АНТИФРИКЦИОННАЯ СМАЗКА
ANTIFRICTION LUBRICANT

Изобретение относится к антифрикционным полимерным смазкам и может быть использовано в машиностроении и на транспорте, где требуется создание на поверхности металлов узлов трения защитных антифрикционных пленок, в частности для тяжелонагруженных узлов трения.
Известна смазка для тяжелонагруженных узлов трения железнодорожного транспорта с линейными контактами (колесо-рельс, зубчатые передачи редукторов и т.д.), содержащая в мас.%: литиевое мыло стеариновой кислоты 4,0-20,0; дисульфид молибдена - 0,1-0,9; продукт нитрованного масла АКОР - 1-1,0; дифениламин - 1,0, противозадирная присадка ИХП-14М 1,0-5,0 и минеральное - до 100 (патент РФ №2102442, МПК: C10M 169/04, опубл. 20.01 1998 г.) - аналог.
Недостатком известного решения является низкая эффективность смазки, так как основным компонентом, определяющим нагрузочную способность узлов трения и, следовательно, эффективность смазки, является дисульфид молибдена недостаточное содержание которого приводит к прогрессирующему износу рабочих поверхностей, например, колесных пар подвижного состава, рельсов, частой замене деталей и сокращению ресурса тяжелонагруженных поверхностей трения, особенно при присутствии воды.
Известна смазка для тяжелонагруженных узлов трения содержащая литиевое мыло стеариновой кислоты и нефтяное масло, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит металлоплакирующую присадку «Валена» при следующем соотношении компонентов, мас.%: литиевое мыло стеариновой кислоты - 4,0-10,0; металлоплакирующая присадка «Валена» - 2,0-4,0; нефтяное масло - остальное (патент РФ №2338777, МПК: C10M 169/04, опубл. 20.11. 2008 г.) - прототип.
Недостатками известного решения являются низкие трибологические свойства смазки, такие как критическая нагрузка, нагрузка сваривания, диаметр пятна износа и т.д., а также высокая смываемость смазки с поверхностей трения водой.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание смазочного материала, обеспечивающего эффективную защиту от износа тяжелонагруженных открытых пар трения, в том числе и для железнодорожной техники, работающих в условиях высоких контактных нагрузок и обладающего высокой стойкостью к воздействию атмосферных осадков.
Техническим результатом, на достижение которого направлено заявляемое решение, является повышение трибологических свойств смазки, таких как критическая нагрузка, нагрузка сваривания, диаметр пятна износа и т.д., а также снижение степени смываемости смазки водой с поверхностей трения.
Указанный технический результат достигается тем, что антифрикционная смазка для узлов трения на основе литиевого мыла стеариновой кислоты и минерального масла содержит дополнительно полиэтиленовый воск и суспензию титаната калия при следующем соотношении компонентов, мас.%:
литиевое мыло стеариновой кислоты 5,0-12,0
полиэтиленовый воск 1,0-7,0
суспензия титаната калия 1,0-15,0
минеральное масло - остальное до 100%,
причем суспензия титаната калия имеет следующий состав (мас.%):
порошок титаната калия 60,1-70,0
минеральное масло - остальное до 100%.
Как известно, смазочные материалы и покрытия широко используются в различных отраслях техники, включая подшипники качения и скольжения, шарико-винтовые передачи летательных аппаратов, зубчатые и винтовые передачи различного типа, узлы трения и шарнирные соединения любых типов транспортных средств (в том числе тяжелонагруженных) и инженерной техники, включая двигатели внутреннего сгорания, и т.д. Среди требований, предъявляемых к антифрикционным пластичным смазкам, используемым в открытых узлах трения механизмов, и прежде всего к смазкам для системы колесо-рельс, особое значение имеет эффективность смазки, сочетающая как высокие противоизносные и противозадирные свойства, так и способность смазки удерживаться на контактирующих поверхностях, сохраняя смазочную пленку в условиях повышенной влажности, в том числе при прямом воздействии атмосферных осадков. Указанное выше достигается за счет введения в состав смазочных материалов различных функциональных добавок. Компонентный состав заявляемой антифрикционной смазки позволяет расширить диапазон ее применения и стабилизировать режимы работы антифрикционной смазки путем взаимодействия компонентов смазки между собой, что приводит к образованию такой структуры, которая при взаимодействии деталей в узлах трения повышает износостойкость узлов за счет высоких трибологических характеристик, обеспечивает ускоренное формирование антифрикционных пленок и повышенную стойкость смазки к смыванию водой с деталей узлов трения.
