Способ получения добавки в моторное масло на основе наноразмерного порошка диоксида кремния
METHOD OF PRODUCING AN ADDITIVE FOR MOTOR OIL BASED ON NANOSIZED SILICON DIOXIDE POWDER

Предлагаемое изобретение относится к способу получения модифицирующей добавки к моторным маслам, которая может быть использована для повышения износостойкости трущихся деталей и снижения трения. Способ получения модифицирующей добавки для смазочного материала включает добавление наноразмерного порошка диоксида кремния со средним размером частиц от 50 до 300 нм в базовое моторное масло, смачивание порошка базовым моторным маслом и диспергирование посредством ультразвуковых колебаний в режиме акустической кавитации на резонансной частоте порядка 23 кГц. Изобретение направлено на повышение качества модифицирующих добавок на основе наноразмерного порошка диоксида кремния за счет повышения износостойкости поверхности и снижения коэффициента трения.
Наиболее перспективным способом повышения долговечности и, соответственно, надежности агрегатов машин является модифицирование смазочных материалов. Эта технология позволяет повысить износостойкость трущихся деталей с наименьшими затратами. В качестве добавок в моторное масло для улучшения работы механизмов может быть использован наноразмерный порошок диоксида кремния.
Предлагаемое изобретение относится к способу получения добавок к моторным маслам на основе наноразмерного порошка диоксида кремния, диспергированного с помощью ультразвука в режиме акустической кавитации в базовом моторном масле.
Известно изобретение Института физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук (ИФПМ СО РАН) «Способ получения суспензии высокодисперсных частиц металлов и их соединений и устройство для его осуществления» (RU 2012147093; B22F 9/04, B01J 3/00; 20.05.2014; авторы: Лернер Марат Израильевич (RU), Глазкова Елена Алексеевна (RU), Псахье Сергей Григорьевич (RU), Хоробрая Елена Геннадьевна (RU), Иванов Алексей Николаевич (RU), Цыганков Виктор Михайлович (RU), Цхе Александр Алексеевич (RU). Формула изобретения состоит из множества пунктов:
1. Способ получения суспензии высокодисперсных частиц металлов и их соединений, включающий механическое перемешивание порошка, представляющего собой агрегаты наноразмерных частиц, и дисперсионной среды и ультразвуковое диспергирование агрегатов, при этом механическое перемешивание и ультразвуковое диспергирование осуществляют при перемещении суспензии по замкнутому гидравлическому контуру таким образом, чтобы осуществлялось последовательно то механическое перемешивание суспензии, то ультразвуковое диспергирование.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что перемешивание осуществляют с помощью механической мешалки с частотой 250-1000 об/мин, предпочтительно 280-500 об/мин.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что ультразвуковое диспергирование осуществляют в ультразвуковой камере проточного типа при мощности излучения пьезоэлектрического преобразователя 10-100 Вт, с частотой колебаний 22 кГц, в интервале времени 5-60 мин, предпочтительно 5-30 мин.
4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что предпочтительно диспергирование осуществляют при мощности излучения пьезоэлектрического преобразователя от 80 до 100 Вт.
5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что скорость перемещения суспензии в замкнутой гидравлической системе составляет 0,06-0,15 м/с, предпочтительно 0,1-0,12 м/с.
6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в замкнутой гидравлической системе создают небольшое избыточное давление от 1,0 до 1,2 атм.
7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что температуру суспензии поддерживают постоянной.
8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при диспергировании наноразмерного порошка алюминия или алюмонитридной композиции (AL/ALN) температуру суспензии поддерживают не выше 30°С, предпочтительно 20-22°С.
9. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для достижения эффективной дезагрегации используют суспензию с исходной концентрацией наноразмерных частиц 0,1-10,0 мас. %, предпочтительно 0,5-3 мас. %.
10. Устройство для получения суспензии высокодисперсных частиц металлов и их соединений содержит емкость-смеситель, в которой установлено средство для механического перемешивания, и ультразвуковую проточную камеру, последовательно соединенные между собой трубопроводами и средством для перемещения суспензии по замкнутой гидравлической системе.
11. Устройство по п. 10, отличающееся тем, что в качестве средства для перемещения суспензии по замкнутой гидравлической системе содержит самовсасывающий аппарат роторно-пульсационного воздействия (РПА).
12. Устройство по п. 10, отличающееся тем, что в качестве средства для перемешивания содержит механическую мешалку предпочтительно лопастного типа.
13. Устройство по п. 10, отличающееся тем, что устройство дополнительно содержит средства для контроля расхода суспензии, температуры, уровня жидкости в емкости-смесителе, датчик давления в трубопроводе.
Для получения суспензии из наноструктурного порошка используется ультразвук для диспергирования в жидкую среду, но для проведения процесса используется пьезоэлектрический преобразователь с мощностью излучения от 80 до 100 Вт. Также в нем не указываются частицы металлов и нет упоминания о наноразмерном порошке диоксида кремния.
