ТРИБОЛОГИЧЕСКИЙ СОСТАВ
TRIBOLOGICAL COMPOUND

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для улучшения трибологических характеристик смазочных материалов.
Известен состав ультрадисперсной композиции для формирования антифрикционного покрытия на контактирующих трущихся поверхностях, содержащий следующие компоненты, мас. %: окись лантана 0,1-3,0; окись цинка 0,5-1,0; триэтаноламин 0,01-0,1; двуокись титана 1,0-4,0; окись магния 43,0; двуокись кремния 44,1; окись железа 0,1-0,2; окись никеля 0,1-0,3; вода не более 5,3; при этом используют смесь дисперсно-упорядоченной композиции с размером частиц 10-100 нм в минеральном масле (патент RU 2421547, МПК С23С 26/00, 2011 год).
Однако недостатком известного состава является сложность его получения за счет необходимости использования гидродинамического кавитационного устройства для получения смеси дисперсно-упорядоченной композиции в минеральном масле, а затем процесса азотирования для крекинга триэтаноламина, обеспечивающего образование нитридов и лантанидов при формировании антифрикционного покрытия.
Известна антифрикционная смазка для узлов трения на основе литиевого мыла стеариновой кислоты и минерального масла, при этом она дополнительно содержит 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% (патент RU 2524267; МПК С 10М 169/00, С10М 125/04, C01G 23/00, C10N 30/06; 2014 год).
Однако недостатком известной смазки являются недостаточно высокие триботехнические характеристики, в частности большой диаметр пятна износа.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является трибологический состав, содержащий мелкодисперсную смесь природных минералов, включает серпентин, мел, буру и каолин, согласно изобретению дисперсность частиц смеси составляет 1 -2 мкм, а также дополнительно содержит дисульфид молибдена и нитрид бора при следующем соотношении компонентов, мас. %: мел 10-15, бура 10-15, каолин 5-20, дисульфид молибдена 5-10, нитрид бора 5-15, серпентин остальное (патент RU 2680414; МПК С10М 113/08, С10М 125/00, С10М 125/10, С10М 125/26, F16C 33/00, C10N 30/06; 2019 год) (прототип).
Однако недостатком известного состава являются невысокие триботехнические характеристики (диаметр пятна износа равен 0,753 мм, нагрузка сваривания 250 кгс).
Таким образом перед авторами стояла задача разработать трибологический состав, обеспечивающий высокие триботехнические характеристики, а именно повышение величины нагрузки сваривания и уменьшение диаметра пятна износа.
Поставленная задача решена в предлагаемом трибологическом составе, содержащем мелкодисперсную смесь природных минералов, включающую серпентин, мел, буру и каолин, в котором в мелкодисперсную смесь, дополнительно содержащую тальк, добавлена смесь связующего - синтетического масла и диспергатора, в качестве которого использована меламиноформальдегидная анионактивная смола, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
мел
0,10÷0,11
бура
0,10÷0,11
каолин
0,15÷0,17
тальк
0,15÷0,17
серпентин
0,50÷0,55
синтетическое масло
97,0÷97,3
меламиноформальдегидная
анионактивная смола
1,70÷1,89
В настоящее время из патентной и научно-технической литературы не известен трибологический состав, содержащий наряду со смесью природных минералов смесь связующего - синтетического масла и диспергатора, в качестве которого использована меламиноформальдегидная анионактивная смола, в заявленных пределах содержания компонентов.
В ходе исследований, проведенных авторами, было установлено, что значительное улучшение триботехничеких характеристик антифрикционного состава может быть достигнуто при условии использования суспензии с равномерно распределенными в ней мелкодисперсными частицами природных минералов, равномерное распределение которых обеспечивается присутствием диспергатора, в качестве которого авторами предлагается использование меламиноформальдегидной анионактивной смолы. Меламиноформальдегидная анионактивная смола представляет собой продукт поликонденсации меламина с формальдегидом, нейтрализованного гидроксидом натрия, который после нейтрализации входит в состав продукта в виде сульфанилата натрия. Принцип работы диспергатора в предлагаемом техническом решении основан на следующем: молекулы меламина, формальдегида и щелочи натрия после процессов химического взаимодействия (поликонденсация + нейтрализация) образуют мицеллы (частицы, состоящие из нескольких молекул или их радикалов), которые всегда находятся во взвешенном состоянии - образуют жидкость. В структуре мицеллы присутствует ион натрия, входящий в состав щелочи после нейтрализации меламина с формальдегидом. В смеси природных минералов, входящих в трибологический состав присутствует бура - тетраборат натрия, содержащий ион натрия, то есть ион, общий с мицеллой. Кроме того, имеются смесь содержит ионы магния, кальция и алюминия, близкие по физико-химическим свойствам натрию. В результате происходит оседание частиц смеси природных минералов на мицеллах диспергатора, что способствует их равномерному распределению в среде связующего - синтетического масла. Испытания на машине трения только жидкой части смеси (смесь природных материалов и диспергатор) дали результат - повышение нагрузки сваривания более чем на 400%. При этом существенное значение имеет содержание диспергатора. Так введение диспергатора в количестве менее 1,70 мас.% недостаточно для улучшения триботехнических характеристик. Введение диспергатора в количестве более 1,89 мас.% обусловливает повышение вязкости композиции и снижение трибологических характеристик. Дополнительное введение в состав природных минералов талька, минерала подкласса слоистых материалов, являющегося укрепляющим агентом, предотвращает слипание и склеивание частиц смеси.
