ПРОТИВОИЗНОСНАЯ ПРИСАДКА
ANTIWEAR ADDITIVE

Изобретение относится к машиностроению, в частности к противоизносным присадкам к смазочным маслам для улучшения их трибологических свойств (подшипников скольжения и поршневых пар компрессов, насосов, двигателей внутреннего сгорания).
Известны магнитные жидкости, которые меняют свои свойства в зависимости от напряженности магнитного поля. Они также могут служить для уменьшения коэффициента трения и интенсивности изнашивания трущихся узлов (см. Берковский Б.М., Медведев В.Ф., Краков М.С. Магнитные жидкости. - М.: Химия, 1989. - с.159-166). Магнитная жидкость отличается от традиционных смазок наличием твердых частиц, поэтому они, в основном, применяются в узлах трения подшипников качения и скольжения, в зацеплении зубчатых колес.
3
4
18
34
2
Наиболее близкой, по сути, является противоизносная присадка к дизельному топливу (см. патент РФ №2276681, 2006 г.). Данная присадка содержит молекулы твердой пластичной смазки FeO (оксид железа), обладающие низким сопротивлением сдвигу, которые окружены молекулами поверхностно-активного вещества - олеиновой кислоты CHO. Присадка обладает тем недостатком, что намагниченность мицелл с течением времени ослабевает.
Техническая задача - получение противоизносной мицеллярной наноприсадки для применения в трибосопряжениях с использованием смазочных материалов с более стабильной по времени намагниченностью частиц присадки.
Технический результат - повышение триботехнических и эксплуатационных характеристик присадки при минимизации концентрации присадки в смазочных материалах.
3
4
3
4
Он достигается тем, что ядро мицеллы FeO легировано Со (II) при следующем соотношении компонентов, масс.%: Со (II) - 6%, FeO - 94%.
Предлагаемая присадка представляет собой жидкость из основного продукта с введением в него фазочистого магнетита, легированного кобальтом.
18
34
2
Магнетит представляет собой ядро мицеллы, обладающее низким сопротивлением сдвигу, и окружающих его молекул поверхностно-активного вещества - олеиновой кислоты CHO. Молекулы олеиновой кислоты абсорбируются на поверхности частиц магнетита в результате процесса хемосорбции.
3
4
3
4
с
s
п
Ядро частиц наноприсадки, состоящее из магнетита кобальта CoFeO, обладает достаточно высокими магнитными характеристиками и химической стабильностью. По сравнению с ядром из магнетита FeO, такое ядро обладает более высокими значениями магнитных характеристик - коэрцитивной силой Н, намагниченностью насыщения σ и коэффициентом прямоугольности петли гистерезиса λ. Свойства данных ферромагнитных материалов показаны на табл.1 (см. Субботин К.А., Михайленко А.И., Недидова Н.В. Влияние условий синтеза на магнитные свойства магнетита // Журнал прикладной химии. - 2000. - Т.73. - Вып.10. - С.1591-1595).
-1
С целью подтверждения улучшения свойств противоизносной присадки и достижения технического результата, были проведены сравнительные трибологические испытания присадки-прототипа и предлагаемой присадки на машине трения (см. патент РФ №115917, 2012 г.). Испытания проводили по схеме «вал-втулка», на базовом масле МС-20 (ГОСТ 21743-76) в течение 10 часов, напряженность магнитного поля составляла 20 кА/м, давление в зоне трения составляло 1,5 МПа. Скорость скольжения составляла 0,1 с, что соответствует неустановившемуся (граничному) режиму смазки в паре трения. Материалы пары трения - баббит марки Б83 (втулка) и сталь 35 (вал). Результаты экспериментальных исследований показали высокую эффективность предлагаемой присадки и подтвердили ее повышенные триботехнические и эксплуатационные характеристики (табл.2).
