СМАЗОЧНЫЙ МАТЕРИАЛ С ПОВЫШЕННОЙ ТЕРМОСТОЙКОСТЬЮ, ОБЛАДАЮЩИЙ РЕМОНТНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫМИ СВОЙСТВАМИ
HIGH THERMAL STABILITY LUBRICATING MATERIAL HAVING REPAIR-RECOVERY PROPERTIES

Изобретение относится к триботехнике и может быть использовано в машиностроении в узлах трения, где используются смазочные материалы при высоких температурах, а также может быть использовано при проведении ремонтно-восстановительных работ изношенного оборудования без его разборки.
Известно редукторное масло (патент РФ №1593202, С10М 137/10, 15.10.1994 г.), которое используется для смазывания зубчатых и червячных передач в промышленном оборудовании и которое имеет повышенную термоокислительную стабильность. Масло, включающее в мас.%: аллиловый эфир диэтилдитиокарбаминовой кислоты 2-4; борйрованный диалкилдитиофосфат цинка 0,5-1,5; полиметакрилат 0,1-0,3; нефтяное масло - остальное. В указанном случае термоокислительная стабильность масла при 120°С в течение 75 ч выше, чем у известного (количество осадкообразования 0,05 мас.% против 0,22 мас.%).
Недостатком этого смазочного материала является невысокая критическая температура, при которой масло начинает терять работоспособность и отсутствие ремонтно-восстановительных свойств.
2
Известен смазочный состав и способ его получения (патент РФ №94031940, С10М 169/04, 10.08.1996 г.). Сущность изобретения: приготовление смазочного состава осуществляют путем введения в масло низкомолекулярного неорганического соединения порошковой добавки, в качестве которой используют порошки диселенидов вольфрама и молибдена в количестве 1-20 мас.%. Смесь обрабатывают в ультразвуковом поле мощностью 3-5 Вт/см.
Недостатком такого смазочного состава является сложность его приготовления и невозможность использования в узлах трения с высокой температурой.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ модификации железосодержащих поверхностей узлов трения (патент РФ №2201999, С23С 24/02, 10.04.2003 г.). Изобретение относится к модификации поверхностей узлов трения и предназначено для увеличения долговечности трущихся металлических поверхностей в двигателях внутреннего сгорания, агрегатов, трансмиссий, ходовой части транспортных средств и др. машин, станков, и может быть использовано для одновременного восстановления металлических трущихся поверхностей. Способ включает в себя подачу в зону обработки поверхностей трения предварительно приготовленной технологической среды, содержащей углеводородный носитель и 0,008-0,03 мас.% предварительно измельченной смеси минералов α - хризотила, ортохризотила, лизардита ленточного, доломита, катализатора и поверхностно-активного вещества (ПАВ) при следующем соотношении их в смеси в мас.%: - α - хризотил 25-35; ортохризотил 35-45; лизардит ленточный 5-15; доломит 5-15; катализатор 2-5; ПАВ 5-8, при этом дисперсность частиц минеральных компонентов и катализатора составляет 0,1-4,0 мкм.
Недостатком предложенного способа является то, что при работе в механизмах с повышенной температурой приготовленный состав теряет свои смазывающие свойства из-за того, что выгорает при высокой температуре. В результате полученная после обработки композицией антифрикционная поверхность быстро истирается.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение термостойкости и ресурса смазочного материала, улучшение противоизносных и антифрикционных свойств за счет использования окисленной масляной фракции, серпентинита и катализатора.
Указанная задача решается тем, что в смазочном материале, обладающем ремонтно-восстановительными свойствами, содержащем масляную основу, природный минерал серпентинит, катализатор, согласно изобретению в качестве масляной основы используется окисленная масляная фракция 300-520°С с высокой термостойкостью и остальные компоненты содержаться в следующих мас.%:
6
4
10
8
серпентинит Mg[SiO](OH)- 0,3-1;
2
катализатор MnO- 0,05-0,2.
