СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АНТИФРИКЦИОННОГО ПОКРЫТИЯ НА КОНТАКТИРУЮЩИХ ПОВЕРХНОСТЯХ ПЛУНЖЕРНЫХ ПАР ТОПЛИВНЫХ НАСОСОВ
METHOD OF PREPARING ANTIFRICTION COATING ON CONTACT SURFACES OF PLUNGER PAIRS OF FUEL PUMPS

Изобретение относится к способам получения антифрикционных покрытий на контактирующих поверхностях плунжерных пар топливных насосов высокого давления (ТНВД) и может быть использовано в дизельных двигателях автомобильной и сельскохозяйственной техники.
Известен способ получения антиадгезионного покрытия на формообразующей металлической оснастке зарядов ракетного двигателя из смесового твердого топлива путем нанесения на очищенную и обезжиренную поверхность оснастки методом распыления, окунания или кистевым эпилама «Эфрен-1», представляющего собой раствор перфторполиэфирокислоты 6МФК-180 в смеси 1,2-дифтортетрахлорэтана и 1,2,2-трифтортрихлорэтана при их массовом соотношении 4:1. Покрытие наносят в 2-5 слоев с выдержкой между слоями в течение 5-15 мин при температуре 15-35°С (RU 2228345 C1, кл. C09D 127/12, 2004).
Наиболее близким аналогом предложенного технического решения является способ получения антифрикционного покрытия на контактирующих поверхностях узлов трения путем обработки поверхности обезжиривающим агентом, сушки при 20-200°С, нанесения антифрикционного состава, представляющего собой 0,1-10,0%-ный раствор азотсодержащих производных перфторполиоксаалкилен-карбоновых и/или -сульфокислот в органическом растворителе, и термообработки покрытия при 20-200°С в течение 0,5-1,5 ч (RU 2139902 С1, кл. C09D 127/12, 20.10.1999). В качестве органического растворителя используют трифторхлорэтилен, перфтордекалин, полифторалканы и их смеси со спиртами.
Недостатками известных способов является то, что используемые в них антифрикционные составы не растворимы в дизельном топливе и не образуют с ним устойчивых эмульсий, поэтому процесс получения антифрикционных покрытий на контактирующих поверхностях плунжерных пар ТНВД через рабочую среду (дизельное топливо) невозможен. Для антифрикционной обработки плунжерных пар ТНВД указанными составами их необходимо разобрать и обработать каждую деталь в отдельности, что значительно усложняет технологию получения антифрикционных покрытий.
Техническим результатом изобретения являются разработка способа получения антифрикционных покрытий на контактирующих поверхностях плунжерных пар ТНВД через рабочую среду (дизельное топливо) без их демонтажа, а также повышение давления нагнетания (впрыскивания) топлива и уменьшение его расхода.
Данный результат достигается тем, что в способе получения антифрикционного покрытия на контактирующих поверхностях путем нанесения антифрикционного состава, содержащего фторорганическое соединение, в состав дополнительно вводят диспергатор - неионогенное поверхностно-активное вещество, а в качестве фторорганического соединения используют перфторполиэфирокислоту с молекулярной массой 1400-5600 при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Перфторполиэфирокислота
65-75
Диспергатор
25-35,
и нанесение состава осуществляют через рабочую среду - дизельное топливо в течение 1-3 ч при расходе состава 1-7% от массы топлива.
Отличительной особенностью предложенного способа является использование в антифрикционном составе перфторполиэфирокислоты с молекулярной массой 1400-5600 и диспергатора - неионогенного поверхностно-активного вещества в заявленном соотношении компонентов, что позволяет получить устойчивые коллоидные растворы с дизельным топливом. Это дает возможность наносить антифрикционные покрытия на контактирующие поверхности плунжерных пар ТНВД через рабочую среду - дизельное топливо без их демонтажа.
Введение перфторкислоты менее 65 мас.% и диспергатора менее 25 мас.%, а также использование антифрикционного состава в количестве менее 1% от массы топлива не позволяет получить антифрикционные покрытия с высокими триботехническими свойствами, что не дает возможности существенно повысить давление нагнетания топлива и уменьшить его расход. Введение перфторкислоты более 75 мас.%, диспергатора более 35-мас.%, а также использование состава более 7% от массы топлива нецелесообразно, так как дальнейшего повышения достигнутых параметров не происходит. Продолжительность обработки плунжеров антифрикционным составом 1-3 ч установлена экспериментальным путем и является оптимальной.
