Трибологический состав Российский патент 2023 года по МПК C10M101/00 C10M125/04 C10M125/10 C10M125/26 C10M125/30 C10N10/06 C10N10/12 C10N30/06 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для улучшения трибологических характеристик смазочных материалов.

Известен состав твердосмазочной композиции, содержащий мелкодисперсную смесь природных минералов от 1 до 5 мкм, включающий серпентин и тальк, при этом она дополнительно содержит мел, каолин и буру при следующем соотношении компонентов, мас. %: мел 10-15; бура 10-15; каолин 5-20; тальк 5-15; серпентин - остальное до 100% (патент RU 2553255, МПК С10М 125/00, С10М 125/10, F16C 33/00, C10N 30/06, 2015 год).

Однако недостатком известной композиции являются низкие триботех-нические характеристики, так средний диаметр пятна износа (D_и) составляет 0, 845 мм.

Известен трибологический состав, содержащий мелкодисперсную смесь природных минералов, включающую серпентин, мел, буру и каолин, дисульфид молибдена и нитрид бора при следующем соотношении компонентов, мас. %: мел 10-15; бура 10-15; каолин 5-20; дисульфид молибдена 5-10; нитрид бора 5-15; серпентин - остальное до 100%, при этом дисперсность частиц смеси составляет 1-2 мкм (патент RU 2680414, МПК С10М 113/08, С10М 125/00, С10М 125/10, С10М 125/26, F16C 33/00, C10N 30/06, СПК С10М 113/06, С10М 125/00, 2018 год).

Однако недостатком известной смазки является отсутствие в ее составе диспергатора, что не позволяет получить равномерное распределение частиц природных минералов в смазочной суспензии и обусловливает невысокие трибологические характеристики (так нагрузка сваривания равна 250 кгс, что является невысоким показателем). Кроме того, большие количества дисульфида молибдена и нитрида бора могут приводить к образованию избыточных твердых отложений на металлических поверхностях в контактной паре трения, что многократно усиливает износ.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является трибологический состав, содержащий мелкодисперсную смесь природных минералов, включающую серпентин, мел, буру, каолин и тальк, при этом дисперсность частиц смеси составляет 1-2 мкм, в которую добавлена смесь связующего - синтетического масла и диспергатора, в качестве которого использована меламиноформальдегидная анионактивная смола, при следующем соотношении компонентов, масс. %: мел 0,10÷0,11, бура 0,10÷0,11, каолин 0,15÷0,17, тальк 0,15÷0,17, серпентин 0,50÷0,55, синтетическое масло 97,0÷97,3, меламиноформальдегидная анионактивная смола 1,70÷1,89 (патент RU 2785844; МПК С10М 113/08, С10М 125/00, С10М 125/04, С10М 125/10, С10М 125/26, C10N 30/06, F16C 33/00, СПК С10М 113/08, С10М 125/00, С10М 125/04, С10М 125/10, С10М 125/26, F16C 33/00; 2022 год) (прототип).

Однако недостатком известной смазки являются не достаточно высокие триботехнические характеристики: D_и (диаметр пятна износа) равен 0,302 мм; нагрузка сваривания Р_с - 1000 кгс, которые не обеспечивают полное устранение износа металла в контактной паре трения.

Таким образом перед авторами стояла задача разработать трибологический состав, обеспечивающий значительное уменьшение износа металла в контактной паре трения.

Поставленная задача решена в предлагаемом трибологическом составе, содержащем мелкодисперсную смесь природных минералов, включающую серпентин, мел, буру, каолин и тальк, и смесь связующего - синтетического масла и меламиноформальдегидной анионактивной смолы, в котором в мелкодисперсную смесь дополнительно добавлены дисульфид молибдена и нитрид бора, при следующем соотношении компонентов, масс. %:

мел - 0,12÷0,16 бура - 0,12÷0,16 каолин - 0,08÷0,14 тальк - 0,05÷0,09 дисульфид молибдена - 0,02÷0,03 нитрид бора - 0,02÷0,04 серпентин - 0,49÷0,51 меламиноформальдегидная - 1,68÷1,87 анионактивная смола синтетическое масло - остальное до 100%.

В настоящее время из патентной и научно-технической литературы не известен трибологический состав, содержащий смесь природных минералов, в которой одновременно присутствуют мел, бура, каолин, тальк, серпентин, дисульфид молибдена, нитрид бора, и смесь связующего - синтетического масла и меламиноформальдегидной анионактивной смолы в заявленных пределах содержания компонентов.