3
4
3
4
3
4
Присадку получали следующим способом. Схема получения показана на чертеже. Синтез кобальтированного магнетита проводили методом одностадийного совместного осаждения железа и кобальта гидроксидами при интенсивном перемешивании. Полученный состав магнетита кобальта CoFeO состоял из основы FeO (масс.94%) и Со (масс.6%). Данное вещество помещалось в ванну диспергатора с олеиновой кислотой, где происходил процесс диспергирования при температуре 28-30°С, при частоте 43 кГц в течение 20 часов. Затем раствор с мицеллами легированного кобальтом магнетита FeO направлялся в седиментационную камеру, где осаждался в течение 8 часов.
-7
-9
Полученный раствор сливался и направлялся на экспертизу по определению размера полученных мицелл. Оптимальный диапазон размеров частиц присадки 10-10 м. Осадок из седиментационной камеры направлялся на повторную диспергацию, туда же направлялся раствор после проведения процесса измерения размера частиц присадки, если они оказываются больше оптимального.
3
4
Раствор с мицеллами нужного размера направлялся в накопитель. Из накопителя раствор поступал в смесительную камеру, где при температуре 25-30°С и скорости 300 об/мин смешивался с маслом до получения конечного продукта - смазочной композиции с концентрацией CoFeO 0,01% масс. Данный температурный и скоростной режим выбран с целью интенсивного перемешивания составляющих смазочной композиции при недопущении испарения присадки в процессе смешивания.
Преимуществом предлагаемой присадки является ее экономичность и эффективность: снижение концентрации присадки в смазочных материалах не ухудшает ее качественные и эксплуатационные характеристики. Из таблицы 2 видно, что при одинаковых концентрациях присадок (0,005-0,02 масс.%), предлагаемая присадка проявляет лучшие триботехнические свойства: коэффициент трения понижается в 1,5-2 раза, интенсивность изнашивания понижается в 1,5-5 раз. Это доказывает возможность и необходимость снижения концентрации предлагаемой присадки в смазочных материалах на 25-40%.
Положительный эффект заключается в том, что предлагаемая присадка позволяет при сравнительно низкой концентрации значительно снизить коэффициент трения и интенсивность изнашивания пар трения и, таким образом повысить, ресурс трибосопряжений машин и механизмов.
Таблица 1
Свойства ферромагнитных материалов
Состав
Н<sub>c</sub>, Э
σ<sub>s</sub>
λ<sub>п</sub>
Fe<sub>3</sub>O<sub>4</sub>
100
60-78
0,31
CoFe<sub>3</sub>O<sub>4</sub>
560
60-78
0,38-0,44
Таблица 2
Результаты трибоиспытаний противоизносных присадок
Состав присадки
Концентрация присадки вбазовом масле МС-20, %
Коэффициент трения
Интенсивность изнашивания
Fe<sub>3</sub>O<sub>4</sub>+С<sub>18</sub>Н<sub>34</sub>O<sub>2</sub>
0,005
0,0042
3,2*10<sup>-10</sup>
0,01
0,0035
2,7*10<sup>-10</sup>
0,02
0,002
2,1*10<sup>-10</sup>
CoFe<sub>3</sub>O<sub>4</sub>+С<sub>18</sub>Н<sub>34</sub>O<sub>2</sub>
0,005
0,0031
2,3*10<sup>-10</sup>
0,01
0,002
1,2*10<sup>-10</sup>
0,02
0,0009
0,35*10<sup>-10</sup>
Источники информации
1. Берковский Б.М., Медведев В.Ф., Краков М.С.Магнитные жидкости. - М.: Химия, 1989. - с.159-166.
2. Патент РФ №2276681, 2006 г.
3. Субботин К.А., Михайленко А.И., Недидова Н.В. Влияние условий синтеза на магнитные свойства магнетита // Журнал прикладной химии. - 2000. - Т.73. - Вып.10. - С.1591-1595.
4. Патент РФ №115917, 2012 г.