ТВЕРДОСМАЗОЧНАЯ КОМПОЗИЦИЯ
DRY-LUBRICANT COMPOSITION

Изобретение относится к составам для нанесения в качестве твердых смазочных покрытий и может быть использовано в узлах трения в энергосберегающих технологиях в различных отраслях промышленности и сельского хозяйства.
Известна твердосмазочная композиция, описанная в п. РФ №2210587 по кл. C10М 125/26, F16C 33/14, з. 30.03.01, оп. 20.08.03.
Известная композиция содержит связующее и абразивоподобный компонент на основе природного гидросиликата магния, выключающего антигорит, благородный серпентин (офит) с игольчатой формой частиц при соотношении поперечника и длины 1:25-1:40 соответственно при следующем соотношении ингредиентов в абразивоподобном компоненте, мас.%:
антигорит - 10-20
благородный серпентин (офит) - 80-90
и при следующем соотношении компонентов в твердосмазочной композиции, мас.%:
абразивоподобный компонент 0,5-5,0
связующее - остальное.
Недостатком известной композиции является то, что ее весьма сложно подготовить, т.к. требуется подбирать серпентин с игольчатой формой частиц.
Известна твердосмазочная композиция, описанная в з. РФ №2002131140 по кл. С10М 125/00, F16C 33/14, з. 20.11.02, оп. 20.06.2004 и выбранная в качестве прототипа.
Известная композиция содержит абразивоподобный компонент в виде измельченной исходной смеси минералов, включающей кварц, гематит, брусит и лизардит, и связующее в виде поверхностно-активного вещества (ПАВ) при следующем содержании ингредиентов в композиции, мас.%:
кварц 15-20
гематит 5-10
брусит 3-8
ПАВ 2-7
лизардит - остальное
и при следующем соотношении компонентов в составе, размещаемом между трущимися поверхностями, мас.%:
твердосмазочная композиция 0,1-2,0
носитель - остальное.
Под носителем понимается любая основа: масло моторное, индустриальное топливо, минеральные масла, синтетические масла, солидолы, кремнийорганические жидкости, жидкие смеси высококипящих углеводородов и т.п.
Недостатком известной композиции является то, что ее абразивоподобный компонент включает в себя большое (преобладающее) количество лизардита (55-75). С учетом того, что твердосмазочные композиции работают по схеме: абразивное изнашивание (приработка) - возникновение на поверхностях трения защитных металлокерамических пленок твердость частиц смазки не должна быть ниже поверхностной твердости изнашивамой детали. Между тем, лизардит имеет твердость до 3 единиц по шкале Мооса, что при его преобладающем количестве в составе абразивоподобного компонента ухудшает качество твердосмазочной композиции.
При этом достаточно большие размеры ингредиентов абразивоподобного компонента (до 40 мкм) снижают износостойкость деталей и увеличивают скорость их изнашивания.
Задачей заявляемого изобретения является повышение качества твердосмазочной композиции.
Поставленная задача решается тем, что в твердосмазочной композиции, содержащей абразивоподобный компонент на основе измельченной исходной смеси природных минералов, включающей лизардит, и связующее в виде поверхностно-активного вещества (ПАВ) при следующем соотношении компонентов в составе, размещаемом между трущимися поверхностями, мас.%:
твердосмазочная композиция 0,1-2,0
носитель - остальное,
СОГЛАСНО ИЗОБРЕТЕНИЮ, смесь природных минералов имеет дисперсность 0,1-5 мкм, в нее входят также магнетит и гематит, в качестве ПАВ использованы диоктилфенилдитиофосфат цинка и дециловый эфир каприловой кислоты при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
магнетит 10-12
лизардит 30-45
гематит 7-10
дециловый эфир каприловой кислоты 23-28
Диоктилфенилдитиофосфат цинка 5-25.
Использование в смеси наряду с лизардитом таких минералов, как магнетит и гематит, имеющих магнитные свойства, улучшает качество твердосмазочной композиции. Это объясняется следующим.