В ходе исследований, проведенных авторами, было установлено, что значительное уменьшение износа может быть достигнуто при условии использования суспензии с равномерно распределенными в ней мелкодисперсными частицами природных минералов, обеспечивающих формирование защитной пленки, и одновременном присутствии в смеси компонентов, имеющих слоистую структуру, в качестве которых авторами предлагается использование дисульфида молибдена и нитрида бора с гексагональной решеткой. Дисульфид молибдена имеет кристаллическую решетку, в которой каждый атом молибдена находится в центре тригональной призмы и окружен шестью атомами серы. Это обуславливает крайне слабое взаимодействие между атомами серы, которое характеризуется как силы Ван-дер-Ваальса. Нитрид бора с гексагональной решеткой также имеет слоистую структуру. Внутри каждого слоя атомы бора и азота связаны сильными ковалентными связями, тогда как слои связаны слабыми силами Ван-дер-Ваальса. Поэтому слои кристаллической решетки дисульфида молибдена и нитрида бора могут легко скользить друг относительно друга. При этом существенное значение имеет наличие диспергатора и талька. Диспергатор, в качестве которого авторами предлагается использование меламиноформальдегидной анионактивной смолы, обеспечивает равномерное распределение мелкодисперсных частиц природных минералов в среде связующего - синтетического масла, что обеспечивает формирование защитной пленки и предотвращает прямой контакт металла в контактной паре. Дополнительное введение в состав природных минералов талька, минерала подкласса слоистых материалов, являющегося укрепляющим агентом, предотвращает слипание и склеивание частиц смеси. Исследования показали, что при использовании суспензии с равномерно распределенными в ней мелкодисперсными частицами природных минералов, и присутствии в смеси компонентов, одновременно обеспечивающих формирование защитной пленки и существенно улучшающих триботехнические характеристики антифрикционного состава, возникает синергетический эффект, который приводит к замене износа металла в контактной паре трения износом слоистых структур кристаллических решеток дисульфида молибдена и нитрида бора (даже в случае их незначительного количества по массе по отношению к остальным компонентам состава) с переводом радикалов молекул этих компонентов в объем жидкого смазочного продукта. Испытания на машине трения дали результат уменьшение потерь массы до 70 раз.

Предлагаемый трибологический состав может быть получен следующим образом. Предварительно природные минералы, входящие в трибологический состав, подвергают раздельному измельчению до необходимой дисперсности 1-2 мкм с использованием шаровых мельниц. После тщательного смешения в полученную смесь добавляют меламиноформальдегидную анионактивную смолу в необходимом количестве и вновь тщательно перешивают. Для достижения гарантированной однородности конечного продукта, смесь должна быть подвергнута фильтрации через сито крупностью не выше 250 мкм. После фильтрации, полученную жидкую фазу вводят в связующее синтетическое масло путем механического диспергирования в течение одного часа при температуре 20-25 градусов Цельсия. Получают дисперсно-упорядоченную композицию с размером частиц 1-2 мкм при следующем соотношении компонентов, масс. %:

мел - 0,12÷0,16 бура - 0,12÷0,16 каолин - 0,08÷0,14 тальк - 0,05÷0,09 дисульфид молибдена - 0,02÷0,03 нитрид бора - 0,02÷0,04 серпентин - 0,49÷0,51 меламиноформальдегидная - 1,68÷1,87 анионактивная смола синтетическое масло - остальное до 100%.

Полученный трибологический состав был испытан в условиях трения скольжения по схеме четырех шариков. Испытания проводили в лаборатории №1 Института машиноведения Уральского отделения Российской академии наук на машине трения ЧМТ-1 путем нагружения пирамиды из трех шариков диаметром 12,70 мм из стали ШХ-15 по ГОСТ 801-78 шариком такого же диаметра, вращающимся со скоростью 1460 об/мин. Режим нагружения - по 10 секунд с интервалом 50 кгс, начиная с нагрузки 50 кгс, до достижения нагрузки, при которой произошел задир, либо, если задир не наступал, до нагрузки 1000 кгс (максимально возможная нагрузка для машины трения ЧМТ-1). После испытаний определяли изменение массы шариков с использованием лабораторных аналитических весов DEMCOM DA-65C, класс точности по ГОСТ OIML R-76-1-2011 Специальный (I). Использование метода измерения износа по потере массы позволяет прямо оценить величину износа, в отличие от таких характеристик, как диаметр пятна износа, которые дают только косвенное представление о величине износа.

