ТРИБОТЕХНИЧЕСКАЯ КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ УЗЛОВ ТРЕНИЯ
TRIBOTECHNICAL COMPOSITION FOR METAL FRICTION UNITS

Изобретение относится к области машиностроения, а именно - к обработке поверхностей узлов трения, и может быть использовано как при обработке новых деталей и узлов трения, так и при ремонтно-восстановительных работах. Триботехническая композиция может найти применение в подъемных механизмах, оборудовании для добычи и переработки полезных ископаемых, в насосном, вентиляционном, компрессорном, станочном оборудовании различных производств, автомобильном, железнодорожном, морском и воздушном транспорте.
Триботехнологии позволяют обеспечить формообразование деталей пар трения. Возможности достижения требуемых свойств поверхностей трения узлов и деталей за счет различных упрочняющих методов, нанесения специальных покрытий и т.д. (Трение, износ и смазка, Москва, «Машиностроение», 2003 г., стр.16-18.) насчитывают большое количество различных триботехнических составов, действие которых направлено на борьбу с трением и износом.
Трибосистема - сложная термодинамическая система, образуемая при взаимодействии трущихся тел, а также промежуточной среды и частей окружающей среды. Износ деталей машин и агрегатов одна из главных проблем в машиностроении. Теоретические и практические решения проблемы трения и износа очень актуальны. Эти решения позволяют более эффективно рассчитывать и создавать конструкции трибосопряжений, подбирать оптимальные материалы пар трения, применять новые технологические методы изготовления, обработки и упрочнения узлов трибосистем, а также обеспечивать оптимальный режим эксплуатации и ремонта машин и механизмов. Оптимизация поверхностей трения - это процесс приведения системы в наилучшее состояние.
Большинство триботехнических составов, которые изготавливаются из минералов, составляют серпентиниты.
Известен состав для обработки пар трения и способ его изготовления (патент RU №2168662 МПК F16C 33/14, от 15.06.2000). Состав включает абразивоподобный порошок на основе гидросиликата магния, в качестве которого используют природный или синтезированный серпентинит, сопутствующие примеси, мелкодисперсный порошок алмаза или шунгита и металлосодержащую добавку - смесь мелкодисперсионных порошков металлов, образующих устойчивые системы с материалом основы, взятой из ряда: хром, никель, молибден, ниобий, титан и их сплавы или мелкодисперсионной смеси указанных порошков металлов, их окислов или галогенов при следующем соотношении компонентов мас.%: металлосодержащая добавка - 4,8-6,7; порошок алмаза или шунгита - 0,15-0,35; примеси - 1,5-2,0; гидросиликат магния - остальное.
Недостаток известного состава заключается в совмещении взаимоисключающих компонентов (компонент, предназначенный для разрушения поверхности и компонент, предназначенный для восстановления поверхности).
Известна композиция для обработки пар трения (патент RU №2127299, МПК С10М 125/10 от 15.06.2000), содержащая связующий и абразивоподобный компонент, который помимо природного гидросиликата магния содержит оксиды металлов, имеющих меньшее сродство к кислороду, чем железо, а также магнитный твердый раствор этих оксидов со структурой шпинели и/или граната. Присутствие в композиции указанных добавок обусловливает протекание в зоне трения топохимических реакций, обеспечивающих формирование прочно связанной с основой сервовитной пленки, уменьшающей износ элементов узла трения.
Недостатком данного состава является большое содержание абразивоподобного компонента, который только выглаживает поверхность, что существенно снижает трение, но при таком способе обработки поверхности зазор в паре трения только увеличивается, что влечет за собой повышенную вибрацию и как следствие значительное сокращение ресурса работы сопрягаемого узла.
Наиболее близким к предлагаемой триботехнической композиции является известный состав для оптимизации зазоров и увеличения износостойкости металлических и металлосодержащих трибосистем механизмов (заявка RU №2008142199, МПК С10М 125/10 от 24.10.2008), содержащий серпентинит 30,0-40,0%, биотит 20,0-30,0%, хлорит 15,0-30,0%, барит 5,0-10,0%, магнитит 1,0-3,0%, миллерит 0,5-2,0%, каолинит 0,3-1,5%, биотит 20,0-30,0% и миллерит 0,5-2,0%.
Недостатком данного состава является то, что он сложен по составу, а скорость восстановления поверхностей трения является недостаточной.
6
4
10
8
4
2
2
9
4
4
4
10
8
3
Технический результат, заключающийся в устранении отмеченных недостатков, в предлагаемой триботехнической композиции для металлических узлов трения, включающей серпентинит Mg[SiO][OH] с содержанием в композиции в диапазоне 30-40 мас.%, хлорит HMgAlSiO с содержанием в композиции не более 30 мас.%, барит BaSO и коалинит Al[SiO](OH), достигается тем, что в композицию введен сферокобальтит СоСО с содержанием в композиции 10,0-20,0 мас.%, причем содержание барита в композиции составляет 20,0-30,0 мас.%, содержание хлорита составляет 20,0-30,0 мас.%, а коалинита - 10,0-15,0 мас.%.
