СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИТНОЙ СМЕСИ ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ ПОКРЫТИЯ НА ТРУЩИХСЯ ПОВЕРХНОСТЯХ
PROCEDURE FOR PRODUCTION OF COMPOSITE MIXTURE FOR FORMING COATING ON INTERACTING SURFACES

2
2
3
2
2
Изобретение относится к машиностроению, а именно к способу получения композитной смеси для использования в трибосопряжениях, включающей связующее (масло И-8), несколько видов наноразмерных частиц SiO, FeO, FеO, NaO, KО, получаемых транспортированием водородом из нагретых природных глин, также транспортированием водород продуктов первичной сажи, получаемых на электрической дуге электролизных электродов, твердосмазочную композицию, получаемую путем помола смеси из: серпентина, магниевого концентрата и поверхностно-активного вещества (ПАВ- ОП-7),до размеров частиц 1…40 мкм.
Известны несколько способов получения частиц диоксида кремния различного размера.
По патенту РФ 2079429 получают высокодисперсный диоксид кремния из силиката натрия с помощью соляной кислоты и ПАВ. Размеры частиц не сообщаются [1].
По патенту FR заявка 95112453 от 12.08.1994 г.[2] получают также диоксид кремния способом осаждения. Размеры частиц не сообщаются. Оба способа многостадийные и сложные для реализации в производстве и не предусматривают одновременного получения нескольких видов наноразмерных частиц.
2
По патенту РФ 2067077, заявка 94002568/26 от 26.01.1994 г. «Способ получения ультрадисперсного SiO и устройство для его осуществления» [3] диоксид кремния получают из паровой фазы с размерами частиц и с удельной поверхностью 100 м/г. Получаемый порошок диоксида кремния имеет большие размеры частиц, а в устройстве используется дорогостоящий ускоритель электронов.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков и назначению является «Способ формирования покрытия на трущихся поверхностях», патент RU 2179270 [4]. По указанному способу для трущихся поверхностей используют смесь масла И-8 и твердосмазочной композиции, которая является продуктом помола до 1…40 мкм, серпентина, амфибола, прирофиллита и ПАВ (ОП-7). Недостаток: твердосмазочная композиция не содержит реакционноспособных наноразмерных частиц для формирования прочного покрытия на трущихся поверхностях.
Целью предлагаемого изобретения является повышение технологичности способа получения композитной смазочной смеси на основе масла И-8, наноразмерных частиц, первичной сажи и твердосмазочной композиции.
2
2
3
2
2
Поставленная цель достигается за счет использования в качестве компонентов композитной смазочной смеси природного серпентина, магниевого концентрата, являющегося отходом очистки геотермальных вод, ПАВ в предлагаемых процентах от массы с применением наноразмерных частиц SiO, FeO, FеO, NaO, KО, получаемых путем переноса водородом в барбатер с маслом из нагретых в печи мелкодисперсных природных глин и первичной сажи, получаемой при сжигании в электрической дуге электролизных электродов и смешиванием полученной смеси с твердосмазочной композицией.
Твердосмазочная композиция включает исходные материалы (ингредиенты) в следующих мас.%: серпентин - 7,5-11,5; магниевый концентрат - 25-35; ПАВ - 45-65.
Смесь наноразмерных частиц, активной сажи и масла включает в мас.%:
масло И-8
остальное сверх 100
наноразмерные частицы в сумме
53
первичная сажа
47
Между трущимися поверхностями размещают состав, содержащий, мас.%:
твердо-смазочная композиция
1,5
наноразмерные частицы в сумме
0,825
первичная сажа
0,675
связующее
97.
Твердосмазочная композиция готовится путем совместного помола серпентина, магниевого концентрата и ПАВ в вышеуказанных массовых процентах до тонкости помола 1…40 мкм и добавляется в вышеуказанных процентах в смесь, полученную в барбатере.
Первичная сажа - активная сажа, получаемая путем сжигания без доступа кислорода при сжигании в дуге электролизных электродов с размерами частиц 1-50 нм.
2
2
3
2
2
Наноразмерные частицы - частицы SiO, FeO, FеO, NaO, KO, получаемые из дегидратационного диспергирования гидратированных природных глин при температуре от 200 до 600°С в кварцевой трубке, переносом их в потоке газа (водорода) и осаждения в барбатере с маслом И-8. Размеры наночастиц - 1-20 нм.
Серпентин - природный материал, представляющий собой смесь: хризотил-асбеста, офита, антигорита и лизардита в мас.ч. 1:3, 5:2, 5:3.