Получение предлагаемого трибологического состава иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. Раздельно измельчают до дисперсности 1-2 мкм природные материалы, входящие в трибологический состав: 1,2 г мела, 1,2 г буры, 0,8 г каолина, 0,5 г талька, 0,2 г дисульфида молибдена, 0,2 г нитрида бора, 4,9 г серпентина. Получают смесь природных минералов путем тщательного перемешивания и добавляют 16,8 г меламиноформальдегидной анионактивной смолы марки МФ-АР, которая представляет собой прозрачную густую жидкость желтоватого цвета. Данную смесь фильтруют через сито крупностью не выше 250 мкм. К полученной суспензии добавляют 974,2 г синтетического масла - моторного масла для дизельных двигателей NERSON OIL Premium Track TBN16 10W-40. Получают трибологический состав при следующем соотношении компонентов, масс. %: мел - 0,12, бура -0,12, каолин - 0,08, тальк - 0,05, дисульфид молибдена - 0,02, нитрид бора - 0,02, серпентин - 0,49, меламиноформальдегидная анионактивная смола - 1,68, синтетическое масло - 97,42.

Изменение массы шариков составило -0,001 г для верхнего шарика и -0,006 г для нижних шариков после трибологических испытаний полученного состава по схеме четырех шариков, что свидетельствует о значительном уменьшении потери массы шариков и подтверждает значительное уменьшение износа металла в контактной паре трения.

Пример 2. Раздельно измельчают до дисперсности 1-2 мкм природные материалы, входящие в трибологический состав: 1,6 г мела, 1,6 г буры, 1,4 г каолина, 0,9 г талька, 0,3 г дисульфида молибдена, 0,4 г нитрида бора, 5,1 г серпентина. Получают смесь природных минералов путем тщательного перемешивания и добавляют 18,7 г меламиноформальдегидной анионактивной смолы марки МФ-АР, которая представляет собой прозрачную густую жидкость желтоватого цвета. Данную смесь фильтруют через сито крупностью не выше 250 мкм. К полученной суспензии добавляют 970 г синтетического масла - моторного масла для дизельных двигателей NERSON OIL Premium Truck TBN16 10W-40. Получают трибологиче-кий состав при следующем соотношении компонентов, масс. %: мел - 0,16, бура - 0,16, каолин - 0,14, тальк - 0,09, дисульфид молибдена - 0,03, нитрид бора - 0,04, серпентин - 0,51, меламиноформальдегидная анионактивная смола - 1,87, синтетическое масло - 97.

Изменение массы шариков составило -0,001 г для верхнего шарика и -0,006 г для нижних шариков после трибологических испытаний полученного состава по схеме четырех шариков, что свидетельствует о значительном уменьшении потери массы шариков и подтверждает значительное уменьшение износа металла в контактной паре трения.

Авторами были проведены сравнительные испытания известного состава, указанного в качестве прототипа (патент RU 2680414) по аналогичной методике, которые показали, что изменение массы шариков составило -0,070 г для верхнего шарика и -0,030 г для нижних шариков, что значительно превышает значения потери массы в случае использования предлагаемого состава и свидетельствует о невозможности значительного уменьшения износа металла в контактной паре трения.

Таким образом, авторами предлагается трибологический состав, обеспечивающий значительное уменьшение износа, что подтверждают практически минимальные потери массы металла в контактной паре трения.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для улучшения трибологических характеристик смазочных материалов. Предложен трибологический состав, содержащий мелкодисперсную смесь природных минералов, включающую серпентин, мел, буру, каолин и тальк, в которую добавлены дисульфид молибдена и нитрид бора, и смесь связующего - синтетического масла и меламиноформальдегидной анионактивной смолы при следующем соотношении компонентов, мас.%: мел 0,12÷0,16; бура 0,12÷0,16; каолин 0,08÷0,14; тальк 0,05÷0,09; дисульфид молибдена 0,02÷0,03; нитрид бора 0,02÷0,04; серпентин 0,49÷0,51; меламиноформальдегидная анионактивная смола 1,68÷1,87; синтетическое масло - остальное до 100%. Изобретение обеспечивает значительное сокращение износа, что подтверждает практически полное отсутствие потери массы металла в контактной паре трения. 2 пр.

Трибологический состав, содержащий мелкодисперсную смесь природных минералов, включающую серпентин, мел, буру, каолин и тальк, и смесь связующего – синтетического масла и меламиноформальдегидной анионактивной смолы, отличающийся тем, что в мелкодисперсную смесь дополнительно добавлены дисульфид молибдена и нитрид бора при следующем соотношении компонентов, мас.%:

мел 0,12÷0,16 бура 0,12÷0,16 каолин 0,08÷0,14 тальк 0,05÷0,09 дисульфид молибдена 0,02÷0,03 нитрид бора 0,02÷0,04 серпентин 0,49÷0,51 меламиноформальдегидная анионактивная смола 1,68÷1,87 синтетическое масло остальное до 100%