Предлагаемая триботехническая композиция позволяет ускорить выравнивание поверхностей трения, оптимизацию зазоров и повысить износостойкость металлических и металлосодержащих пар трения различных механизмов, что расширяет область ее применения.
Предлагаемая триботехническая композиция состоит из мелко дисперсионной смеси природных минералов (см. табл. №1), подобранных по энергетической плотности их кристаллических решеток и структуре, а также в соответствии с многочисленными испытаниями различных комбинаций этих составов.
Табл.№1
№ п/п
Название
Химическая формула
Содержание, мас.%
1
Серпентинит (змеевик)
Mg<sub>6</sub>[Si<sub>4</sub>O<sub>10</sub>][ОН]<sub>8</sub>
30,0-40,0
2
Барит
BaSO<sub>4</sub>
20,0-30,0
3
Хлорит
H<sub>4</sub>Mg<sub>2</sub>Al<sub>2</sub>SiO<sub>9</sub>
20,0-30,0
4
Сферокобальтит
СоСО<sub>3</sub>
10,0-20,0
5
Каолинит (накрит титанистый)
Al<sub>4</sub>[Si<sub>4</sub>O<sub>10</sub>](OH)<sub>8</sub>
5,0-10,0
Серпентинит или змеевик - плотная горная порода, образовавшаяся в результате изменения (серпентинизации) гипербазитов при метаморфизме магматических пород группы перидотита и пикрита, иногда также доломитов и доломитовых известняков.
Барит (тяжелый шпат) - минерал бария из класса сульфатов.
Хлорит - группа слюдоподобных минералов из подкласса листовых силикатов класса силикаты.
Сферокобальтит - минерал, карбонат кобальта.
Каолинит - глинистый минерал из группы водных силикатов алюминия.
Процентное соотношение минералов в готовых составах варьируется в указанных выше диапазонах в зависимости от материала сопряженных деталей, нагрузки в паре трения, а также времени оптимизации зазора.
Предлагаемая композиция проходит следующие стадии изготовления:
1. Подготовка исходного сырья;
2. Механоактивация (измельчение);
3. Селекция (магнитная);
4. Кавитационная обработка;
5. Сушка;
6. Диспергирование (дополнительно).
В композиции обеспечивается качественный и количественный подбор природных минералов и приготовление по указанной технологии.
3
В предложенной композиции оптимизирован состав ингредиентов с добавлением сферокобальтита СоСО.
Пример 1.
Приготавливалась композиция со следующим содержанием ингредиентов:
п/п
Название ингредиента
мас.%
1
Серпентинит
30
2
Барит
25
3
Хлорит
20
4
Сферокобальтит
15
5
Каолинит
остальное
Полученная композиция использовалась для восстановления строительной техники «Олимпстроя».
В результате применения композиции уровень вибрации ДВС карьерного «БелАЗа» снизился на 30% через 15 минут работы, а дальнейшее наблюдение за данной автомашиной показало, что достигнутые паспортные значения технических характеристик ДВС сохраняются в течение не менее 2-х лет или не менее 6000 моточасов.
Пример 2.
Приготавливалась композиция со следующим содержанием ингредиентов.
№№ п/п
Название ингредиента
мас.%
1
Серпентинит
40
2
Барит
20
3
Хлорит
25
4
Сферокобальтит
10
5
Каолинит
остальное
Полученная композиция использовалась для тяжело нагруженных подшипников со сроком службы от нескольких дней до 6-и месяцев (вибростолы, мельничное насосное, вентиляционное оборудование). Применение композиции показало снижение критичной температуры до приемлемой в течение 10 минут, выход из красной зоны(износ 75-100%) в желтую зону(износ 50-75%) в течение 20 минут, возвращение в зеленую зону (износ до 50%) в течение 4-х часов, а ресурс подшипников, обработанных композицией, возрос более чем в три раза.
Испытания проводились на оборудовании картонажной фабрики, нефтеперерабатывающем заводе, котельных ЖКХ, карьерных дробилках.
Пример 3.
Приготавливалась композиция со следующим содержанием ингредиентов.
№ п/п
Название ингредиента
мас.%
1
Серпентинит
30
2
Барит
20
3
Хлорит
25
4
Сферокобальтит
20
5
Каолинит
остальное
Полученная композиция использовалась для открытых пар трения.
Пара трения колесо-рельс на мостовом кране металлургического комбината была восстановлена в течение семи дней (режим работы пары трения медленный, тяжелонагруженный), срок службы колес 24 дня, обработанные колеса служат более чем два срока.
Техническим результатом изобретения является то, что предложенная триботехническая композиция обеспечивает:
1. Оптимизацию зазоров в паре трения в кратчайшие сроки (первые изменения происходят после 10 минут работы);
2. Увеличение износостойкости пар трения;
3. Восстановление геометрии поверхности;
4. Универсальность при обработке пар трения, выполненных из различных материалов.
Триботехническая композиция прошла испытания в отраслевых лабораториях и является востребованной у машиностроительных и ремонтно-механических предприятий.