Магниевый концентрат это отход, получаемый при очистке высокоминерализованных термальных вод, содержащий оксидов в мас.%: MgO 80-88, CaO 10-18, FeO-AlO 0,2-2,2, SiO 1,6-3,5.
ПАВ - (поверхностно-активное вещество) в нашем случае ОП-7.
В предлагаемом способе реакционноспособную активную часть смазочной смеси получают по простой схеме с минимальным количеством технологических операций.
Предлагаемый способ заключается в упрощении технологии получения одновременно нескольких видов наноразмерных частиц из природной глины и сажи для формирования износостойкого покрытия на трущихся поверхностях. При высоких значениях давления и температуры в контактных зонах трибосопряжения наночастицы совместно с микрочастицами внедряются в поверхностный слой металла с потерей водорода из частиц первичной сажи (которые могут удержать до трех молекул водорода), а также происходит образование соединения кремния с углеродом, гибридизация углерода в поверхностном слое, образование твердого раствора карбида железа и силикатов железа.
Смазочная композитная смесь, полученная предлагаемым способом, отличается своей структурой от известных композитных смесей тем, что в ней содержится несколько видов компонентов, одновременно получаемых в одной установке. Предлагаемая технология, устройство и смазочная смесь применимы в различных отраслях промышленности для повышения работоспособности деталей трибосопряжений.
На чертеже представлена схема устройства для получения смазочной композитной смеси для трущихся поверхностей на основе масла И-8, наноразмерных частиц и первичной сажи.
Устройство для осуществления предлагаемого способа включает кварцевую трубку 1 с природной глиной 2, электропечь 3, источник водорода 4, охладитель 5, барбатер с маслом И-8 6, медную водоохлаждаемую трубку 7 с водоохлаждемыми электродами 8 из электролизных электродов.
Способ осуществляется следующим образом.
2
2
3
2
2
Исходную глину, например, Семеновского месторождения после промывания и измельчения высушивают до постоянной массы и помещают в кварцевую трубку 1, которая расположена в электропечи и соединена одним концом с источником водорода 4, а другим с охладителем 5, соединенным с барбатером 6 с маслом И-8. Затем из кварцевой трубки 1 вытесняют воздух водородом и включают электрическую печь 3. Глину 2 нагревают до 600°С и выдерживают при этой температуре в течение одного часа. Потоком водорода наноразмерные частицы SiO, FeO, FеО, NaO, KO уносятся в барбатер с маслом.
2
2
3
2
2
Качественным и количественным хромотографическим анализами пробы масла из барбатера устанавливают содержание наноразмерных частиц, получаемых в течение одного часа. Они должны быть в мас.% следующие: SiO 20-25, FeO 8-11, FеО 6-8, NaO 5-7, КО 6-10. Затем барбатер подключается к другой части установки, предназначенной для получения первичной сажи, где в начале также вытесняется воздух водородом из медной трубки и включается электрическая дуга между графитовыми электролизными электродами. Затем также хромотографическим анализом определяем содержание первичной сажи в мас.% в барбатере. По достижении ее содержания в масле барбатера 44…46% (от общего количества добавок в масле) процесс насыщения останавливаем и недостающую часть до требуемых 47% сажи собираем со стенки водоохлаждаемой медной трубки. Для получения смеси первичной сажи с фуллеренами собранную со стенок медной трубки сажу можно обработать в кипящем толуоле.
Окончательную смесь из твердосмазочной композиции и смеси, полученной в барбатере, подвергают механоактивации ультразвуком, и при необходимости добавляя масло И-8.
Смазочная смесь в количестве 200 г должна содержать: твердосмазочную композицию в количестве 1,5 г, наноразмерные частицы и первичную сажу в сумме - 1,5 г, масло И-8 в количестве 197 г, что соответствует составу, размещаемому между трущими поверхностями в мас.%: твердосмазочная композиция 1,5%, наноразмерные частицы в сумме и первичная сажа 1,5% и связующее масло И-8 97%.
Использование предлагаемой композитной смеси в качестве смазки приводит, например, к заметному увеличению толщины зубьев по делительной окружности шестерен (до 0,2 мм).
Кроме этого, предлагаемая смазочная композитная смесь при введении в моторные масла повышает давление в цилиндрах, что свидетельствует об улучшении приработки поршневых колец и гильз цилиндров. При этом наблюдалось повышение мощности двигателей на 10…15% и снижение расхода моторного топлива на 7…10%.
Литература
Аналоги
1. Патент РФ №2079229.
2. Патент FR заявка 95112453 от 12.08.1994 г.
Прототипы
3. Патент RU №2179270 от 10.02.2002 г.
4. Патент РФ №2067077 от 09.27.1996 г.