СПОСОБ ОБРАБОТКИ УЗЛОВ ТРЕНИЯ
PROCEDURE FOR TREATMENT OF FRICTION UNITS

Изобретение относится к способам обработки узлов трения и предназначено для увеличения износостойкости узлов трения и снижения механических потерь на трение. Срок службы двигателей и механических узлов определяется степенью изнашивания трущихся поверхностей. В настоящее время за рубежом и в России при решении вопросов трибологии все чаще используются природные минералы для обеспечения условий снижения трения и защиты поверхности трения от коррозии и износа, повышение их жаростойкости и механической прочности механизмов.
Минералы используются, в основном, для создания в узлах трения природных зеркал скольжения, обладающих аномально низким коэффициентом трения. Высокие антифрикционные свойства покрытий при возможности их создания без разборки механизмов определили значительный интерес исследователей к составу исходных минералов и способам формирования поверхностей трения.
Выяснилось, что получение природных зеркал скольжения облегчается при наличии в используемых минералах "стеклообразующих" окислов в аморфном состоянии. К таким минералам относятся серпентениты, офиты, нефриты и т.п.
Известен способ формирования сервовитной пленки трущихся поверхностей с использованием в качестве основной составляющей серпентинита и шунгита [RU 2182268]. Согласно изобретениям предварительно готовят состав, который смешивают с базовым маслом перед подачей в зону трения и формируют покрытия при работе механизма. При этом обеспечивается финишная антифрикционная футеровка поверхностей трения природными зеркалами скольжения.
Однако такого рода покрытия могут быстро разрушаться при больших нагрузках и циклических колебаниях из-за специфических особенностей материала покрытия и малой толщины его.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту к заявляемому изобретению является "Способ безразборного восстановления трущихся соединений" [RU 2149741]. Согласно изобретению предварительно готовят ремонтно-восстановительный состав на основе порошка дисперсностью 10…30 мкм из смеси природных минералов при содержании в них аморфной двуокиси кремния 40…55% и катализаторов на основе шунгита в количестве 0,02…2,0 мас.%. Порошковый состав в количестве 0,15…20 мас.% смешивают с базовым маслом и подают в зону трения. Формируют покрытия при эксплуатационной нагрузке в течение от нескольких часов до нескольких десятков часов, что зависит по изобретению от "степени изношенности зоны трения и материала, из которого изготовлена зона трения".
Данный способ не обеспечивает достижения оптимальных зазоров, получаемое покрытие обладает малой прочностью, недостаточными антифрикционными свойствами и предполагает длительный технологический цикл формирования покрытия, что объясняется слабой физико-химической активностью предлагаемого ремонтно-восстановительного состава.
Цель предлагаемого изобретения - обеспечение износостойкости узлов трения за счет повышения антифрикционных свойств и прочности трущихся поверхностей, ускорение формирования покрытия.
Предлагаемый способ обработки поверхностей узлов трения включает подготовку технологической среды путем приготовления композиции, включающей частицы металлсодержащих минералов, и перемешивания ее со смазочным материалом, подачу технологической среды в зону трения и формирование износостойкой антифрикционной поверхности под термической и механической нагрузкой. В композицию дополнительно вводят частицы синтетических фуллеренов, синтетических кристаллов и алюмосиликаты в качестве молекулярных сит при следующем соотношении компонентов, мас.%:
синтетические фуллерены 5-50,
металлосодержащие минералы 5-20,
синтетические кристаллы 20-80,
молекулярные сита 2-10.
Материалы подвергают предварительной физико-химической очистке от примесей, а при приготовлении композиции сначала смешивают частицы фуллеренов, минералов и синтетических кристаллов, а затем осуществляют перемешивание упомянутой смеси с частицами молекулярных сит, совмещенное с обезвоживанием и механоактивацией с измельчением частиц до размеров менее 1 мкм.
Примеры композиций в соотношении компонентов, мас.%:
70
синтетические фуллерены - С 30;
3
2
20
металлосодержащий минерал - силикат магния MgSiO или 3Mg-2SiO-2H 10;
синтетические кристаллы - монокристаллический кремний Si 50;
2
2
3
2
2
алюмосиликаты - цеолиты NaO AlO 2SiO nHO 10;
60
синтетические фуллерены - С 25;
2
4
металлосодержащий минерал - фаялит FeSiO 20;
2
5
синтетические кристаллы - титанат алюминия AlTiO 47;
86
2
86
2
106
2
алюмосиликаты - цеолиты Na[(AlO) (SiO)] НО 8.
Материалы в процессе подготовки их к использованию по предлагаемому изобретению подвергаются стадийному измельчению до 1 мм и обязательной физико-химической очистке от примесей, поскольку примеси в минералах отрицательно влияют на процесс формирования износостойкой антифрикционной поверхности в узлах трения, снижают ее качество и долговечность. Синтетические кристаллы изначально обладают высокой физико-химической чистотой и также измельчаются до размера частиц менее 1 мм.
На последней стадии подготовки операция перемешивания минералов и синтетических кристаллов с молекулярными ситами совмещается с механоактивацией и обезвоживанием. Механоактивацией обеспечивается получение ультратонких частиц размерами менее 1 мкм. Полученный ультрадисперсный порошок склонен к поглощению влаги, которая существенно снижает качество обеспечения износостойкости узлов трения, поскольку эффективность процесса формирования износостойкой поверхности и ее прочность снижается с повышением содержания влаги в рабочей смеси из минералов и синтетических кристаллов.
Использование в изобретении большого процентного содержания синтетических фуллеренов обусловлено тем, что в их составе присутствуют углеродные молекулы, которые образуют кристаллическую структуру, состоящую из идеально гладких шаров, свободно вращающихся в гранецентрированной кубической решетке. Такая форма кристаллов, при попадании их в зону трения поверхностей, позволяет существенно снизить коэффициент трения, исключить явление «задира» металла и таким образом защитить пару трения от износа.
При этом одновременно протекают процессы заполнения неровностей поверхности трения частицами минералов и синтетических кристаллов и диффузионные процессы и химические реакции связывания водорода с кислородом с образованием воды, т.е. устранение явления водородного изнашивания (охрупчивания). В этих процессах весьма значительную роль играют молекулярные сита, которые обезвоживают рабочее пространство и обеспечивают оптимальные условия формирования износостойкой антифрикционной поверхности в парах трения.
Таким образом, процесс формирования износостойкой антифрикционной поверхности улучшается за счет использования ультратонких частиц минералов, синтетических кристаллов и молекулярных сит.
Толщина получаемого покрытия саморегулируется. При равенстве энергии термической активации и энергии, поглощенной материалом трущихся деталей, изменений в сформированном покрытии не происходит.
Окончательное формирование износостойкой антифрикционной поверхности, обеспечивающей износостойкость узлов трения, осуществляется под высокой термической и механической нагрузкой, в течение короткого промежутка времени. При этом максимальная нагрузка составляет 80% от предельно допустимой нагрузки для конкретного механизма.
При достижении оптимальной толщины износостойкой антифрикционной поверхности дальнейший процесс наращивания слоя прекращается, т.е. происходит саморегулирование процесса.
Прочностные свойства сформированного покрытия обуславливаются использованием минералов в качестве центров кристаллизации, синтетических кристаллов, которые являются чистой физико-химической основой новой антифрикционной износостойкой поверхности, прочностные показатели которой определяется ультрадисперсностью и низким содержанием влаги в рабочей среде за счет использования молекулярных сит.