Триботехнический состав
TRIBOTECHNICAL COMPOUND

Изобретение относится к машиностроению, в частности к триботехнике, а именно к триботехническим составам из смеси природных минералов, и может быть использовано при безразборном восстановительном ремонте, профилактике и предотвращении износа рабочих поверхностей деталей машин, подверженных износу, таких как поршневые узлы, подшипниковые пары трения, шестеренные передачи.
Одной из проблем при работе пар трения является нарушение геометрии поверхностей трения в результате износа, приводящее к повышенному потреблению расходных материалов, снижению энергоэффективности и КПД машины (агрегата), необходимости проведения ремонтов с заменой деталей и узлов трения, а также вероятности выхода изделий из строя.
Из уровня техники известен способ формирования покрытия на трущихся поверхностях (см. RU 2338776, опубл. 20.11.2008) (1), в ходе которого проводят механоактивацию измельченной смеси минералов, магнитную сепарацию с дисперсностью 0,001-0,1 мкм и в структурированном масле осуществляют ультразвуком диспергацию, при этом порядка 20% частиц доводят до наноразмера. Полученную твердосмазочную композицию добавляют в смазку и смазку подают на трущиеся поверхности с последующей приработкой до формирования защитно-ресурсного ремонтного булатируемого покрытия. Смесь минералов содержит в мас. %: серпентин 78,1-82,5, оливинит 3,5-4,5, амфибол 2,2-4,1, тремолит 2,4-2,5, нефрит 0,7-0,8, гетит 2,4-2,8, редкоземельные элементы 2,3-2,5, ПАВ 1,0-2,5, катализатор 1,5-2,5.
При достаточно высоких показателях износостойкости и обеспечения низкого коэффициента трения, указанный аналог (1) не обеспечивает универсальности модификации в различных парах трения.
Из уровня техники также известен смазочный состав (см. RU 2261267, опубл. 27.09.2005) (2) в виде смеси природных минералов включает, мас. %: каолинит 0,5-10, ревдинскит 1-10, флюорит 1-2, серпентин меланжевый - остальное. Состав может дополнительно содержать эпилам в количестве 1,0-20 мас. % состава.
Предложенный аналог (2) также не обеспечивает универсальности модификации в различных парах трения.
Из уровня техники известен также, выбранный в качестве наиболее близкого аналога триботехниский состав (см. RU 2188227, опубл. 27.08.2002) (3). Состав содержит, мас. %: хризотил 72-78, магнетит 14-16, тальк 0,5-1,5, кальцит 4-6, клинохлор 1-3, тремолит 1-3, кварц не более 1. Дисперсность смеси предпочтительно составляет 0,001-30 мкм.
Наиболее близкий аналог также не обеспечивает универсальности модификации в различных парах трения.
Техническим результатом заявленного изобретения является повышение твердости поверхности, износостойкости, обеспечение низкого коэффициента трения и восстановления оптимальной геометрии поверхностей узлов трения, при универсальности модификации в различных парах трения сталь-сталь, сталь-баббит, сталь-медь, сталь-серый чугун, сталь-металлокерамика, а также на цветных металлах.
Технический результат достигается посредством создания триботехнического состава в виде мелкодисперсной смеси природных материалов, включающий серпентин, каолинит, барит, клинохлор, фаялит, демантиод, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
серпентин
10-40
каолинит
5-10
клинохлор
0,5-1
барит
0,1-1
фаялит
15-35
демантиод
10-20
ПАВ
0,5-3
В частном варианте выполнения триботехнический состав дополнительно содержит альмандин в количестве 0,1-0,2 мас. %.
В частном варианте выполнения триботехнический состав имеет дисперсность смеси 0,001-30 мкм.
В частном варианте выполнения триботехнический состав имеет дисперсность для различных пар трения от 0,001-5 мкм, от 5 до 20 мкм и от 20 до 30 мкм.
Предложенный состав относится к триботехническим составам из смеси природных минералов и содержит серпентин, каолинит, барит, клинохлор, фаялит, демантиод, при следующем соотношении компонентов, мас. %: серпентин 10-40, каолинит 5-10, клинохлор 0,5-1 , барит 0,1-1 , фаялит 15-35, демантиод 10-20, ПАВ 0,5-3.
3
2
5
4
3
2
5
4
3
2
5
4
В качестве серпентина может быть использован антигорит -(Mg,Fe)SiO(OH), лизардит -MgSiO(OH), клинохризотил -MgSiO(OH).
4
4
10
8
Применен также каолинит Al[SiO](OH), который является водным силикатом алюминия.
2
4
3
2
4
3
Также применен клинохлор - листовой алюмосиликат железа и магния и барит - минерал бария из класса сульфатов, BaSO4, фаялит - минерал FeSiO и демантиод - минерал подгруппы уграндитов группы гранатов, химическая формула CaFe(SiO).
