СОСТАВ ДЛЯ УЛУЧШЕНИЯ АНТИФРИКЦИОННЫХ И ПРОТИВОИЗНОСНЫХ СВОЙСТВ УЗЛОВ ТРЕНИЯ Российский патент 2012 года по МПК C10M103/06 C10M125/10 C10M125/26 C10N30/06 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при обработке узлов трения нового оборудования для продления межремонтного периода оборудования, а также при проведении ремонтно-восстановительных работ на изношенном оборудовании без его разборки. Состав применяется в качестве добавки к смазочным материалам, в качестве твердо-смазочного материала или приработочного состава, используемого при ремонте узлов трения с разборкой узлов машин и механизмов.

Известно использование в качестве модификаторов трения твердо-смазочных материалов со слоистой структурой, таких как молибденит, графит, нитрид бора, тальк. Порошки этих материалов со связующим используются для обработки поверхностей трения, обеспечивая их работу без жидкой или пластической смазки. Другое применение твердо-смазочных материалов - использование их в качестве добавок или присадок к жидким или пластическим смазкам. Они обладают рядом преимуществ по сравнению с традиционными смазками: имеют более низкий коэффициент трения, обладают высокой несущей способностью, снижают нагрузки на пару трения в режимах пуска и остановки механизмов. Недостаток таких добавок заключается в том, что они не образуют на поверхности металла прочной защитной пленки и требуют постоянного присутствия в смазывающем материале.

Высокими антифрикционными свойствами обладают измельченные порошки на основе природного минерала серпентина - Mg₃Si₂O₅[OH]₄ с сопутствующими ему минералами и дополнительно вводимыми добавками. Добавление таких композиций в смазку приводит к образованию на поверхностях трения металлокерамической пленки с высокими антифрикционными характеристиками. Механизм формирования и разрушения таких пленок мало изучен, а сведения по их износостойкости и долговечности практически отсутствуют.

Известны способы формирования антифрикционных покрытий на трущихся поверхностях на основе механоактивации мелкодисперсной смеси минералов со связующим (см., например, патенты РФ №20527257 С1, 6 F16C 33/14, опубл. 1996.03.27, и патент РФ 22110587 С2, 7 С10М 125/126, опубл. 2003.03.20). К недостаткам этих способов следует отнести определенную сложность их практической реализации и сравнительно невысокий эффект с точки зрения износостойкости и долговечности покрытия.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является принятое нами за прототип изобретение «Состав для безразборного улучшения триботехнических характеристик узлов трения» по патенту РФ №2169172. В соответствии с этим изобретением предложен триботехнический состав, содержащий: серпентин (лизардит и хризотил) - (87,4-88,0)%, железо в изоморфной примеси - (8,2-8,6)%, алюминий в изоморфной примеси - (2,2-2,4)%, кремнезем - (0,6-1,0)%, доломит - (0,6-1,0)%. Использование этого состава при эксплуатации двигателей внутреннего сгорания, узлов трения механизмов и устройств в качестве добавки в штатные смазочные материалы, в дизельное топливо или в качестве твердо-смазочного материала приводит к повышению износостойкости трущихся поверхностей деталей узлов трения.

Недостатком прототипа является недостаточная эффективность при применении предложенного триботехнического состава для узлов трения с повышенной микротвердостью поверхности (втулки цилиндров ДВС из высокопрочного чугуна, зубчатые передачи из высоколегированных сталей и т.д.), а также узлов трения, имеющих большую наработку в связи со значительным наклепом. Недостаточная эффективность вызвана малой долей твердых частиц, которые на первом этапе модифицирования поверхности должны обеспечивать снятие твердого дефектного слоя - слоя с искаженной кристаллической структурой, образованной в результате поверхностной обработки и/или приработки.

Технической задачей изобретения является обеспечение возможности удаления дефектного слоя за счет тонкодисперсных абразивных составляющих, что является обязательным условием формирования нового защитного слоя на «чистой» базе - кристаллической решетке металла с большим количеством нескомпенсированных связей.

Поставленная задача решена за счет создания триботехнического состава в виде тонкодисперсных порошков на основе природных минералов, а именно тремолитовой породы, и оптимального сочетания параметров измельчения и ситовой классификации минералов.

Этот состав состоит: из тремолита (Ca₂Mg₅Si₈O₂₂(OH)₂) - (50-53)%; лизардита (Mg₃Si₂O₅(OH)₄) - (31-35)%; антигорита (Mg₆{Si₄O₁₀}(OH)₈) - (9-12)%; магнетита (FeO·Fe₂O₃) - (3-7)%.

В качестве абразивной фракции в предлагаемом составе используется магнетит.