Известно изобретение Общества с ограниченной ответственностью «Базис» «Добавка к смазочным маслам и пластичным смазкам» (RU 2584155 С2; дата отсчета действия патента 16.06.2014; автор: Струнин Борис Павлович (RU)). Основой изобретения является добавка к смазочным маслам и пластичным смазкам, включающая диоксид кремния, углерод, отличающаяся тем, что в качестве углерода она содержит углерод синтетический с «луковицеобразной» структурой наночастиц и средним размером частиц
30 нм, диоксид кремния со средним размером частиц 10 нм, при следующем соотношении
компонентов, % мас: диоксид кремния 99,0-99,9; углерод синтетический 0,1-1,0.
Отличием является наличие в составе наноразмерного синтетического углерода. Для диспергирования используется ультразвук, однако не отмечено:
- использование акустической кавитации для достижения эффективной дезагрегации и диспергирования;
- использование магнитострикционного преобразователя с присоединенными волноводами;
- использование в качестве наноструктурного материала наноразмерного порошка диоксида кремния марки «Таркосил» или «Кавелос».
Наиболее близким к заявляемому относится изобретение, принадлежащее Федеральному государственному бюджетному образовательному учреждению высшего образования «Бурятский государственный университет» «Способ диспергирования наноразмерного порошка меди в базовом моторном масле» (RU 2591918 С2; дата отсчета действия патента 08.12.2014; автор: Хитерхеева Надежда Сергеевна; Номоев Андрей Валерьевич; Бардаханов Сергей Прокопьевич; Батороев Сократ Баторович (RU)), в котором представлен способ получения модифицирующей медьсодержащей добавки для смазочного материала, включающий добавление наноразмерного порошка меди со средним размером частиц 120 нм в базовое моторное масло, смачивание порошка базовым моторным маслом и диспергирование посредством ультразвуковых колебаний в режиме акустической кавитации на резонансной частоте порядка 23 кГц.
Основное отличие от заявляемого изобретения заключается в том, что в качестве модифицирующей добавки в состав базового моторного масла вместо наноразмерного порошка меди вводится наноразмерный порошок диоксида кремния марки «Таркосил», получаемого на базе ИЯФ СО РАН. Полученная добавка обладает другими свойствами: повышается изностостойкость поверхности. Средний размер частиц в суспензии должен лежать в пределах от 50 до 300 нм. При меньшем размере частиц свойство повышенной износостойкости снижается.
Суть изобретения:
Предлагаемое изобретение относится к способу получения добавок к моторным маслам на основе наноразмерного порошка диоксида кремния, диспергированного с помощью ультразвука в режиме акустической кавитации в базовом моторном масле в виде концентрированной суспензии. После смачивания наноразмерного порошка базовым моторным маслом осуществляется процесс диспергирования и деагломерации методом ультразвукового диспергирования в режиме акустической кавитации, возникающей в условиях резонанса. Для модификации используется наноразмерный порошок диоксида кремния марки «Таркосил». Средний размер частиц в суспензии должен лежать в пределах от 50 до 300 нм.
Для интенсификации процесса диспергирования наночастиц диоксида кремния в базовое моторное масло был использован ультразвуковой диспергатор, работающий в режиме эффекта акустической кавитации, возникающей при распространении ультразвука в среде. Ультразвуковая установка ИЛ100/6, разработанная ООО «Ультразвуковая техника - Инлаб» г. Санкт-Петербург. Установка состоит из: ультразвукового генератора ИЛ10-0,63; магнитострикционного преобразователя; сменных волноводов. Процесс протекает следующим образом:
- в емкость заливается базовое моторное масло с нанопорошком в отношении 2% от массы жидкости;
- подбирается резонансная частота;
- волновод полностью погружается в жидкость;
- проводится процесс диспергирования не более 3-х минут.
Для лучшего диспергирования используется конически расширяющийся к низу волновод. Чтобы не допустить перегрев в системе магнитострикционный преобразователь, к которому прикрепляется волновод, оснащен рубашкой охлаждения.
В результате получается взвесь наноразмерного порошка диоксида кремния в базовом моторном масле, которая отличается по свойствам от аналогичной взвеси, полученной при простом смешивании нанопорошка с указанной жидкостью. Были проведены сравнительные эксперименты, которые показали, что при обработке акустической кавитацией степень деагломерации частиц повышается, а скорость седиментации взвеси уменьшается. Таким образом, повышается качество получаемых добавок. В качестве основной жидкости используется базовое моторное масло, потому что оно совместимо со всеми известными марками моторных масел. Добавки, содержащие наноразмерный диоксид кремния обладают свойствами «залечивать» микроповреждения трущихся поверхностей, таким образом повышая износостойкость.
Технический результат отображает суть изобретения, которое заключается в повышении качества модифицирующей добавки за счет повышения степени деагломерации и диспергирования наноразмерного порошка диоксида кремния со средним размером частиц от 50 до 300 нм в базовом моторном масле. Представленный эффект достигается за счет ультразвуковой обработки взвеси в режиме акустической кавитации на резонансной частоте порядка 23 кГц.