АНТИФРИКЦИОННАЯ КОМПОЗИЦИЯ
ANTIFRICTION COMPOSITION

Изобретение относится к области получения композиции для формирования противоизносных и антифрикционных свойств приповерхностных слоев трущихся деталей.
Давно известны смазочные материалы типа парафина, консталина, стеарина, воска, которые, к сожалению, не защищают трущиеся поверхности от износа при интенсивной нагрузке.
Современные смазочные материалы для узлов трения состоят из сложного химического состава, включающего в себя перечисленные выше смазочные материалы, которые принято называть основой, и дополнительные вещества - присадки.
(См. на сайте:www.xumuk.ru)
Традиционно используемые присадки для уменьшения износа не могут соответствовать высоким требованиям при интенсивной работе и в определенной мере допускают износ.
Известна технологическая среда, содержащая соляную кислоту, соли никеля, олова и меди, глюкозу, глицерин и воду, служащую для повышения износостойкости поверхности катания колесной пары железнодорожного транспорта за счет нанесения на них антифрикционных медьсодержащих покрытий.
(См. патент РФ №211266, по кл. МПК В60В 17/00, С23С 26/00, заявл. 27.02.97 г., опубл. 10.06.98, Способ повышения износостойкости поверхности катания колесной пары).
Недостатком известного состава является наличие в среде соляной кислоты, что требует повышенных мер безопасности при ее использовании. Соляная кислота оказывает коррозионное влияние на нанесенное покрытие, что требует дополнительных операций по очистке и консервации обработанных деталей, а также приводит к снижению антифрикционных и противоизносных свойств полученных покрытий.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту и выбранной в качестве ближайшего аналога является антифрикционная композиция, состоящая из основного смазочного материала и присадки, причем присадка представляет собой суспензию из жидкого смазочного материала и взвеси высокодисперсных природных минералов.
(См. заявку РФ №2007117786, по кл. МПК С10М 177/00, заявл. 14.05.2007, опубл. 20.11.2008, Способ получения и состав смазочной композиции для формирования противоизносных и антифрикционных свойств приповерхностных слоев трущихся деталей).
Недостатком известной антифрикционной композиции является сложность состава присадки, что, в свою очередь, усложняет процесс приготовления композиции в целом.
Задачей настоящего изобретения является создание антифрикционной композиции, позволяющей уменьшить износ в различных узлах трения механизмов, агрегатов, в частности, уменьшить износ поверхности катания колесных пар железнодорожного транспорта и колес мостовых кранов при одновременной простоте получения композиции.
Техническим результатом, позволяющим решить поставленную задачу, является повышение износостойкости узлов трения в условиях высоких нагрузок и температур.
Поставленная задача достигается тем, что в известной антифрикционной композиции, состоящей из основного смазочного материала и присадки, согласно изобретению смазочный материал представляет собой парафин, или церезин, или консталин, или стеарин, или пчелиный или синтетический воск или другие пластичные смазки, присадка представляет собой нитрид бора в виде микрочастиц размером не более 0,02 мкм, и композиция дополнительно содержит добавку Есо-Universal Oil-Package в виде жидкости и стабилизатор, выбранный из группы, включающей уксусную, лимонную, или молочную кислоты при следующем соотношении компонентов, мас.%:
нитрид бора
0,2-90,0
Eco-Universal Oil-Package
0,2-90,0
стабилизатор
0,2-5,0
смазочный материал
остальное
Проведенные исследования по патентным и научно-техническим источникам информации свидетельствуют о том, что предлагаемая антифрикционная композиция неизвестна и не следует явным образом из изученного уровня техники, т.е. соответствует критерию «новизна» и «изобретательский уровень».
Предлагаемая антифрикционная композиция может быть приготовлена на любом предприятии, специализирующемся в данной отрасли, т.к. для этого требуются известные материалы и стандартное оборудование, широко выпускаемое отечественной и зарубежной промышленностью.
Таким образом, заявляемая антифрикционная композиция соответствует критерию «промышленная применимость».
Использование в качестве смазочного материала парафина, или церезина, или консталина, или стеарина, или пчелиного или синтетического воска или другой пластичной смазки расширяет ассортимент использования смазочных материалов, предпочтительных для разных сфер применения, упрощает процесс приготовления антифрикционных композиций из разнообразных основных смазочных материалов.
