ПРОТИВОИЗНОСНАЯ ПРИСАДКА Российский патент 2024 года по МПК C10M125/10 C10M169/04 C10N30/06 B82Y30/00 

Изобретение относится к машиностроению, в частности, к противоизносным присадкам для смазочных масел для улучшения их триботехнических свойств при использовании в судовой технике, например, в подшипниковых узлах и двигателях внутреннего сгорания.

Известна магнитная жидкость, которая меняет свои свойства в зависимости от напряженности магнитного поля. Она также может служить для уменьшения коэффициента трения и интенсивности изнашивания трущихся узлов (см. Берковский Б.М., Медведев В.Ф., Краков М.С. Магнитные жидкости. - М.: Химия, 1989. - С. 159-166). Магнитные жидкости отличаются от традиционных смазок наличием твердых частиц, поэтому они ограниченно применяются в узлах трения подшипников качения и скольжения, а также в демпфирующих устройствах.

Недостатком данной магнитной жидкости является то, что из-за недостаточного снижения коэффициента трения повышается интенсивность изнашивания пар трения.

Наиболее близкой по совокупности признаков к заявляемому изобретению (прототипом) является противоизносная присадка к дизельному топливу, состоящая из дизельного топлива с находящимися в нем мицеллами на основе молекул твердой пластичной смазки оксида железа (Fe₃O₄) с окружающими ее молекулами олеиновой кислоты (C₁₈H₃₄O₂) при следующем соотношении компонентов, масс. %: Fe₃O₄ - 0,00001, C₁₈H₃₄O₂ - 0,0001, дизельное топливо - до 100 (см. патент РФ №2276681, 2006 г.).

Присадка обладает тем недостатком, что намагниченность мицелл является незначительной и с течением времени ослабевает. К тому же, данная присадка проявляет недостаточные триботехнические свойства при использовании в тяжелонагруженных парах трения, работающих при высоких давлениях, температурах и скоростях.

Технический результат - повышение магнитных характеристик частиц присадки и улучшение триботехнических свойств присадки.

Он достигается тем, что известная присадка, включающая мицеллы на основе молекул твердой пластичной смазки оксида железа Fe₃O₄ с окружающими ее молекулами олеиновой кислоты С₁₈Н₃₄О₂, дополнительно содержит фуллереновые наномодификаторы в виде полиэдрических кластеров углерода С₆₀ и С₇₀, а молекулы оксида железа Fe₃O₄ легированы марганцем Mn (II) при следующем соотношении исходных компонентов, масс. %:

Mn (II) 0,9%, Fe₃O₄ 14%, С₆₀ 7%, С₇₀ 7%, C₁₈H₃₄O₂ 71,1%.

Предлагаемая присадка представляет собой жидкость из основного продукта - олеиновой кислоты C₁₈H₃₄O₂, с введением в него оксида железа Fe₃O₄, легированного марганцем Mn (II), и фуллереновых наномодификаторов в виде полиэдрических кластеров углерода С₆₀ и С₇₀.

Оксид железа Fe₃O₄ представляет собой ядро мицеллы, обладающее низким сопротивлением сдвигу, с окружающими его молекулами поверхностно-активного вещества - олеиновой кислоты C₁₈H₃₄O₂. Молекулы олеиновой кислоты C₁₈H₃₄O₂ абсорбируются на поверхности частиц оксида железа Fe₃O₄ в результате процесса хемосорбции. Увеличение концентрации оксида железа Fe₃O₄ более 14 масс. % становится экономически невыгодным из-за дефицитности и высокой стоимости порошка (Перекрестов А.П., Брайко А.А. Противоизносные присадки в дизельное топливо и их развитие // Вестник АГТУ. - 2008. - №2 (43). - С.2 18-221).