Также в состав может быть добавлен альмандин в количестве 0,1-0,2 мас. %.
Триботехнический состав имеет в общем виде дисперсность смеси 0,001-30 мкм. Однако, для различных пар трения, может применятся различная дисперсность от 0,001-5 мкм, от 5 до 20 мкм и от 20 до 30 мкм.
Процесс формирования сервовидной пленки следующий. В систему смазки машин и механизмов вводят мелкодисперсные смеси ряда минералов и доставляют его в пары трения. Попадая в пару трения, являясь катализатором, запускают процесс новообразования. Температура в паре трения в микрообъемах достигает 800-1200°С. В процессе трения под воздействием появившейся энергии и активным поведением ионов активированного материала с потерей кристаллизационной воды происходит замещение лигантов (активных молекул) с поверхностным смещением кристаллической решетки и замещением атомов железа, заполнением свободных ковалентных связей и дефектов в кристаллической решетке. Этот процесс сопровождается интенсивной очистки поверхности рельефа в паре трения от загрязнений и образованием множества вакансий для активированного состава минералов. Ключом к данному физическому процессу является подобранный состав порошков, полученный из указанных природных минералов.
Новообразованная поверхность дает возможность избирательной компенсации износа мест трения в паре трения, зазоры которой приобретают оптимальное значение.
Триботехнический состав позволяет увеличить твердость поверхности, износостойкость, обеспечивает низкий коэффициент трения, оптимизировать процессы трения в кинематической схеме механизма.
Величина роста новообразованной поверхности не безгранична, она определяется наличием повышенной температуры и микроударов в паре трения. Новообразованная поверхность восполняется дополнительным вводом составов.
В процессе восстановления на поверхности пар трения деталей в зонах контакта образуется модифицированный слой, представляющий собой монокристалл, образованный на кристаллической решетке поверхностного слоя самого металла. Одновременно в результате диффузии материалов триботехнического состава с поверхности в глубину металла улучшается структура его кристаллической решетки и, тем самым, упрочняется приповерхностный слой самого металла. Термодинамические процессы, происходящие в зонах трения в присутствии трибоотехнического состава, способствуют образованию более толстого модифицированного слоя в местах наибольшей выработки металла. Таким образом, в процессе ремонта постепенно стабилизируются и приближаются к оптимальной величине зазоры между трущимися деталями по всей площади пятен контакта. Обработка узлов и механизмов противоизносными триботехническим составом дает возможность избирательной компенсации износа мест трения и контакта деталей за счет образования в этих местах нового модифицированного поверхностного слоя в отличие от обычных присадок к маслам. Необходимо отметить, что при трении деталей, покрытых модифицированным слоем, значительно снижаются требования к качеству применяемых масел. Масло не должно выполнять функцию эффективного третьего тела, а лишь функцию теплоотвода, аналогично тосолу. Таким образом, предлагается технология, позволяющая провести полный капитальный ремонт изношенного механизма, при износе механизма не более 50% с последующей обкаткой, со значительным увеличением его эксплуатационного ресурса, повышением мощности и КПД, причем дешевле и технологически проще обычного ремонта. При использовании триботехнического состава были получены уникальные результаты по снижению износа и полной компенсации износа трущихся поверхностей. При этом процесс протекал интенсивно и гарантированно при многочисленных повторах испытаний образцов. Результат был достигнут там, где другие препараты вовсе не работали. Износ был компенсирован на парах трения (чугун - бронза, чугун - чугун, дюраль - сталь, дюраль - чугун, бронза - алюминий).
Первые обработки подшипников качения и скольжения триботехническим составом через масляную ванну проводилось уменьшенными дозами, при оптимальных дозировках или при введении специальных дозаторов. Полученные предварительные результаты подтверждают предполагаемую эффективность применения триботехнического состава.
Пример 1
При обработке подшипника 1 использовался состав в мас. %: серпентин 15; каолинит 5; клинохлор 0,5; барит 0,3; фаялит 32; демантиод, 15; ПАВ - остальное.
Пример 2
При обработке подшипника 2 использовался состав в мас. %: серпентин 16; каолинит 5; клинохлор 0,5; барит 0,2; фаялит 30; демантиод 14; ПАВ - остальное.
Достигнуто снижение температуры подшипников на 6-4 °С в течение суток и снижение виброскорости по поперечной и осевой составляющим, и поздне температура при сходных нагрузках выровнялась на уровне на 2-3 °С ниже исходных значений. Таблица измерения температуры и вибрации представлена ниже.
Таким образом, заявленный способ обеспечивает повышение твердости поверхности, износостойкости, обеспечение низкого коэффициента трения и восстановления оптимальной геометрии поверхностей узлов трения, при универсальности модификации в различных парах трения сталь-сталь, сталь-баббит, сталь-медь, сталь-серый чугун, сталь-металлокерамика, а также на цветных металлах.