла не превышает этот показатель при 0,48 мас.%, но качество масла падает ввиду появления кластеров и комковатости, что существенно понижает свойства смазки.

Полученное смазочное масло испытано по стандартной методике на машине трения (типа СМТ-1). В качестве испытуемого механизма выбран подшипник на стальных роликах (Ст.ШХ-15), частота вращения подшипника под нагрузкой выбиралась от 100 до 4000 об./мин при уровне масла до 1/4 диаметра подшипника, нагрузка от 100 до 2000 N; температуру масла в картере поддерживали от 35 до 55°С (что нормально для эксперимента).

Параллельно выполнялись испытания такого же подшипника на масле по прототипу (он же - базовый образец). Определялись энергопотери на трение и объемный износ роликов и направляющих кольцевых обойм с помощью микрометра. Сравнительный анализ обоих испытаний выявил: - улучшение коэффициента трения у подшипника, работающего на заявляемом масле, до 0,114-0,127 по сравнению с образцом-прототипом (0,137-0,150);

- повышение на 10-15 мПа контактных допустимых давлений на экспериментальный образец по сравнению с образцом-прототипом;

- снижение фрикционных и износных показателей на 12-15% по сравнению прототипом;

- получено наилучшее соотношение антифрикционных и противоизносных свойств механизма, работающего на предлагаемом составе масла, что продлевает в 2,2-2,5 раза срок службы трущихся элементов (на трибоконтакте) механизма.

Выполненные эксперименты и сравнительный анализ при трибологических испытаниях двух образцов проявил более высокие трибологические характеристики деталей, работающих при использовании масла по данному изобретению. Это показывает оригинальность и перспективность данной разработки, существенную новизну этой работы и высокий творческий уровень исследований при составлении композиционной системы смазочного масла на основе индустриального масла, существенно улучшенного вводимой ФСВ-добавкой.

Это позволяет заявителю взять патент для защиты приоритета России и заявителя.

Использование: для получения смазочных материалов, используемых в области машиностроения для снижения трения в деталях и механизмах. Сущность: способ включает получение композиционной системы из минерального масла и наполнителя-добавки. В качестве такого наполнителя используют фуллереновую сажу, которую вводят в количестве 0,05-0,5 мас.% в объем минерального масла при одновременной ротационно-пульсационной обработке всего объема. Технический результат - снижение коэффициента трения, улучшение антифрикционных и противоизносных свойств на 12-15%.

Способ получения смазочного масла, включающий введение в минеральное масло наполнителя в виде фуллереновой сажи, отличающийся тем, что процесс введения фуллереновой сажи в масло ведут совместно с ротационно-пульсационной обработкой всего объема этой композиционной смеси, при этом фуллереновую сажу вводят в масло в количестве 0,05-0,5 мас.%.