СМАЗКА ДЛЯ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ
LUBRICANT FOR METAL FORMING

Изобретение относится к консистентным смазкам, применяемым при обработке металлов давлением, в процессе холодной штамповки, волочения, прокатки черных и цветных металлов, а также может применяться в машиностроения для смазки узлов трения машин и оборудования.
Известно, что для волочения стальной проволоки через фильеру в качестве смазки используются мыльные порошки, соли жирных кислот, растительный и животный жир с загустителями, парафин. (И.Л. Перлин, М.З. Ерманок / Теория волочения М.: Металлургия, - 1971. - с.101). Недостатком данных смазок являются недостаточно высокие антифрикционные и износостойкие свойства.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является смазка для обработки металлов давлением, которая принята за прототип (RU 2281972 C1, МПК C10M 69/04, опубл. 20.08.2006 г.). Смазка содержит, мас.%: аспирационную пыль извести 14-18, аспирационную пыль известняка 2-10 и мыло щелочного металла с влажностью 10-20 мас.% - остальное.
Недостатком смазки являются недостаточно высокие антифрикционные и противозадирные свойства.
Задачей настоящего изобретения является повышение антифрикционных и защитных (противозадирных) свойств смазки за счет включения добавок в виде углеродного материала «Таунит» с углеродистыми нанотрубками, или алюминиевой пудры.
При обработке металлов давлением, в том числе волочении проволоки, прутков, труб, смазки применяются для уменьшения трения, износа, предохранения от коррозии, для снижения нагрева волоки.
3
2
2
Технический результат достигается за счет того, что смазка для обработки металлов давлением содержит мыло щелочного металла с влажностью 10-20 мас.%, в отличие от прототипа она дополнительно содержит нанотрубки графена со средним размером частиц 10-30 нм, модифицированные Mg(NO)×6HO, причем весовое соотношение частиц графена и добавки составляет 1:1, или алюминиевую пудру с размером частиц 1-2 мкм, при следующем соотношении компонентов, масс.%:
нанопорошок графена
1-1,5
или алюминиевая пудра
2,5-5,5
мыло щелочного металла с влажностью 10-20 мас.%
остальное
Углеродный наноматериал «Таунит», который предлагается использовать в составе смазки для уменьшения трения, износа, предохранения от коррозии, получают в результате механо-химического воздействия. (Э.Г. Раков, Нанотрубки и фуллеры. Серия новая университетская библиотека, М.: Логос, 2006. - с.285, Э. Газит, Нанотехнологии: необъятные перспективы развития, М.: Научный мир, 2011 г, 245 с.). При этом образуются зародыши, которые представляют собой наночастицы металлов и деформированные графеновые слои, содержащие пятиугольные циклы, а также полностью разупорядоченный углерод. Последующий отжиг вызывает формирование многослойных углеродистых нанотрубок двух типов: диаметром менее и более 20 нм. Источником первых является полностью разупорядоченный углерод, вторых - частицы катализатора. В том и ином случае вырастают закрытые нанотрубки графена.
Многослойные углеродистые нанотрубки типа «Таунит» представляют собой углеродный материал с количеством графеновых слоев не более 30, диаметром волокон от 10 до 120 нм, длиной менее 2 мкм и количеством структурированного углерода не менее 95%(А. Ткачев, С. Мищенко / Промышленное производство графенового наноструктурированного материала «Таунит» // Научно-технический Журнал «Наноиндустрия», - 2007, №2).
Если в предлагаемой смазке содержание углеродного наноматериала «Таунит» меньше или больше 1-1,5%, то смазка не эффективна по своим антифрикционным и противозадирным свойствам и не обеспечивает необходимое качество поверхности металлов при обработке давлением.
Кроме того, если в предлагаемой смазке применена алюминиевая пудра и ее содержание меньше или больше 2,5-5,5%, то она не обладает эффективностью для применения при обработке металлов давлением.
Пример 1. Для приготовления смазки с нанотрубками графена в варочную емкость загружают 15-30% нефтяного масла (например, цилиндровое масло) и вспомогательного жирового компонента. Образовавшуюся смесь перемешивают в течение 1,5 часов и нагревают до температуры 70-80°C. Полученный концентрат разбавляют горячей водой до температуры 60-70°C. При интенсивном перемешивании происходит омыление жидкости. После этого температуру повышают до 130°C для выпаривания воды и доводят до концентрации 50%. После этого образовавшийся компонент охлаждают до комнатной температуры.
2.
3
2
2
Нанотрубки графена типа «Таунит» измельчают в диссольвере DISPERMAT (Германия) со скоростью 300 об/мин в течении 3 часов в изопропиловом спирте до обеспечения удельной поверхности 13 г/м. Суспензию готовят следующим образом: в 150 г изопропилового спирта вводят 15 г нанопорошка графена со средним размером частиц 10-30 нм. Далее частицы графена положительно заряжают, добавляя Mg(NO)×6HO. Весовое соотношение частиц графена и добавки - 1:1. Полученную суспензию диспергируют на диспергаторе УЗГ-0.4/22 в течении 5 мин. После обработки получается однородная суспензия Mg - абсорбированных частиц графена, которую сливают в емкость. Далее разбавление до требуемой концентрации производят холодной водой с перемешиваем пропеллерной мешалкой.
Пример 2. Для приготовления смазки с алюминиевым порошком приготовление компонентов смазки, исключая нанотрубки графена типа «Таунит», производят аналогично примеру 1.
2
Порошок из алюминиевой пудры получают при размоле кусочков алюминия на шаровой мельнице в течении 50-60 мин с образованием чешуек метала плотностью помола 5000 г/см (ГОСТ 5494-95). Такая плотность помола обеспечивает получение алюминиевой пудры с размером частиц 1-2 мкм.
Затем на аналитических весах изготавливают навеску алюминиевой пудры 100 мг, смешивают с водой и сливают в емкость. Далее производят разбавление холодной водой до требуемой концентрации с перемешиваем пропеллерной мешалкой.
Результаты сравнения свойств смазочной композиции с добавлением наноматериала «Таунит» или алюминиевой пудры со смазкой ЦИАТИН-201 представлены в таблице.
Таблица
Смазка
Коэффициент трения
Коэффициент налипания
Диаметр пятна износа, мм
Шероховатость поверхности, Ra, мкм
ЦИАТИН-201
0,34
0,41
-
-
Изобретение:
Нанопорошок графена
0,28
0,38
0,51
2,5
Алюминиевая пудра
0,29
0,40
0,66
3,6
Как видно из таблицы, использование предлагаемого состава смазки с наноматериалом «Таунит» или с алюминиевой пудрой способствует снижению коэффициента трения при обработке металла давлением на 14,7-17,6% и коэффициента налипания на 2,5-7,3%.