К перфторполиэфирокислотам с молекулярной массой 1400-5600 относятся кислоты 6МФК-180, 6МФК-240 и другие. Перфторполиэфирокислоты получают из перфторполиэфироацилфторидов в присутствии катализатора ALF по реакции:
f
2
2
f
2
R CF СОF+НO→RCFCOOH+HF
2
Перфторкислоты с мол. массой 1400-5600 представляют собой бесцветные или светло-коричневые вязкие жидкости с температурой кипения 180-240°С и кинематической вязкостью 400-1500 мм/с (Промышленные фторорганические продукты: Справ. изд. /В.Н.Максимов, В.Г.Барабанов, И.Л.Серушкин и др. - Изд. 2-е, пер. и доп. - СПб.: Химия, 1996. - С.431-432).
7
17
В качестве диспергатора используют неионогенные ПАВ: неонолы (оксиэтилированные моноалкилфенолы на основе триммеров пропилена) марок АФ 9-4, АФ 9-6, АФ 9-10, АФ 9-12; синтамид-5к (смесь полиоксиэтилированных жирных кислот кокосового масла фракции C-С); ОП-4, ОП-10 (полиэтиленгликолевые эфиры алкилфенолов); проксанолы (блоксополимеры этилен- и пропиленоксидов); проксамины (блоксополимеры этилен- и пропиленоксидов, полученные в присутствии этилендиамина) и др.
Для приготовления антифрикционного состава перфторполиэфирокислоту с молекулярной массой 1400-5600 смешивают с диспергатором - неионогенным ПАВ при заявленном соотношении компонентов в течение 15-20 мин.
Способ осуществляется следующим образом.
Приготовленный состав тщательно перемешивают в течение 30-40 мин с дизельным топливом (ГОСТ 305-82) при расходе состава 1-7% от массы топлива и заливают в топливный бак автомобиля или сельскохозяйственной техники. Обработку плунжерных пар ТНВД производят в течение 1-3 ч (в зависимости от объема дизельного двигателя) на холостом ходу.
Результатом нанесения антифрикционного покрытия на поверхности контакта плунжерных пар являются увеличение давления нагнетания (впрыскивания) топлива в цилиндрах плунжеров, повышение мощности и работоспособности дизельных двигателей, а также уменьшение расхода топлива.
3
Пример.1. Испытания проводились на дизельном двигателе TD-23 1987 года выпуска. Объем двигателя - 2300 см, пробег - 87 000 км. В дизельное топливо в количестве 1% от массы топлива был введен следующий состав: перфторкислота 6МФК-180 - 75 мас.%, неонол АФ 9-4 - 25 мас.%. После тщательного перемешивания полученную смесь заливали в топливный бак и производили обработку плунжерных пар на холостом ходу в течение 1 ч.
Измерение давления нагнетания топлива в цилиндрах плунжерных пар до нанесения антифрикционного покрытия и после нанесения производилось на стенде ДД-10-01, предназначенном для диагностики и регулировки топливной аппаратуры дизелей.
Результаты испытаний представлены в табл.1.
Анализ полученных данных показывает, что давление нагнетания в цилиндрах после обработки плунжерных пар антифрикционным составом возросло в среднем на 8,6%, расход топлива снизился на 5,2%.
3
Пример 2. Испытания проводились на дизельном двигателе 2 L 1985 года выпуска. Объем двигателя - 2446 см, пробег - 210 000 км.
Обработка плунжерных пар проводилась, как в примере 1, следующим составом: перфторкислота 6МФК-180 - 70 мас.%, ОП-10 - 30 мас.%. Расход состава - 4% от массы топлива. Время обработки плунжерных пар - 2 ч.
Результаты испытаний представлены в табл.1.
Давление нагнетания в цилиндрах после обработки возросло в среднем на 9,5%, расход топлива снизился на 5,5%.
3
Пример 3. Испытания проводились на дизельном двигателе 1 HZ 1996 года выпуска. Объем двигателя - 4200 см, пробег - 85 000 км.
Обработка плунжерных пар проводилась, как в примере 1, следующим составом: перфторкислота 6МФК-240 - 65 мас.%, синтамид-5 к - 35 мас.%. Расход состава - 7% от массы топлива. Время обработки - 3 ч.
Результаты испытаний представлены в табл.2.
Анализ полученных данных показывает, что давление нагнетания в цилиндрах возросло в среднем на 6,3%, расход топлива снизился на 5,0%.
3
Пример 4. Испытания проводились на дизельном двигателе TD-23 1988 года выпуска. Объем двигателя - 2300 см, пробег - 196 000 км.
Обработка плунжерных пар проводилась, как в примере 1, следующим составом: перфторкислота 6МФК-180 - 80 мас.%, неонол АФ 9-10 - 20 мас.%. Расход состава - 0,5% от массы топлива. Время обработки - 0,5 ч.
Результаты испытаний представлены в табл.1.
Давление нагнетания в цилиндрах после обработки плунжерных пар возросло в среднем на 2,9%, расход топлива снизился на 0,9%.