Использование в качестве присадки нитрида бора в виде микрочастиц размером не более 0,02 мкм обеспечивает получение слоя, препятствующего возникновению контакта металла с металлом, что позволяет уменьшить износ в различных узлах трения механизмов и агрегатов, в частности, позволяет уменьшить износ поверхности качения колесных пар железнодорожного транспорта и колес мостовых кранов.
При обычной смазке из-за разрушения смазочного слоя между вершинами шероховатостей может образовываться металлический контакт, что приводит к их свариванию и разрушению. Даже при пластической деформации значительное трение приводит к ослаблению связи между зернами металла, росту трещин и разрушению. Поэтому при значительной нагрузке на узел трения износ поверхностей не приводит к уменьшению шероховатости.
Пластические деформации в условиях повышенного трения и износа приводят к накоплению дислокации в поверхностных слоях, снижению текучасти металла (наклепу поверхности) и, в конце концов, к усталостному выкрашиванию металла.
Содержащийся в смазочном материале ультрамикродисперсный порошок нитрида бора с размерами частиц порядка 0,02 мкм, т.е. в сотни раз меньшими, чем обычная шероховатость поверхности металла, легко внедряется в неровности и удерживается на поверхности металла. Образуется слой, препятствующий контакту металла с металлом. Незначительное количество циклов деформации позволяет избежать усталостного снижения прочности поверхностных слоев. Так как при более гладкой поверхности нагрузка распределяется по большей площади, что повышает эффективность работы смазочного материала.
Введение в состав заявляемой композиции в качестве добавки ЕСО-universal Oil-Package фирмы WAGNER, которая представляет собой смесь из монобутилового эфира полипропиленгликоля, растворителя, три-фенил-фосфотиоата, фосфата амина в виде жидкости, которые способствуют эвтектоидному выравниванию металлических поверхностей на микроскопическом уровне, позволяет достичь минимального трения в местах трения за счет создания микропленки. Добавка ECO-UniversaI Oil-Package содержит активные компоненты, максимально способствующие структурированию смазочного материала, обеспечивающему слою смазки разделяющее, антифрикционное и противоизносное действие.
Добавка ECO-Universal Oil-Package связывается химической связью с молекулами металлических поверхностей и образует тонкий микроскопический мономолекулярный защитный щит, который препятствует износу металлических деталей, подвергаемых трению. Вследствие этого достигается постоянное сглаживание по всей площади и меньший износ поверхностей.
Использование в составе антифрикционного материала стабилизатора обеспечивает применение антифрикционного материала в течение всего требуемого периода времени в самых разных температурных условиях с сохранением необходимого качества снижения трения.
Использование в качестве стабилизатора кислоты, выбранной из группы, включающей уксусную, лимонную или молочную кислоты, расширяет ассортимент применения различных кислот в качестве стабилизатора для поддержания требуемого качества и вида антифрикционной композиции при одновременной простоте ее приготовления.
Таким образом, совокупность существенных признаков предлагаемой антифрикционной композиции позволяет достичь и заявленного технического результата, а именно повышение износостойкости узлов трения в условиях высоких нагрузок и температур, и, следовательно, решить поставленную задачу - уменьшение износа в различных узлах трения механизмов и агрегатов.
Экспериментально заявителем установлено, что в качестве присадки в составе заявляемой антифрикционной композиции возможно использование не только нитрида бора, а возможно использование в качестве присадки из числа: дисульфида вольфрама, дисульфида молибдена, дисульфида цинка, свинцового мыла, карбида кремния, диборида титана, фторида лития, оксида иттрия, карбида циркона, нитрида алюминия, карбида кремния, пропионата аммония, борида алюминия, карбида алюминия, фторида кальция, фторида бария, гексаборида лантана, карбида бора, нитрида кремния, карбида титана в виде микрочастиц размером не более 0,02 мкм и их смесей при заявленном соотношении компонентов, и при этом получить заявленный технический результат - повышение износостойкости узлов трения в условиях высоких нагрузок и температур.