Такие характеристики, как относительная диэлектрическая проницаемость и магнитная восприимчивость, очень важны, так как при повышении температуры в узлах трения происходит деформирование поверхностных слоев металла и, как следствие, возникают электрические и магнитные поля. Высокое удельное электрическое сопротивление лизардита способствует ослаблению электрохимических и электромагнитных явлений, уменьшению износа деталей, а низкая относительная диэлектрическая проницаемость благоприятно влияет на проявление адгезии к сталям. Низкая теплопроводность способствует высокой термостойкости покрытия, но снижает теплоотвод из зоны трения. Мелкочешуйчатое строение лизардита обеспечивает образование на поверхностях трения тонких пленок, ориентированных параллельно поверхности трения. Эти пленки (или слои) разделяют трущиеся поверхности, сглаживают их микрорельеф, а в случае сухого трения переводят его в трение внутреннее, при котором сдвиг происходит внутри слоя частиц и осуществляется чисто механическая защита трущихся поверхностей от износа. Диоктилфенилдитиофосфат цинка также обладает хорошими адгезивными свойствами.
С учетом того, что твердосмазочные композиции работают по схеме: абразивное изнашивание (приработка) - возникновение на поверхностях трения защитных металлокерамических пленок твердость частиц смазки не должна быть ниже поверхностной твердости изнашивамой детали - гематит и магнетит с их твердостью до 5 единиц по шкале Мооса вполне соответствуют этому требованию. Лизардит, являясь наиболее мягкой основой серпентинита, по структуре напоминает гетерогенную структуру антифрикционных сплавов.
С увеличением температуры в узлах трения удельное сопротивление магнетита резко падает. Мелкая дисперсность магнетита снижает его негативное влияние на износ деталей при его высокой твердости.
При содержании в композиции в мас.%: лизардита более 45, магнетита меньше 10, гематита менее 7 уменьшается твердость частиц смазки, что ухудшает качество твердосмазочной композиции.
При содержании в композиции в мас.%: лизардита менее 30, магнетита более 12 и гематита более 10 твердость частиц смазки значительно увеличивается, что также снижает ее качество.
Использование в качестве ПАВ диоктилфенилдитиофосфата цинка обеспечивает высокие адгезивные свойства твердосмазочной композиции и оптимизирует окислительные процессы, а введение в ПАВ децилового эфира каприловой кислоты улучшает ее скольжение в процессе эксплуатации и увеличивает реактивность смеси.
Заявляемая композиция обладает новизной в сравнении с прототипом, отличаясь от него такими существенными признаками, как: использование смеси природных минералов с дисперсностью 0,1-5 мкм, наличие в ней дополнительно магнетита и гематита, использование в качестве ПАВ диоктилфенилдитиофосфата цинка и децилового эфира каприловой кислоты, при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
магнетит 10-12
мизардит 30-45
гематит 7-10
дециловый эфир каприловой кислоты 23-28
диоктилфенилдитиофосфат цинка 5-25,
обеспечивающих в совокупности достижение заданного результата.
Заявителю не известны технические решения, обладающие совокупностью указанных отличительных признаков, обеспечивающих заданный результат, поэтому он считает, что заявляемое техническое решение соответствует критерию «изобретательский уровень». Заявляемая твердосмазочная композиция может найти широкое применение в узлах трения в энергосберегающих технологиях в различных отраслях промышленности и сельского хозяйства, а потому соответствует критерию «промышленная применимость».
Изобретение иллюстрируется чертежами, где представлены на:
- фиг.1 - результат сравнительных практических испытаний твердосмазочной композиции заявителя и смазки «Супротек-Люкс 100», проведенных на оборудовании Челябинского электровозоремонтного завода - филиала ОАО «Желдорреммаш;
- фиг.2 - результат сравнительных триботехнических испытаний твердосмазочной композиции заявителя и смазки и «Супротек-Люкс 100», проведенных на четырехшариковой машине трения ЧШМТ1 в НИИ Физико-органической химии Южного федерального округа (г.Ростов-на-Дону);
- фиг.3 - фотография фрагмента поверхности в паре трения (третье тело), сформированной при использовании заявляемой композиции (диметрия 80×80 мкм).
