СМАЗОЧНАЯ КОМПОЗИЦИЯ
LUBRICANT COMPOSITION

Предлагаемое изобретение относится к смазочным материалам и предназначается для использования в системе смазки дизельных и карбюраторных двигателей.
Известны смазочные масла, содержащие антифрикционные дисперсные материалы (графит, дисульфид молибдена, медь и др.), обеспечивающие высокие трибологические свойства (Виноградова И.Э. Противоизносные присадки к маслам. М., «Химия», 1972, с.24). Недостатком данных смазочных композиций является использование крупнодисперсных порошков (0,5… 100 мкм), обладающих низкой седиментационной устойчивостью в моторном масле.
Наиболее близкой к предлагаемому по составу, свойствам и применению является смазочная композиция (патент РФ №2123030, МПК С10М 125/00, С10М 125/00, С10М 125/04, С10М 125/22, С10М 125/24, C10N 30/06, опубликовано: 10.12.1998), содержащая, масс.%:
порошкообразный наполнитель, состоящий из
смеси ультрадисперсного порошка
латуни и ультрадисперсного
порошка сплава меди, серы и фосфора
0,15
минеральное масло
99,85
Однако известная смазочная композиция обладает сравнительно невысокими антифрикционными и антизадирными свойствами, т.к. данное сочетание компонентов порошкообразного наполнителя придает минеральному маслу в основном противоизносные свойства. Поэтому при использовании данной композиции в системе смазки двигателя сохраняется высокая вероятность образования задира и схватывания ответственных сопряжений в момент пуска и остановки двигателя.
Технической задачей изобретения является повышение антифрикционных и антизадирных свойств масла.
Поставленная задача решается в смазочной композиции, содержащей минеральное масло и порошкообразный наполнитель, полученный при испарении и конденсации пара в плазменном испарителе, отличающейся тем, что масло в качестве порошкообразного наполнителя содержит смесь наноразмерного порошка латуни дисперсностью 10... 30 нм, ультрадисперсного порошка полититаната калия, интеркалированного цинком, дисперсностью 100… 300 нм и поверхностно-активное вещество, причем ультрадисперсный порошок полититаната калия интеркалированного цинком получен химическим методом, при следующем соотношении компонентов, масс.%:
порошкообразный наполнитель, состоящий из
смеси наноразмерного порошка латуни,
ультрадисперсного порошка полититаната
калия, интеркалированного цинком, и
поверхностно-активного вещества
0,2
минеральное масло
99,8
Zn
Наноразмерные и ультрадисперсные порошки были получены раздельно. Наноразмерный порошок латуни был получен из смеси крупнодисперсных порошков латуни Л60 (ГОСТ 2060-73). Ультрадисперсный порошок полититаната калия, интеркалированного цинком, ПТКТУ 2146-021-96961827-2008 был получен химическим методом.
Способом производства наноразмерного порошка латуни выбрана плазменная технология, основанная на испарении сырья (крупнодисперсного порошка или прутка) в плазменном потоке с температурой 5000-6000 К и конденсации пара до частиц требуемого размера (патент РФ №2068400, МПК С06В 25/24, H05H 1/00, опубликовано: 27.10.1996).
Принципиальная схема установки приведена на фиг.1. В схеме используется замкнутый газовый цикл. Заполнение системы инертным газом (аргоном) производится из баллона 1. Циркуляция газа по схеме осуществляется при помощи компрессора 3.
2
Компрессированный газ (до 2 кг/см) через ресивер 2 поступает на рампу ротаметров 4, через которую распределяется по узлам схемы. В качестве головного аппарата-реактора используется электродуговой плазмотрон 6 линейной конструкции типа ЭДП-104, к которому присоединена реакционная камера 7 с закалочным узлом 8. Процесс переконденсации осуществляется следующим образом. Порошковое сырье из дозатора 5 газовым потоком подается на срез плазмотрона, в плазменную струю. В реакционной камере порошок испаряется в струе горячего газа и затем на выходе из камеры резко охлаждается струями холодного газа в закалочном узле 8 и в трубчатом холодильнике 9. Крупные частицы, в том числе частицы непереработанного сырья, отделяются от наноразмерных порошков в классификаторе инерционного типа 10. Улавливание наноразмерных порошков осуществляется в рукавном фильтре 11, а очищенный газ через ресивер 2 снова поступает в компрессор 3. По мере накопления в фильтре 11 наноразмерный порошок выгружается в тару 12.
2
3
Ультрадисперсный порошок НТК синтезируется в расплаве солей при обработке порошка оксида титана в солевом расплаве. Реакционную смесь выдерживают в алундовом (A1O) тигле в муфельной печи (Thermoline 2510) при температуре 500°С в течение 2 ч. Полученный продукт отмывают от водорастворимых соединений в дистиллированной воде и отфильтровывают с помощью бумажного фильтра Whathman №40.
2
Интеркаляцию полититаната калия осуществляют в термостатированном сосуде при 23°С, который наполнен водным раствором соли Zn-ZnCl из расчета 0,01 моль соли на 10 г полититаната калия. Полученную суспензию перемешивают с помощью магнитной мешалки и отфильтровывают с помощью фильтровальной бумаги Whathman №42. Полученные после фильтрования порошки просушивают при 40°С в сушильном шкафу.
Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемый состав смазочной композиции отличается от известного введением нового компонента, а именно ультрадисперсного порошка полититаната калия, интеркалированного цинком.
Новым в изобретении является то, что состав порошкообразного наполнителя способствует формированию поверхностей трения с повышенными антифрикционными и антизадирными свойствами в различных условиях трения.
Наличие ультрадисперсного порошка полититаната калия, интеркалированного цинком, способствует образованию с металлами структуры с малым сдвиговым сопротивлением, что эффективно снижает коэффициент трения и уменьшает вероятность образования задира.