Предлагаемый трибологический состав может быть получен следующим образом. Предварительно природные минералы, входящие трибологический состав, подвергают раздельному измельчению до необходимой дисперсности 1-2 мкм с использованием шаровых мельниц. После тщательного смешения в полученную смесь добавляют меламиноформальдегидную анионактивную смолу в необходимом количестве и вновь тщательно перешивают. Полученную жидкую фазу вводят в связующее - синтетическое масло путем механического диспергирования в течение одного часа при температуре 20-25 градусов Цельсия. Получают дисперсно-упорядоченную композицию с размером частиц 1-2 мкм при следующем соотношении компонентов, мас.%:
мел
0,10÷0,11
бура
0,10÷0,11
каолин
0,15÷0,17
тальк
0,15÷0,17
серпентин
0,50÷0,55
синтетическое масло
97,0÷97,3
меламиноформальдегидная
анионактивная смола
1,70÷1,89
и
с
и
Полученный трибологический состав был испытан на четырехшариковой машине трения ЧМТ - 1 с диаметром шариков 12,7 мм по ГОСТ 3722-81 из стали ШХ-15 по ГОСТ 801-78 в лаборатории №1 Института машиноведения Уральского отделения Российской академии наук. В ходе испытаний были определены следующие триботехнические характеристики: показатель износа D (диаметр пятна износа); нагрузка сваривания Р по ГОСТ 9490-75. Определение показателя D проводили при нагрузке Р, равной 20 кгс.
Получение предлагаемого трибологического состава иллюстрируется следующими примерами.
Пример 1. Раздельно измельчают до дисперсности 1-2 мкм природные материалы, входящие в трибологический состав: 1 г мела, 1 г буры, 1,5 г каолина, 1,5 г талька, 5 г серпентина. Получают смесь природных минералов путем тщательного перемешивания и добавляют 17 г меламиноформальдегидной анионактивной смолы марки МФ-АР, которая представляет собой прозрачную густую жидкость желтоватого цвета. К полученной суспензии добавляют 973 г синтетического масла- моторного масла General Motors 5W-30 Dexos2. Получают трибологический состав при следующем соотношении компонентов, мас.%: мел - 0,10, бура - 0,10, каолин - 0,15, тальк - 0,15, серпентин - 0,50, меламиноформальдегидная анионактивная смола - 1,70, синтетическое масло - 97,3.
и
с
Полученный состав имеет следующие триботехнические характеристики: D(диаметр пятна износа) равен 0,302 мм; нагрузка сваривания Р - более 1000 кгс.
Пример 2. Раздельно измельчают до дисперсности 1-2 мкм природные материалы, входящие в трибологический состав: 1 г мела, 1 г буры, 1,5 г каолина, 1,5 г талька, 5 г серпентина. Получают смесь природных минералов путем тщательного перемешивания и добавляют 17 г меламиноформальдегидной анио-нактивной смолы марки МФ-АР, которая представляет собой прозрачную густую жидкость желтоватого цвета. К полученной суспензии добавляют 873 г синтетического масла- моторного масла General Motors 5W-30 Dexos2. Получают трибологический состав при следующем соотношении компонентов, мас.%: мел - 0,11, бура - 0,11, каолин - 0,17, тальк - 0,17, серпентин - 0,55, меламиноформальдегидная анионактивная смола -1,89, синтетическое масло - 97.
и
с
Полученный состав имеет следующие триботехнические характеристики: D(диаметр пятна износа) равен 0,310 мм; нагрузка сваривания Р равна 600 кгс.
Таким образом, авторами предлагается трибологический состав со значительно улучшенными триботехническими характеристиками, а именно повышенной величиной нагрузки сваривания и небольшим диаметром пятна износа.