Ядро частиц присадки, состоящее из легированного марганцем оксида железа MnFe₂O₄, обладает достаточно высокими магнитными характеристиками и химической стабильностью. По сравнению с ядром из оксида железа Fe₃O₄, такое ядро обладает более высокими значениями магнитных характеристик - коэрцитивной силой Н_с, намагниченностью насыщения σ_s и коэффициентом прямоугольности петли гистерезиса λ_п, что позволяет достичь указанного технического результата (см. Субботин К.А., Михайленко А.И., Недидова Н.В. Влияние условий синтеза на магнитные свойства магнетита // Журнал прикладной химии. - 2000. - Т. 73. - Вып.10. - С. 1591-1595; Корсакова А.С. Синтез и изучение функциональных свойств наночастиц магнетита, легированного марганцем // 75-я научная конференция студентов и аспирантов Белорусского государственного университета [Электронный ресурс]: материалы конф. В 3 ч. Ч. 1, Минск, 14-23 мая 2018 г. / Белорус, гос. ун-т, Гл. упр. науки; редкол.: В.Г. Сафонов (пред.) [и др.]. - Минск: БГУ, 2018. - С. 50-54; Modaresi N. Competition between the Impact of Cation Distribution and Crystallite Size on Properties of MnxFe3-xO4 Nanoparticles Synthesized at Room Temperature // Ceram. Int. 2017. Vol. 43. №17. P. 15381-15391).

На таблице 1 приведены сравнительные свойства ферромагнитных материалов прототипа и предлагаемой присадки. Из таблицы 1 видно, что по сравнению с прототипом предлагаемая противоизносная присадка обладает более высокими магнитными характеристиками Н_с, σ_s, λ_п.

Введение в состав присадки фуллереновых наномодификаторов в виде полиэдрических кластеров углерода С₆₀ и С₇₀ способствует снижению коэффициента трения f_тр и линейного износа Δh в 1,4 раза; увеличивает задиростойкость (по времени испытаний до задира при постоянной нагрузке) в среднем в 3,6 раза, а по критическому контактному давлению P_kp задиростойкость возрастает в 1,26 раза (см. патент РФ №2268291, 2006).

Анализ результатов испытаний пары трения Ст.45 (н.) - закаленная легированная сталь (55 HRC), показал что добавка к маслу И-40А 1,0% масс, фуллереновой сажи снижает износ ролика из Ст.45 в 4,16 раза, а коэффициент трения в 1,35 раза; повышает Р_кр, Р_схв и критическую температуру Т_кр соответственно в 1,17, 2,3 и 1,37 раза в сравнении с аналогичными характеристиками при смазке пары трения чистым маслом без добавки сажи - фуллеренового наномодификатора. Приведенные данные указывают на то, что фуллереновая сажа незначительно снижает коэффициент трения, который соответственно ограничивает ожидаемое более значительное повышение Р_кр1 и Т_кр1 в сравнении с полученными 17% и 37% соответственно (см. патент РФ №2146277, 2000 г.).

Введение в состав присадки фуллереновых наномодификаторов в виде полиэдрических кластеров углерода С₆₀ и С₇₀ в концентрации 7 масс. % способствует формированию на поверхностях трения защитной металлфуллереновой пленки, повышающей триботехнические характеристики узлов трения, в частности, способствует снижению износа конструкционных материалов.

Присадку получали следующим способом. Схема получения показана на чертеже (фиг. 1). Синтез оксида железа Fe₃O₄, легированного марганцем Mn (II), проводили методом одностадийного совместного осаждения оксида железа и марганца гидроксидами при интенсивном перемешивании. Полученные частицы MnFe₂0₄ состояли из основы Fe₃O₄ (масс. 94%) и Mn (масс. 6%). Данное вещество вместе с фуллереновыми наномодификаторами в виде полиэдрических кластеров углерода С₆₀ и С₇₀ в концентрации 7 масс % помещалось в ванну диспергатора с олеиновой кислотой, где происходил процесс диспергирования при температуре 28-30°С, при частоте 43 кГц в течение 24 часов. Затем раствор с мицеллами легированного марганцем оксида железа MnFe₂O₄ и частицами фуллереновых наномодификаторов в виде полиэдрических кластеров углерода С₆₀ и С₇₀ направлялся в седиментационную камеру, где осаждался в течение 8 часов.