Достижение технического результата при использовании заявляемой смазки обеспечивается использованием всех приведенных в независимом пункте формулы изобретения в заявленном процентном соотношении компонентов.
При содержании литиевого мыла стеариновой кислоты в смазке менее 4,0% смазка стекает с поверхностей трения и не образует необходимой антифрикционной пленки, препятствующей задиру и повышенному износу контактирующих поверхностей. При содержании литиевого мыла стеариновой кислоты в смазке более 12% при пониженной температуре окружающей среды существенно затрудняется подача смазки в зону контакта, что также приводит к повышенному износу и задиру поверхностей трения.
Содержание в заявляемой смазке полиэтиленового воска в количестве от 1 до 7% практически не влияет на ее трибологические свойства, но существенно улучшает стойкость к воздействию атмосферных осадков (смываемость) при содержании полиэтиленового воска в заявленном интервале значений. Дальнейшее увеличение содержания полиэтиленового воска более 7% приводит к ухудшению трибологических свойств заявляемой смазки и, кроме того, вязкость, эффективная при увеличении содержания полиэтиленового воска в смазке более 7%, превышает пороговое значение, при котором подача смазки становится невозможной. Если содержание полиэтиленового воска в заявляемой смазке менее 1%, то эффект от его использования в смазке практически отсутствует.
Приготовление суспензии титаната калия осуществляют из следующих компонентов (мас.%):  порошок титаната калия в количестве 60,1%-75,0%, остальное - минеральное масло. Такое соотношение компонентов обусловлено целесообразностью получения суспензии титаната калия требуемой концентрации и густоты для ее дальнейшего использования в заявляемой смазке.
При приготовлении заявляемой смазки в нее добавляют ранее приготовленную суспензию титаната калия в количестве (мас.%): 1,0%-15,0%, при которых наблюдается улучшение (повышение значений) трибологических свойств смазки; повышается (достигает значения более 25%) стойкость к воздействию атмосферных осадков (смываемость), что повышает долговечность смазки; вязкость эффективная, при содержании титаната калия в заявляемом диапазоне возрастает, но не достигает пороговых значений (300 Па.с), что характеризует возможность подачи смазки в зону трения при отрицательной температуре окружающей среды.
Если концентрация суспензии титаната калия (и соответственно самого порошка титаната калия) в заявляемой смазке больше 15%, трибологические свойства смазки ухудшаются, стойкость смазки к смыванию водой не повышается.
Если добавить в заявляемую смазку менее 1,0% суспензии титаната калия, то это практически не оказывает влияния на свойства смазки.
Изготовление смазки осуществляют известным способом, при котором изготавливают суспензию литиевого мыла стеариновой кислоты в минеральном масле, нагревают последнюю до 205°C и добавляют в нее минеральное масло потом, охлаждают суспензию литиевого мыла до температуры 160°C и вводят в нее полиэтиленовый воск и суспензию титаната калия при заявляемом соотношении компонентов, охлаждают реакционную смесь и гомогенизируют.
