"Смазка для опор буровых долот "ДБА-7" Советский патент 1993 года по МПК C10M169/04 C10M169/04 C10M117/04 C10M125/04 C10M133/12 C10M135/14 C10M137/12 C10N30/06 

Изобретение относится к смазочным материалам (СМ, используемым для повышения износостойкости узлов трения, в частности, в опорах буровых долот.

Целью изобретения является повышение стойкости опоры бурового долота, за счет усиления плакирования трущихся поверхностей материалом, сохраняющем в паре трения антифрикционные свойства при более высоких удельных нагрузках.

Поставленная цель достигается тем, что смазка для опор бурового долота, содержащая мыльную пластичную смазку и порошок никеля, в качестве последнего содержит порошок с размером частиц 2,1-4 мкм и в качестве мыльной пластичной смазки содержит, мае. %:

а)литиевое мыло 12-оксистеариновой кислоты8

б)дибутиловый эфир трихлорметилфосфиновой кислоты

(хлореф-40)1

в)этиленбис(изопропилк- сантогенат)(ЛЗ-23К)0,6

г)дифениламин0,5

д)смесь авиационного и индустриального масел в их массовом соотношении 7:2 Остальное

до 100%

В качестве мыльной пластичной смазки при приготовлении заявленной рецептуры использовали смазку ЛС-1П ТУ38 УССР 201145-77. Заявленную смазку ДБА-7 получают при введении в смазку Л С-1П порошкообразного никеля с размером частиц 2,1-4 мкм при массовом содержании компонентов в композиции:

Никель- 6,0-9.8%

СМЛС-1П -Остальное.

Компоненты смазки подвергают интенсивному перемешиванию при комнатной температуре и частоте вращения мешалки до 200 об/мин. Полученный таким образом ПСМ ДБА-7 сохраняет свои свойства в течение длительного времени, ибо частицы дис- переностью 2,1-4,0 мкм легко удерживаются основой и не выпадают в осадок. Кроме того, поскольку частицы окружесл

С

со со ю о

со

ны, как в гранулах, слоем основной смазки, то не происходит их окисления; не отмечено также побочного химического взаимодействия с основой, ухудшающего свойства композиции.

Заявленный ПСМ ДБА-7 при сравнительных испытаниях по вышеупомянутой методике ВНИИБТ показал стабильное увеличение предельной нагрузки схватывания выше tOO МПа, т.е. не менее, чем на 66.6% по сравнению с ЯС-1П, а также с целым рядом смазок аналогичного назначения, в том числе специализированных ПСМ, применяемых в опорах шарошечных долот, фирм Hughes ТоСо и Smith TpCo.

Для экспериментальной проверки и оптимизации заявляемого состава по количеству добавляемого порошкообразного N и по его крупности были подготовлены десять композиций, которые подверглись we- пытаниям в парах трения скольжения по вышеупомянутой методике ВНИИБТ. Для оценки технического уровня разработки были испытаны также некоторые образцы ПСМ, применяемые в низкооборотных опо- pax долот, в том числе ПСМ Додотоя АУ, ШРУС-4 и др. На базе ПСМ ЛС-1П проверялась также эффективность применения таких антифрикционных добавок, как дисульфид молибдена, графит, медь. Условия и режим испытаний во всех экспериментах, условия работы пар трения были идентичными. ПСМ наносился тонким слоем «в рабо- чую поверхность пластины, на фасках которой размещалось резиновое кольцо круглого се- чеиия, предназначенное для герметизаии зоны трения.

Работа на каждой ступени нагрузки длилась в течение 20 мин при частоте вращение одного из образцов 170 . Испытания проводились при следующих ступенях нагрузки на испытуемый ггодшйпнмк, кН в t0, 20.30,40,50.60.

Переход со ступени на ступень очередной нагрузки осуществляется по линейному закону за время, равное 5 мин. Критерием прекращения испытаний являлось схватывание поверхностей трения, что фиксирова- лось по показаниям моментомера и термопары, выведенной на рабочую повер- хность неподвижного образца. Каждый вариант ПСМ испытывался не менее, чем не 3-х образцах. Не основании данных экспериментов были рассчитаны коэффициенты трения скольжений на каждой ступени на- гружени я образцов. Полученные данные сведены в табл. 1.

Из табл. t следует, что ПСМ ДБА-7 предлагаемого состава обладает свойством значительного увеличения удельной нагрузки схватывания в паре трения скольжения, что соответственно обеспечивает существенное повышение несущей способности опоры, выполненной с применением такого ПСМ, Кроме того, добавка N1 не приводит к увеличению коэффициента трения в паре скольжения, что очень важно с точки зрения тепловой нагруженности пары трения, что, как известно, является основной причиной выхода из строя элементов опоры скольжения буровых долот. Добавка к основе Л С-1П порошка N1 крупностью зерен 2,1-4.0 мкм в оптимальном весовом количестве 4,5-9,8% приводит к увеличению удельной нагрузки схватывания в паре трения с 60 МПа для базы до 100 МПа и более, что, следовательно, позволяет повысить несущую способность опоры долота и ее службы при использовании ПСМ ДБА-7.

