Трибологический состав
TRIBOLOGICAL COMPOSITION

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в качестве основного компонента композиций, используемых для улучшения трибологических характеристик смазочных материалов в приводах стационарных устройств и двигателях транспортных средств, в узлах трансмиссий и ходовых частей машин, в горной добыче и обогащения (экскаваторы, самосвалы, конвейеры, тепловозы, конусные и щековые дробилки, роторные и шаровые мельницы, грохота, буровые установки), в металлургии (горячей и холодной высадке, штамповке), на железнодорожном транспорте, а также в специальной технике, эксплуатируемой в экстремальных условиях.
На буровых установках типа 5200/300 частые протечки сальников на системах верхнего привода (СВП), что приводит к простоям и, как следствие, к значительным убыткам. В открытых разрезах по добыче руды и угля применяются карьерные экскаваторы типа ЭКГ, на которых редукторы подъемных лебедок выходят из строя по причине поломок зубчатых передач. В результате требуется дорогостоящий ремонт. При прокате сортового металла, цельнотянутых труб и листа на поверхности изделия возникают задиры, наклепы, снижающие качество товарной продукции. В двигателях внутреннего сгорания по причине возникновения нагара снижается компрессия и, как следствие, падает мощность, увеличивается перерасход топлива. В первую очередь это касается маневровых тепловозов, судовых дизель-генераторов, магистральных газокомпрессорных станций.
В целях предупреждения аварийных ситуаций и снижения затрат на дорогостоящие ремонты разработаны и запатентованы способы образования защитных покрытий.
В патенте РФ №2135638, опубл. 27.08.1999 года, автор Никитин И.В. «Способ образования защитного покрытия, избирательно компенсирующего износ поверхностей трения и контакта деталей машин» применяется состав: офит-50%, нефрит-30%, шунгит-10%, силикагель-10% крупностью 5-10 мкм.
В патенте РФ №2355544, опубл. 20.05.2009 года авторы Лазарев В.Н. и Токменёв А.И. «Способ формирования поверхностных слоев деталей с заданной величиной интенсивности изнашивания» наносится слой серпентинита определенной толщины на конкретный срок службы детали.
В патенте РФ №2420562, опубл. 10.06.2011 года авторы Долгополов К.Н., Любимов Д.Н., Иванов А.Е. «Модификатор трения» применяется состав: антигорит 0,5-2,0%; каолин 0,5-3%; борная кислота 1-3%; масло моторное авиационное 89-97%; касторовое масло 1-3%, крупность частиц 1-5 мкм.
Все перечисленные примеры, как и многие другие, обладают одним общим недостатком: в состав вводится горная порода серпентинит, содержащая до 55% вредных примесей, такие как железняки, карбонаты, корунды, алюмосиликаты.
Применение мелкодисперсных порошкообразных композиций на основе горной породы серпентинита в различных отраслях промышленного производства не получило широкого распространения. Главная причина возникновения такой ситуации заключается в том, что трибологические свойства серпентинита очень невысокие. Именно по этой причине можно объяснить незначительность положительного эффекта, а то и вовсе его отсутствие от применения композиции на основе серпентинита в трибологических составах. Наличие большого количества различных примесей в серпентините, превышающих иногда содержание его главного компонента - серпентина, еще более снижает его трибологический эффект.
Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является твердосмазочная композиция [Патент РФ №2553255, опубл. 10.06.2015 г.], в состав которой входит: мел 10-15%, бура 10-15%, каолин 5-20%, тальк 5-15%, остальное серпентин. То есть до 50%) в композиции присутствует чистый, свободный от примесей серпентин.
Во всех случаях применения этой композиции наблюдался положительный эффект, но и он был не выше 8-10%. Кроме того, при испытаниях на машине трения по ГОСТ 9490-86 наблюдалось увеличение пятна износа, что, безусловно, являлось нежелательным фактом.
Технической задачей предложения является получение трибологического состава, гарантированно обеспечивающего не только снижение трения, но и уменьшение износа поверхностей трения.
Технический результат достигается за счет того, что в состав вводятся дополнительные компоненты - дисульфид молибдена улучшенного сорта и нитрид бора.
Достижение технического результата за счет введения дополнительных компонентов объясняется следующим образом.
Дисульфид молибдена и нитрид бора состоят из кристаллов, которые имеют пластинчатое строение и при трении расслаиваются на тончайшие слои, образуя пленку толщиной до 3-5 мкм, которая является более сложной по структуре и более эффективной, чем пленка, получаемая от твердо смазочной композиции патента №2553255 - прототипа.
Введение дисульфида молибдена и нитрида бора осуществлялось за счет удаления из состава всех других компонентов кроме серпентина. Таким образом, был сформирован трибологический состав следующего содержания: мел=10-15%, бура=10-15%, каолин=5-20%, дисульфид молибдена=5-10%; нитрид бора=5-15%; серпентин=остальное. При этом сохранялось выполнение главного технологического требования: все компоненты должны иметь степень чистоты не ниже 99,5% и крупность частиц от 1 до 2 микрон?
Для приготовления заявленного триботехнического состава все входящие в него минералы подвергались раздельному измельчению до необходимой дисперсности 1-2 мкм с использованием шаровых мельниц.
Увеличение размера частиц минеральных компонентов, больше 2 мкм и уменьшение размера частиц менее 1 мкм ухудшает триботехнические свойства композиции.
В таблице приведены данные сравнительных испытаний заявляемого трибологического состава и прототипа в комплекте с консистентной смазкой Литол-24, которые были получены с февраля по апрель 2018 года на машине трения ЧМТ-1 по ГОСТ 9490-75 в лаборатории «Триботехника» кафедры «Автомобильный транспорт» Автотракторного факультета Южно-Уральского государственного университета.
Первое же практическое применение заявляемого трибологического состава показало очень хорошие результаты:
1. На новом карьерном экскаваторе марки ЭКГ-20 были обнаружены дефекты зубчатых передач в редукторе подъемной лебедки. Добавка в смазочный материал 0,5% заявляемого трибологического состава, затем через 24 часа еще 0,5% заявляемого трибологического состава полностью устранила все дефекты зубчатых передач редуктора подъемной лебедки и сократила время доводки агрегата до кондиции в 90 раз.
2. На нефтяной буровой установке типа БУ 5000/320 каждые две недели в системе верхнего привода начинал течь сальник подачи бурильного раствора, что приводило к остановкам и срыву графика бурения. Добавка 2% заявляемого трибологического состава в смазочный материал сальника полностью исключила течь и буровая проработала без остановки с августа 2017 года по май 2018, то есть 10 месяцев, сократив простои в 20 раз.
Таким образом, применение предлагаемого трибологического состава, обеспечивает уменьшение износа поверхностей трущихся деталей и механизмов машин при снижении силы трения.