Кроме того, в смазочном материале содержатся сульфоны, полученные окислением сульфидов, содержащихся в масляной фракции пероксидами водорода, кислородом в присутствии катализаторов, включая металлы или растительное масло, которое при окислении масляной фракции растворяется в ней.
Сульфиды масляной фракции окисляются пероксидом водорода, кислородом в присутствии катализаторов (металлов или растительного масла) до сульфонов, при этом сульфоны содержащиеся в окисленной масляной фракции при смешении с серпентинитом и двуокисью марганца образуют смазочный материал, обладающий высокой термостойкостью, антифрикционными и противоизносными свойствами. При использовании растительного масла, во время процесса окисления масляной фракции пероксидами водорода, кислородом, в качестве катализатора оно растворяется в ней в отличие от остальных катализаторов.
6
4
10
8
Согласно изобретению смазочный материал содержит в мас.%: серпентинит Mg[SiO](OH)- 0,3-1;
2
катализатор MnO- 0,05-0,2;
окисленная масляная основа - остальное
(оптимальный состав получен в результате проведенных экспериментов).
В процессе работы смазочного материала в узле трения выделяется тепловая энергия, которая активирует процессы образования сервовитной пленки. В результате окислительно-восстановительных реакций и реакций замещения на поверхности трения образуется монокристалл с более объемной кристаллической решеткой (сервовитная пленка). Этот кристалл обладает более прочной структурой, снижает трение и износ на контакте и не выгорает под действием высоких температур, что значительно увеличивает срок службы оборудования, обеспечивая работоспособность смазочного материала при температуре вплоть до 600°С.
Эксперименты проводили следующим образом.
2
Вначале порошок серпентинита доводили до дисперсности 20-30 мкм на железной ступке путем толчения. Из полученного порошка удаляли железные частицы с помощью магнита. Затем серпентинит сушили в термостате при температуре 80-100°С, после чего просеивали через сито (с ячейками 10-15 мкм). Полученный порошок серпентинита добавляли в масляную фракцию вместе с катализатором MnO(двуокисью марганца) в следующих пропорциях в мас.%:
6
4
10
8
серпентинит Mg[SiO](OH) - 0,3-1;
2
катализатор MnO- 0,05-0,2;
масляная фракция - остальное.
Для сравнения были выбраны четыре разные масляные фракции, три неокисленные и одна окисленная: высоковязкая, средневязкая, маловязкая и окисленная маловязкая масляная фракция. В результате получили восемь образцов смазочных материалов (четыре смазочных материала без серпентинита и катализатора и эти же смазочные материалы с серпентинитом и катализатором). Серпентинит и катализатор добавляли в масляную фракцию непосредственно перед опытом. Затем полученную суспензию тщательно перемешали.
n
rn
nn
nn
rn
Трибологические исследования выполняли на одношариковом трибометре (Шустер Л.Ш. Адгезионное взаимодействие твердых металлических тел. - Уфа: Гилем, 1999. - 198 с.) и демонстраторе трения. На одношариковом трибометре сферический индентор диаметром 5 мм из инструментальной стали Р18, сжатый двумя плоскими образцами из стали 20, вращался под нагрузкой вокруг своей оси. Силы, расходуемые на вращения индентора, связаны главным образом со сдвиговой прочностью τ адгезионных (межатомных и межмолекулярных) связей. Температуру Ө трения изменяли электроконтактным способом. Перед проведением экспериментов на контактные поверхности индентора и образцов с помощью кисточки наносили исследуемый смазочный материал. На одношариковом трибометре при различных температурах определяли предельные нормальные давления p (перехода от упругих к пластическим деформациям), соответствующие им величины τ и отношения τ/p, отражающие значения адгезионной составляющей коэффициента трения.
Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг.1 показана зависимость трибологических характеристик от температуры контакта и состава смазочных материалов (без наполнителей). Кривой 1 обозначена высоковязкая масляная фракция; кривой 2 обозначена средневязкая масляная фракция; кривой 3 обозначена маловязкая масляная фракция; кривой 4 обозначена окисленная маловязкая масляная фракция.