Заявляемая твердосмазочная композиция содержит: абразивоподобный компонент на основе измельченной исходной смеси природных минералов и связующее в виде поверхностно-активного вещества (ПАВ) при следующем соотношении компонентов в составе, размещаемом между трущимися поверхностями, мас.%:
твердосмазочная композиция 0,1-2,0
носитель - остальное,
Носителем может служить масло, солидол и т.п.
При этом смесь природных минералов имеет дисперсность 0,1-5 мкм. В нее входят магнетит, лизардит и гематит, а в качестве ПАВ использованы диоктилфенилдитиофосфат цинка и дециловый эфир каприловой кислоты при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
магнетит 10-12
лизардит 30-45
гематит 7-10
дециловый эфир каприловой кислоты 23-28
диоктилфенилдитиофосфат цинка 5-25.
Заявляемую твердосмазочную композицию получают следующим образом. Составляющие абразивного компонента измельчают до дисперсности 0,1-5 мкм, затем многократно отфильтровывают механически для удаления более крупных частиц. Полученную смесь пропускают через электромагнитные ловушки для уменьшения электромагнитных свойств, затем добавляют компоненты ПАВ, тщательно перемешивают и получают твердосмазочную композицию.
Заявляемая твердосмазочная композиция в количестве 0,1-2,0, мас.% вносится в носитель - смазки или масла и в сравнении с широко используемой смазочной композицией «Супротек-Люкс» (химический состав, к сожалению, не известен) обеспечивает на первом этапе притирки снижение нагрузки на электродвигатель (см. фиг.1 и фиг.2), что особенно важно в высокооборотистых двигателях внутреннего сгорания.
На фиг.1 представлены сравнительные результаты применения заявляемой и известной упомянутой выше твердосмазочных композиций в прессах с червячным редуктором:
а) в менее мощном прессе П3530 при использовании смазки «Супротек-Люкс 100» на первом этапе прирабатывания (14 дней) пары трения с введением известной смазки наблюдается резкое увеличение тока нагрузки главного привода пресса, что чревато возможным выходом электродвигателя главного привода пресса из строя;
б) при введении заявляемой твердосмазочной композиции даже в более мощном прессе П7729 происходит выравнивание токов в фазах электропривода главного привода пресса с уменьшением тока нагрузки более чем на 20% уже на первом этапе приработки (14 дней).
На фиг.2 показаны сравнительные результаты триботехнических испытаний твердосмазочной композиции на четырехшариковой машине трения ЧШМТ-1 в имеющем лицензию на проведение таких испытаний НИИ Физико-органической химии Южного федерального округа РФ (г.Ростов-на Дону).
На фиг.2, а видно, что при использовании известной композиции МСК «Супротек-Люкс» с носителем спустя примерно 3, 8 часа коэффициент трения резко увеличивается, т.е. стабильность работы материала резко ухудшается и переходит к нестационарным режимам - резкому увеличению износа пары трения, сопровождающейся повышением виброакустической активности узла трения.
Как видно из графика на фиг.2, б, коэффициент трения при использовании заявляемой композиции без носителя значительно ниже и стабильнее. Схватывания и заедания не происходит на протяжении 5, 5 часов испытаний.
На фиг.3 (фото третьего тела) видно, что изображенная поверхность, сформированная при использовании заявляемой твердосмазочной композиции, сплошь закрыта пленкой. Она не имеет разрывов и обладает высокой адгезией к поверхностям пары трения.
В сравнении с прототипом заявляемая твердосмазочная композиция имеет более высокое качество.