Полученный раствор сливался и направлялся на экспертизу по определению размера полученных мицелл. Оптимальный диапазон размеров частиц присадки 10^-7-10^-8 м. Осадок из седиментационной камеры направлялся на повторную диспергацию, туда же направлялся раствор после проведения процесса измерения размера частиц присадки, если они оказываются больше оптимального.

Раствор с мицеллами нужного размера направлялся в накопитель. Из накопителя раствор поступал в смесительную камеру, где при температуре 25-30°С и скорости 300 об/мин смешивался с маслом до получения конечного продукта - смазочной композиции с концентрацией присадки в смазочном масле в диапазоне 0,005-0,02%) масс. Данный температурный и скоростной режим выбран с целью интенсивного перемешивания составляющих смазочной композиции при недопущении испарения присадки в процессе смешивания.

С целью подтверждения улучшения свойств противоизносной присадки и достижения указанного технического результата, были проведены сравнительные лабораторные триботехнические испытания присадки-прототипа и предлагаемой присадки с использованием машины трения по патенту РФ №115917, 2012 г. Испытания проводили по схеме «вал-втулка», на базовом масле МС-20 (ГОСТ 21743-76) в течение 10 часов, напряженность магнитного поля составляла 15 кА/м, давление в зоне трения составляло 1,5 МПа. Скорость скольжения составляла 0,1 с^-1, что соответствует неустановившемуся (граничному) режиму смазки в паре трения. Материалы пары трения - баббит марки Б83 (втулка) и сталь 35 (вал). Результаты триботехнических испытаний противоизносных присадок показаны на таблице 2. Из таблицы 2 видно, что предлагаемая присадка показала более высокую эффективность, что подтвердило ее повышенные триботехнические и эксплуатационные характеристики.

Преимуществом предлагаемой присадки по сравнению с прототипом является ее эффективность: снижение концентрации присадки в смазочных материалах не ухудшает ее качественные и эксплуатационные характеристики. При одинаковых концентрациях присадок (0,005-0,02 масс. %), предлагаемая присадка проявляет лучшие триботехнические свойства: коэффициент трения понижается в 1,2-1,7 раза, интенсивность изнашивания понижается в 1,25-2,3 раз. Это доказывает возможность и необходимость снижения концентрации предлагаемой присадки в смазочных материалах на 20-30%.

Положительный эффект - предлагаемая присадка позволяет при сравнительно низкой концентрации значительно снизить коэффициент трения и интенсивность изнашивания пар трения и, таким образом повысить, ресурс трибосопряжений машин и механизмов в судовой технике.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к противоизносным присадкам для смазочных масел для улучшения их триботехнических свойств при использовании в судовой технике, например в подшипниковых узлах и двигателях внутреннего сгорания. Изобретение относится к противоизносной присадке, включающей мицеллы на основе молекул твердой пластичной смазки оксида железа Fe₃O₄ с окружающими ее молекулами олеиновой кислоты C₁₈H₃₄O₂, при этом дополнительно содержит фуллереновые наномодификаторы в виде полиэдрических кластеров углерода С₆₀ и С₇₀, а молекулы оксида железа Fe₃O₄ легированы марганцем Mn (II) при следующем соотношении компонентов, мас.%: Mn (II) - 0,9, Fe₃O₄ - 14, С₆₀ - 7, С₇₀ - 7, C₁₈H₃₄O₂ - 71,1. Технический результат - повышение магнитных характеристик частиц присадки и улучшение триботехнических свойств присадки. 2 табл., 1 ил., 1 пр.

Противоизносная присадка, включающая мицеллы на основе молекул твердой пластичной смазки оксида железа Fe₃O₄ с окружающими ее молекулами олеиновой кислоты С₁₈Н₃₄О₂, отличающаяся тем, что дополнительно содержит фуллереновые наномодификаторы в виде полиэдрических кластеров углерода С₆₀ и С₇₀, а молекулы оксида железа Fe₃O₄ легированы марганцем Mn (II) при следующем соотношении исходных компонентов, мас.%:

Mn (II) 0,9 Fe₃O₄ 14 С₆₀ 7 С₇₀ 7 C₁₈H₃₄O₂ 71,1