Заявляемую антифрикционную композицию приготавливают следующим образом: подогревают смазочный материал до температуры плавления, затем при непрерывном помешивании добавляют нитрид бора и добавку ЕСО-Universal Oil-Package, в приготовленный состав вводят стабилизатор. Приготовленную заявляемую композицию заливают в приспособление для подачи на гребни колесных пар, через которое и осуществляют подачу композиции в требуемое место.
Пример 1
Брали в качестве смазочного материала парафин, который подогревали до температуры плавления и при непрерывном помешивании добавляли нитрид бора, добавку ECO-Universal Oil-Package, затем добавляли стабилизатор в виде уксусной кислоты при следующем соотношении компонентов, мас.%:
нитрид бора
5,0
ECO-Universal Oil-Package
5,0
уксусная кислота
0,2
парафин
остальное
Полученную антифрикционную композицию использовали для повышения износостойкости поверхности качения колесных пар железнодорожного транспорта. Экспериментально установлено уменьшение износа колесных пар в 4,5 раза.
Пример 2
В качестве смазочного материала брали консталин, в который добавляли нитрид бора, добавку ECO-Universal Oil-Package и стабилизатор в виде лимонной кислоты при следующем соотношении компонентов, мас.%:
нитрид бора
10,0
ECO-Universal Oil-Package
10,0
лимонная кислота
0,2
консталин
остальное
Полученную антифрикционную композицию использовали для повышения износостойкости реборд крановых колес.
В результате испытаний установлено, что износостойкость реборд крановых колес увеличилась в 6 раз.
Пример 3
Брали парафин, в который добавляли нитрид бора, добавку ECO-Universal Oil-Package и стабилизатор в виде уксусной кислоты при следующем соотношении компонентов, мас.%:
нитрид бора
5,0
ECO-Universal Oil-Package
10,0
уксусная кислота
0,2
парафин
остальное
Полученную антифрикционную композицию использовали для повышения износостойкости поверхности качения колесных пар железнодорожного транспорта. Экспериментально установлено уменьшение износа колесных пар в 3,5 раза.
Пример 4
Брали все компоненты как в примере 1, но при этом вместо нитрида бора в качестве присадки брали карбид бора, использовали полученную антифрикционную композицию так же, как в примере 1, результат был аналогичен результату, полученному в примере 1.
Пример 5
Использовали компоненты как в примере 2, но вместо присадки в виде нитрида бора брали дисульфид молибдена, результат был аналогичен результату, полученному в примере 2.
Пример 6
Брали компоненты в таком соотношении, когда преобладало содержание присадки в виде нитрида бора, а именно:
нитрид бора
90,0
ECO-Universal Oil-Package
0,2
уксусная кислота
0,2
церезин
остальное
Пример 7
Брали компоненты в таком соотношении, когда преобладало содержание добавки ECO-Universal Oil-Package, а именно:
нитрид бора
0,2
ECO-Universal Oil-Package
90,0
лимонная кислота
0,5
парафин
остальное,
при этом и в примере 6, и в примере 7 результаты были получены, аналогичные тем, что указаны в примерах под номерами 1, 2, но в таких вариантах полученные антифрикционные композиции отличались достаточно высокой ценой, т.е были экономически не выгодны в условиях сложившегося рынка цен используемых компонентов композиции.
В условиях южной полосы России испытывали антифрикционную композицию на основе стеарина с использованием в качестве стабилизатора уксусной кислоты.
В условиях Севера более качественно себя проявили антифрикционные композиции из основного смазочного материала в виде пчелиного или синтетического воска с использованием в качестве стабилизатора уксусной кислоты.
Во всех выше перечисленных примерах нитрид бора, дисульфид молибдена, карбид бора в виде порошка с размером микрочастиц не более 0,02 мкм и добавку ECO-Universal Oil-Package в виде жидкости брали как готовый товар в магазинах фирмы «WAGNER».
Испытания проводились в условиях ОАО «РЖД» филиала Южно-Уральской железной дороги ремонтного локомотивного депо «Таганай».
Эффективность применения заявляемой антифрикционной композиции для снижения интенсивности износа на гребнях колесных пар локомотива ВЛ 10-705 подтверждена комиссией в составе главного инженера ремонтного локомотивного депо, технолога ремонтного локомотивного депо «Таганай». Локомотив испытывался в пассажирском движении на маршруте Златоуст-Кропачево.