Для изготовления пластичной смазки в соответствии с изобретением могут быть использованы товарные продукты: стеариновая кислота (стеарин технический по ГОСТ 6484-64), гидрат окиси лития (ГОСТ 15171-78), любое минеральное масло с температурой застывания ниже -30°C, например масло веретенное АУ (ТУ 38.101.5.86-75), масло индустриальное и 50A (ГОСТ 20769-75), масло трансмиссионное (ТУ 38.40245-90) и т.д. В качестве полиэтиленового воска возможно использование, например, ПВ 200, ПВ-300, НП 25, НП 200, НП 300, НП 500 и других, которые повышают стойкость смазки к смыванию водой, а для приготовления суспензии титаната калия используют, например, известный порошок титаната калия.
Так как использование и свойства литиевого мыла стеариновой кислоты и минеральных масел на свойства антифрикционных смазок уже хорошо изучены, заявителем проведены исследования, характеризующие эффективность заявляемой смазки при введении в нее наряду с литиевым мылом стеариновой кислоты и минеральными маслами дополнительно:
- только титаната калия (ТК);
- только полиэтиленового воска (ПВ);
- суммарно титаната калия и полиэтиленового воска (ТК+ПВ), причем массовое содержание вводимым веществ одинаково и при введении отдельных веществ и при введении обоих веществ (их сумма).
Результаты приведены в таблицах 1-4, где в таблице 1 приведены данные о влиянии на свойства смазки только суспензии титаната калия, в таблице 2 - влияние на свойства смазки только полиэтиленового воска, в таблице 3 - свойства смазки при введении совместно полиэтиленового воска и титаната калия, а в таблице 4 - результаты сравнительных испытаний прототипа с заявляемой смазкой.
Таблица 1.
Влияние суспензии титаната калия (ТК) на свойства смазки
Наименование показателей
Содержание суспензии ТК в смазке, %
0
1
3
8
14
20
Трибологические свойства на ЧШМ трения:
- критическая нагрузка, Н
490
617
695
823
980
823
- нагрузка сваривания, Н
1098
1234
1568
1960
2195
1744
- диаметр пятна износа, мм
0,66
0,66
0,59
0,46
0,42
0,56
Смываемость, % оставшейся смазки
2,5
3,1
4,3
5,0
6,4
7,0
Вязкость эффективная при -30°C и Д=10 с<sup>-1</sup>, Па·с
78
82
89
96
106
124
Таблица 2.
Влияние воска полиэтиленового (ПЭВ) на свойства смазки
Наименование показателей
Содержание ПЭВ в смазке, %
0
1
3
5
6
Трибологические свойства на ЧШМ трения:
- критическая нагрузка, Н
490
617
656
656
617
- нагрузка сваривания, Н
1098
1234
1303
1303
1303
- диаметр пятна износа, мм
0,66
0,62
0,58
0,58
0,69
Смываемость, % оставшейся смазки
2,5
20,3
31,0
43,2
45,8
Вязкость эффективная при -30°C и Д=10 с<sup>-1</sup>, Па·с
78
112
162
178
326
Таблица 3.
Влияние ТК и ВП при их совместном введении на свойства смазки
Наименование показателей
Содержание наполнителей:
0
ТК-14%
ТК-14%
ВП-3%
ВП-5%
Трибологические свойства на ЧШМ трения:
- критическая нагрузка, Н
490
1381
1381
- нагрузка сваривания, Н
1098
2195
2195
- диаметр пятна износа, мм
0,66
0,43
0,44
Смываемость, % оставшейся смазки
2,5
30,6
34,2
Вязкость эффективная при -30°C и Д=10 с<sup>-1</sup>, Па·с
78
134
151
Таблица 4.
Результаты сравнительных испытаний прототипа с заявляемой смазкой
Наименование показателей
смазка по патенту №2338777 C1
Заявляемая смазка
Трибологические свойства на ЧШМ трения:
- критическая нагрузка, Н
519
1381
- нагрузка сваривания, Н
1235
2195
- диаметр пятна износа, мм
0,61
0,44
Смываемость, % оставшейся смазки
24,0
34,2
Вязкость эффективная при -30C и Д=10 с<sup>-1</sup>, Па.с
109
151