Наноразмерный порошок латуни обладает высокой пластичностью, что способствует интенсивному формированию трушихся поверхностей за счет заполнения впадин шероховатости и дефектов.
Данные преимущества порошкообразного наполнителя повышают антифрикционные, противоизносные и антизадирные свойства масла.
На фиг.2 изображена зависимость изменения момента трения в процессе испытания.
На фиг.3 изображена величина износа испытываемых образцов.
СРАВНИТЕЛЬНЫЕ ДАННЫЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ СВОЙСТВ ЗАЯВЛЯЕМОГО ТЕХНИЧЕСКОГО РЕШЕНИЯ И ПРОТОТИПА
-1
a
Изобретение иллюстрируется следующими примерами. В примерах приводятся результаты испытаний, проведенных по методике: эксплуатационные свойства смазочной композиции оценивались исследованиями на машине трения МИ-1 по схеме "ролик-колодка". Продолжительность каждого опыта - 6 ч, частота вращения вала машины трения - 300 мин, нагрузка на колодку - 650 Н. Образцы пар трения изготавливали из материалов, применяемых в ДВС. Колодки и ролики изготавливали из серого чугуна СЧ-25 (ГОСТ 1412-85) одной плавки. Твердость образцов составляла НВ 190… 220. Шероховатость рабочей поверхности ролика R=0,32 мкм. Перед проведением испытаний образцы пары трения подвергались приработке в течение 3 ч при режимах основного испытания.
Смазка образцов в процессе испытаний обеспечивалась погружением ролика на 1/3 в масляную ванну.
-4
Износ образцов определялся методом взвешивания на аналитических весах марки ВЛА-200 М с точностью измерения 1·10 г. В процессе экспериментов непрерывно регистрировалась сила момента трения с помощью самопишущего устройства машины трения.
Антизадирные свойства определяли по нагрузке схватывания образцов трения при ее ступенчатом увеличении. За нагрузку схватывания принимали нагрузку, при которой происходит "холодное" сваривание поверхностей образцов трения. Этот процесс сопровождается резким увеличением момента трения.
Пример 1. Влияние концентрации смазочной композиции на ее антифрикционные и противоизносные свойства.
Смазочную композицию готовили следующим образом: предварительно готовили концентрированную присадку (на 4 кг смазочной композиции), 150 г чистого моторного масла подогревали в специальном приспособлении до температуры 60… 80°С, в него добавляется 7 г наноразмерного порошка латуни, ультрадисперсного порошка полититаната калия, интеркалированного цинком, и поверхностно-активного вещества с соотношением компонентов 50:40:10. Далее механическим способом производили перемешивание полученного состава в течение 0,5… 0,7 ч. Полученная присадка добавлялась в моторное масло до необходимой концентрации.
Для проведения опытов было подготовлено несколько проб с различной концентрацией порошкообразного наполнителя в смазочной композиции. Готовили 4 пробы при следующих значениях концентрации порошкообразного наполнителя в смазочной композиции, масс.%:
1-я проба: прототип
2-я проба: порошкообразный наполнитель 0,15
минеральное масло99,85
3-я проба: порошкообразный наполнитель 0,2
минеральное масло 99,8
4-я проба: порошкообразный наполнитель 0,25
минеральное масло 99,75
Результаты испытаний приведены в таблице 1 и на фиг.2, 3.
Критериями оптимизации при проведении испытаний были приняты: износ образцов (колодки) и сила момент трения.
Таблица 1
Результаты испытания смазочной композиции
Номер пробы
Износ образцов, мг
Момент трения, Н·м
Начальный
После стабилизации
1
2,2
8,2
6,4
2
1,5
6,7
6,3
3
-0,2
4,2
2
4
0,6
6,1
5,5
Из таблицы 1 и фиг.2, 3 видно, что наименьший износ образцов и наименьшее значение силы момента трения достигаются при концентрации порошка в смазочной композиции 0,2%.
Пример 2. Влияние состава композиции на антизадирные свойства поверхностей трения образцов.
С целью выявления антизадирных свойств прототипа и предлагаемого состава смазочной композиции проводились испытания образцов на пробах №1, 2, 3, 4. Затем образцы устанавливали в машину трения и ступенчато нагружали без подвода масла во время проведения всего испытания. Масляная пленка на образцах создавалась путем их окунания в смазочную композицию перед установкой в машину трения. Нагружая образцы, выявляли зависимость момента трения от нагрузки. При этом устанавливали предельную нагрузку, при которой происходило схватывание и задир трущихся поверхностей образцов в режиме «сухого» трения.
-1
Испытания проводили на машине трения МИ-1. Частота вращении ролика - 300 мин. Образцы нагружались ступенчато через 0,1 кН, считая первой ступенью нагрузку - 0,1 кН. Продолжительность испытания образцов на каждой ступени определяли стабилизацией момента трения и составила 10 минут.
Результаты испытания представлены в таблице 2 и на фиг 4.
Как видно из таблицы 2, лучшие антизадирные свойства показал образец №3, испытанный с применением предлагаемой смазочной композиции при концентрации наполнителя 0,2%, при этом предельная нагрузка схватывания увеличилась на 21% по сравнению с прототипом.
Таблица 2
Результаты испытания образцов на схватывание
Номер пробы
Сила момента трения, Н·м
Ступени нагружения образцов, кН
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
1-ая проба
0,09
0,15
0,2
0,29
0,36
- схватывание
2-ая проба
0,08
0,13
0,16
0,23
0,29
0,34
- схватывание
3-ая проба
0,03
0,07
0,15
0,18
0,21
0,24
0,27
- схватывание
4-ая проба
0,05
0,09
0,11
0,15
0,18
0,3
- схватывание