Магнетит имеет структуру кубической сингонии с высокой твердостью (по Моосу 5,5-6), что позволяет использовать его для тонкой очистки поверхности. Стандартные технологии измельчения тремолитовой породы с последующей ситовой классификацией (- 5 мкм) позволяют сохранить в конечном продукте 3-7% магнетита со средней крупностью 1,5 мкм (85%). В результате продукт имеет необходимое и достаточное количество «тонкого» и твердого абразива для осуществления первой фазы модификации поверхности трения - снятие дефектных слоев. В то же время технология позволяет сохранить рабочие фракции лизардита и антигорита (1-5 мкм), которые и выполнят окончательное модифицирование поверхностей трения. Процесс приработки узлов трения составляет 1-20 часов. По окончании приработки в результате частично - срабатывания (использование как «строительного материала»), частично - осаждения, магнетит практически исчезает.

Предлагаемый состав добавляется в штатное смазочное масло двигателей внутреннего сгорания, механизмов и устройств, в пластичные смазки, дизельное топливо (после осаждения) или используется в качестве самостоятельного твердо-смазочного материала.

Проверка состояния трущихся поверхностей деталей в узле трения показала, что при введении предлагаемого состава в зону трения за счет его абразивных компонентов сначала снимается дефектный слой с трущихся поверхностей деталей трибоузлов. Затем на исходных материалах этих поверхностей деталей узла трения формируются новые поверхности, структура, макро- и микропараметры которых оптимально соответствуют (с триботехнической точки зрения) материалам трущихся поверхностей узла трения, смазочному материалу и режиму работы узла. Новые слои обеспечивают высокую адгезионную прочность с исходными материалами трущихся поверхностей деталей узла трения, а также обладают значительно большей маслоудерживающей способностью (в 10 и более раз по сравнению с исходной) и повышенной микротвердостью (на 20-30% по сравнению с исходной).

Особенностью предлагаемого трибохимического состава является то, что он может использоваться как без разборки узлов и механизмов в качестве добавки к смазочным материалам узлов трения машин и механизмов или в качестве приработочного состава при ремонте с разборкой узлов трения машин и механизмов.

Для оценки эффективности предлагаемого состава были проведены сравнительные триботехнические и натурные испытания без предлагаемого триботехнического состава, с его использованием и по сравнению с прототипом.

Осредненные результаты испытаний выразились в следующем.

1. Снижение потерь на трение (машина трения ИИ5018) - 6 раз - масло; в 2 раза - прототип.

2. Высокие противоизносные свойства сформированных защитных слоев (испытание на машине трения ИИ5018) - снижение скорости изнашивания в 5 раз - масло; в 3 раза - прототип (при отсутствии продукта в смазочном материале - эффект последействия и предлагаемый состав и прототип).

3. Высокие противозадирные свойства сформированных защитных слоев (испытание на машине трения ИИ5018) - увеличение нагрузки схватывания на 100% - масло; на 30% - прототип.

4. Высокая маслоудерживающая способность сформированных защитных слоев (по результатам испытаний на ДВС, компрессорных установок) - увеличение несущей способности смазочного материала в 1,5-2 раза за счет смещения в область гидродинамического трения, улучшение уплотняющей функции смазочного материала в цилиндропоршневой группе ДВС и компрессоров - восстановление степени сжатия до номинальных значений. Эффект проявляется в равной степени при использовании предлагаемого состава и прототипа при износе деталей ЦПГ не более 70%. При большем износе при использовании прототипа эффект не проявляется.

5. Абсолютная нейтральность к функциональным присадкам стандартных смазочных материалов машин и механизмов (по результатам испытаний на ДВС, зубчатых передачах, подшипниках качения, компрессорных установок) - химическая и термическая стабильность в течение 2-3 ресурсов работы смазки в равной степени при использовании предлагаемого состава и прототипа.

Использование: в машиностроении при обработке узлов трения нового оборудования для продления межремонтного периода оборудования, а также при проведении ремонтно-восстановительных работ на изношенном оборудовании без его разборки. Сущность: состав содержит: тремолит Ca₂Mg₅Si₈O₂₂(OH)₂ - 50-53%; лизардит Mg₃Si₂O₅(OH)₄ - 31-35%; антигорит Mg₆{Si₄O₁₀}(OH)₈ - 9-12%; магнетит FeO·FeO₃ - 3-7%. Магнетит имеет среднюю крупность 1,5 мкм. Состав может применяться в качестве добавки к смазочным материалам, в качестве твердого смазочного материала или приработочного состава, используемого при ремонте узлов трения с разборкой узлов машин и механизмов. Технический результат - улучшение антифрикционных и противоизносных свойств узлов трения, в том числе узлов трения с повышенной микротвердостью поверхности (втулки цилиндров ДВС из высокопрочного чугуна, зубчатые передачи из высоколегированных сталей и т.д.).

Состав для улучшения антифрикционных и противоизносных свойств узлов трения, отличающийся тем, что в него введены: тремолит Ca₂Mg₅Si₈O₂₂(OH)₂ - 50-53%; лизардит Mg₃Si₂O₅(OH)₄ - 31-35%; антигорит Mg₆{Si₄O₁₀}(OH)₈ - 9-12%; магнетит FeOFe₂O₃ - 3-7%, при этом магнетит имеет среднюю крупность 1,5 мкм.