3
Пример 5. Испытания проводились на дизельном двигателе 1 HZ 1996 года выпуска. Объем двигателя - 4200 см, пробег - 85 000 км.
Обработка плунжерных пар проводилась, как в примере 1, следующим составом: перфторкислота 6МФК-240 - 60 мас.%, синтамид-5 к - 40 мас.%. Расход состава - 7,5% от массы топлива. Время обработки - 3,5 ч.
Результаты испытаний представлены в табл.2.
Анализ полученных данных показывает, что давление нагнетания в цилиндрах возросло в среднем на 5,9%, расход топлива снизился на 4,0%.
Контроль наличия покрытия на поверхностях плунжерных пар проводился по изменению краевого угла смачивания (θ) капли масла, а стойкость покрытия определялась по изменению угла θ (Δθ) в зависимости от количества промывок (ГОСТ 7934.2-74. Масла часовые. Метод определения краевого угла смачивания).
Допустимой величиной изменения краевого угла смачивания считается уменьшение его величины от первоначальной не более чем на 20% (Сумм Б.Д., Горюнов Ю.В. Физико-химические основы смачивания и растекания. М.: Химия, 1976).
Результаты испытаний представлены в табл.3.
Ресурсные испытания плунжерных пар проводились в режиме эксплуатации дизельных двигателей. После испытаний производились измерения давления нагнетания (впрыскивания) топлива в цилиндрах плунжерных пар при различных пробегах. В табл.4 представлены данные, подтверждающие наличие защитной пленки на контактных поверхностях плунжерных пар после эксплуатации.
Использование предложенного способа позволит получать износостойкие антифрикционные покрытия на контактирующих поверхностях плунжерных пар ТНВД без их демонтажа, повысить мощность и работоспособность дизельных двигателей, уменьшить расход топлива.
Таблица 1 - Давление нагнетания (впрыскивания) топлива в цилиндрах плунжерных пар дизельных двигателей TD-23 и 2 L до и после обработки предложенным способом
Условия испытаний
Давление нагнетания в цилиндрах, кг/см<sup>2</sup>
Номер цилиндра
1
2
3
4
До обработки:
- по примеру 1
28,4
28,0
29,3
29,8
- по примеру 2
25,7
25,2
26,0
32,0
- по примеру 4
27,3
28,5
27,8
29,0
После обработки:
- по примеру 1
31,3
31,5
30,0
31,9
- по примеру 2
27,2
28,5
28,9
34,5
- по примеру 4
28,2
29,0
29,6
29,2
Таблица 2 - Давление нагнетания (впрыскивания) топлива в цилиндрах плунжерных пар дизельного двигателя 1 HZ до и после обработки предложенным способом
Давление нагнетания в цилиндрах, кг/см<sup>2</sup>
Условия
Номер цилиндра
испытаний
1
2
3
4
5
6
До обработки:
- по примеру 3
36,5
36,8
36,0
32,6
37,0
36,0
- по примеру 5
36,0
36,0
35,0
31,0
36,5
34,0
После обработки:
- по примеру 3
38,7
38,4
37,5
35,2
39,0
39,6
- по примеру 5
38,2
37,4
36,8
34,0
38,2
36,8
Таблица 3 - Давление нагнетания (впрыскивания) топлива в цилиндрах плунжерных пар после обработки предложенным способом и после эксплуатации
№примера
Условия испытания
Давление нагнетания в цилиндрах, кг/см<sup>2</sup>
Номер цилиндра
1
2
3
4
5
6
1
После обработки
31,3
31,5
30,0
31,9
После пробега 200 км
31,4
31,0
30,0
31,2
2
После обработки
27,2
28,5
28,9
34,5
После пробега 400 км
27,2
28,3
28,8
33,9
3
После обработки
38,7
38,4
37,5
35,2
39,0
39,6
После пробега 300 км
38,6
38,5
37,3
35,0
38,2
39,1
4
После обработки
28,2
29,0
29,6
29,2
После пробега 200 км
26,3
27,8
27,9
27,5
5
После обработки
38,2
37,4
36,8
34,0
38,2
36,8
После пробега 300 км
38,0
37,2
36,0
33,8
38,0
36,6
Таблица 4 - Изменение краевого угла смачивания θ в зависимости от числа промывок
№ примера
Значение краевого угла смачивания θ, град
Уменьшение угла θ (Δθ) после 5 промывок, %
До обработки
После обработки
Число промывок
1
2
3
4
5
1
6,0
75
76
74
75
74
74
1,3
2
6,5
70
71
70
69
69
68
2,9
3
7,0
80
80
79
79
79
78
2,5
4
5,5
65
64
63
63
62
61
6,1
5
6,5
75
75
76
74
74
73
2,7
прототип
6,0
69
68
68
67
67
65
5,8