2
2
2
2
На фиг.2 показана зависимость трибологических характеристик от температуры контакта и состава смазочных материалов (с наполнителями). Кривой 1 обозначена высоковязкая масляная фракция + серпентинит (0,3-1%) + MnO(0,05-0,2%); кривой 2 обозначена средневязкая масляная фракция + серпентинит (0,3-1%) + MnO(0,05-0,2%); кривой 3 обозначена маловязкая масляная фракция + серпентинит (0,3-1%) + MnO (0,05-0,2%); кривой 4 обозначена окисленная маловязкая масляная фракция + серпентинит (0,3-1%) + MnO (0,05-0,2%).
Как видно из фиг.1 и 2 масляные фракции с серпентинитом и катализатором превосходят по своим трибологическим характеристикам масляные фракции без добавок. Масляные фракции без добавок при температуре 150°С начинают терять свои смазывающие свойства, а при 300°С полностью выгорают. Масляные фракции с серпентинитом и двуокисью марганца обладают хорошими смазывающими свойствами при температуре вплоть до 300°С. А предлагаемый смазочный материал, приготовленный на основе окисленной маловязкой масляной фракции, обладает лучшими смазывающими свойствами, состав сохраняет свои эксплуатационные свойства вплоть до 600°С.
Для подтверждения образования сервовитной пленки на поверхностях трения провели испытания на демонстраторе трения. На фиг.3 представлена схема работы демонстратора трения. Позиция 1 обозначает ролик; 2 - обойма; 3 - смазочный материал; 4 - смазочная ванна; N - сила прижима.
Износ определяли по изменению веса ролика и обоймы с помощью аналитических весов, а появление задира на контактируемых поверхностях изделия - визуально. Материал обоймы и ролика - подшипниковая сталь ШХ15. Диаметр обоймы 35 мм. Ролик цилиндрический диаметром 8 мм и длиной 20 мм. Сила прижима ролика к обойме N=600 Н.
Результаты измерения износа на демонстраторе трения приведены в таблице 1.
Таблица 1
Изменение веса обоймы и ролика после проведения испытаний различных смазочных материалов (время испытания 15 мин)
Смазочный материал
Изменение веса обоймы, г
Изменение веса ролика, г
Маловязкая масляная фракция
-0,25
-0,15
Окисленная маловязкая масляная фракция
-0,18
-0,10
Маловязкая масляная фракция + серпентинит (0,3-1%) + MnO<sub>2</sub> (0,05-0,2%)
+0,10
+0,02
Маловязкая масляная фракция окисленная + серпентинит (0,3%) + MnO<sub>2</sub> (0,05-0,2%)
+0,15
+0,04
Для подтверждения образования сервовитной пленки на поверхностях трения испытания на демонстраторе трения проводили по следующей методике: вначале пара трения работала в течение 15 мин со смазкой, затем с трущихся поверхностей ее удаляли, и работа узла трения осуществлялась без смазочного материала до заклинивания. Результаты испытаний приведены в таблице 2.
Таблица 2
Работа узла трения до заклинивания без смазочного материала
Смазочный материал
Работа узла трения без смазочного материала
Маловязкая масляная фракция
32 сек
Окисленная маловязкая масляная фракция
45 сек
Маловязкая масляная фракция + серпентинит (0,3-1%) + MnO<sub>2</sub> (0,05-0,2%)
3 мин 43 сек
Маловязкая масляная фракция окисленная + серпентинит (0.3-1%) + MnO<sub>2</sub> (0.05-0.2%)
4 мин 19 сек
2
Увеличение веса обоймы и ролика (таблица 1), а также наибольшее время работы узла трения без смазочного материала в течение более 4 мин при проведении опытов с роликом, проработавшим со смазочным материалом (маловязкая фракция окисленная + серпентинит (0,3-1%) + MnO (0,05-0,2%)) таблица 2, подтверждают образование сервовитной пленки на поверхностях трения, которая улучшает трибологические характеристики и термостойкость предлагаемого смазочного материала.