При сравнительных испытанмх, в качестве известной смазки по прототипу может быть использована любая рецептура из табл. 1, представляющая собой мыльную пявстичную смазку (кроме ЛС-1П), в которую добавлен порошок никеля,

Для исследования механизма действия в паре трения добавки ультрадисперсного порошкообразного никеля к смазке ЛС-tn, темгтеты наплавленных стеллитом 3BI6K образцов были подвергнуты рентгенофазо- вому анализу {РФ А)«а установке ДРОН-3 и флюоресцентно-рентгеновскому анализу (ФРА) не установке ФРА-30.ft

По двнншя ФРА отношение интенсив- ностей вторичных флюоресцентных излучений аналитических К-линий железа (Fe) и К-лмнмй никеля (N1) на образцах, исходных ию испытанных по вышеупомянутой методике в присутствии ИСМ ЛС-1П составляет

0,0087. То же отношение для образцов, Are.

-7, составляет

испытанных со смазкой,

w 0,118, что позволяет сделать вывод о IvFa

том, что содержание N1 в поверхностной структуре трущихся образцов возросло при использовании заявляемой смазки в 13,5 раз. .

. По данным РФА на поверхности исходных образцов присутствует -железо. На поверхности образцов, испытанных со емаэкой ЛС-tfl, обнаружен карбид хрома СггзСв, который образуется, no-видимому, в результате взаимодействия материала трущихся пар е углеродом из смазки, поскольку на поверхности исходного образца углерод не был обнаружен:

На поверхности образцов, испытанных со смазкой ДБА-7, образуется карбид никеля NisC, который, как известно, может быть получен путем медленного науглероживания при 700°С в атмосфере окиси углерода СО. Очевидно, что в тяжелонагруженной паре трения создаются подобные условия для образования М1зС. Пленка М1зС, плакирующая поверхности образцов, по всей вероятности препятствует образованию, склонного к задирам, карбида хрома и, обладая высокой прочностью и низким коэф- фициентом трения, обеспечивает тем самым увеличение несущей способности пары трения.

Описанный механизм наиболее полно реализуется при выявленной в процессе ис- пытаний оптимальной концентрации ультрадисперсного порошкообразного никеля в смазке Л С-1П (6-9.8%).

На основании данных РФА было показано, что при недостаточном содержании никеля (6%) его не хватает для приоритетного образования плакирующей пленки М1зС, что приводит к снижению несущей способности пары трения.

При избыточном содержании никеля (9,8%) после образования пленки МзС а композиции остается значительное количество несвязанного N1. который ведет себя как постороннее включение, ухудшающее работу трущейся пары. Уазэнные выводы полностью подтверждены данными табл. 1 (опыты № 2, 3, 7 и 8).

Как видно из табл. 1, добавка ультрадисперсного порошка никеля к другим смазкам (Долотол-АУ, ТУ, ШРУС-4. ТУ, УНИОЛ-1, ТУ 38УССР20150-73)также не привела к появлению тех положительных свойств, которые обнаруживают при введении Ш е оптимальной концентрации (6-9.8%) и заданной крупности (2,1-4 мкм) в смазку ЛС-1П.

Использование заявляемого изобретения позволит повысить несущую способность пар трения скольжения, применяемых в опорах буровых долот, а следовательно, увеличить стойкость долота,

т.е. в конечном счете повысить технический показатель отработку долота и, в частности, проходку за рейс.

Таким образом, использование предлагаемой пластичной смазки ДБА-7 на основе показывающей стабильное увеличение предельной нагрузки схватывания выше 100 МПа, т.е. не менее, чем на 66,6% по сравнению с используемыми в настоящее время смазками, позволит повысить износостойкость ysnqs трения, в частности, в опорах буровых долот.

Формула изобретения Смазка для опор буровых долот, содержащая мыльную пластичную смазку и порошок никеля, отличающаяся тем, что, с целью повышения;стойкости опоры бурового долота, смазка содержит порошок никеля с размером частиц 2.1-4 мкм, в качестве мыльной пластичной смазки содержит мыльную пластичную смазку, включающую литиевое мыло 12-оксистеа- риновой кислоты, дибутилавый эфир трих- лорметилфосфиновойкислоты,

этиленбис(изопропияксантогенат), дифениламин и смесь авиационного и индустриального масел, при следующем соотношении компонентов в составе смазки, мае. %:

Порошок никеля с размером

частиц 2,1-4,0 мкм6,0-9,8

Указанная мыльная

пластичная смазка90,2-94,0

при следующем содержании компонентов в составе мыльной пластичной смазки, мае.

%:

Литиевое мыло 12-окси- стеариновой кислоты8

Дибутиловый эфир три- хлормётилфосфиновой кислоты 1 Этиленбис(изопропилксантогенат) 0,6 Дифениламин0,5

Смесь авиационного и индустриального масел в их массовом соотношении 7:2 Остальное

ПримсчанивДальнвйшееумлицтие нагружи Bum ограничено возможностями непитательного оборудования.

Сущность изобретения: смазка содержит: порошок никеля с размером частиц 2.1-4,0 мкм 6,0-9,8% и мыльную пластич- Hyig смазку 90,2-94,0%. Мыльная пластичная смазка содержит: литивое мыло 12-оксистеариновой кислоты 8,0%, дибу- тиловый эфир трихлорметилфосфиновой кислоты 1.0%, этиленбис(изопропилксанто- генат)0,6%, дифениламин 0,5% и смесь авиационного и индустриального масел в их массовом соотношении 7:2 остальное. 1 табл.