СМАЗОЧНЫЙ СОСТАВ И СПОСОБ ЕГО ПРИГОТОВЛЕНИЯ
LUBRICANT COMPOSITION AND METHOD FOR PRODUCTION THEREOF

Изобретение относится к смазочным составам и способам их приготовления. Известно много различных смазочных составов, которые могут быть использованы как при первичной обработке узлов трения машин и механизмов, а также в процессе их эксплуатации, для продления межремонтного ресурса или во время ремонтно-восстановительных операций.
Область техники.
Известен ряд технических решений, которые направлены на решение однородных технических задач по снижению трения в узлах трения машин и механизмов, например:
- «Состав для создания защитных и антифрикционных поверхностей движущихся металлических деталей» (патент GB 499338 A), согласно которому композиция для создания защитных и антифрикционных поверхностей на всех движущихся металлических деталях, состоит из оксида цинка, оксида кадмия, смазочного масла и вермикулита.
- «Магнийсодержащие дисперсии» (патент US 4229309 A), согласно которому процесс подготовки стабильной жидкости оксида магния, содержащей дисперсию, состоит в основном из нагревания композиции и включает энергонезависимый процесс жидкости, содержащей Mg(OH)2 и диспергаторов для температуры обезвоживания Mg(OH)2, в котором пока вся вода не была удалена, указанная энергонезависимая технологическая жидкость способна нагреваться до температуры дегидратации из Mg(OH)2, и указанные диспергаторы способны удерживать соединения магния, которые образуются путем дегидратации в стабильной суспензии.
- «Смазочный состав и способ» (заявка WO 9640849 A1), согласно которому смазочный состав, включающий суперабсорбирующие полимеры в сочетании с материалом для уменьшения трения между движущимися поверхностями.
Известно также достаточно много смазочных составов, которые включают оксиды металлов и неметаллов, которые в устойчивой фазе содержат оксиды магния (MgO), кремния (SiO2), алюминия (Al2O3), кальция (CaO), железа (Fe2O3), содержащиеся в химическом составе серпентина или талька.
Кроме этого, известно техническое решение «Поверхностная смазка для объектов, контактирующих с формами воды, и способ ее получения» (патент США №5409622), согласно которому смазка для местного применения на поверхностях рекреационного оборудования, предназначенных для контакта с различными формами воды для уменьшения трения между указанными поверхностями и указанными формами воды, смазочный состав содержит однородную смесь, содержащую не менее 50% мелко разделенного гексагонального нитрида бора порошка, воды и связующего выбранного из группы, состоящей из целлюлозы, бентонита, гекторита, коллоидных оксидов, щелочных силикатов и окиси алюминия, указанный оксид алюминия, полученный из группы, состоящей из водной основы коллоидных оксида алюминия, пептизованного оксида алюминия и водного раствора соли алюминия, которые могут быть преобразованы в оксид алюминия путем нагрева до температуры около 500-900°C, указанная однородная смесь в виде пасты. Согласно этому техническому решению состав смазки для местного применения на поверхности рекреационного оборудования, предназначенного для контакта с различными формами воды для уменьшения трения между указанными поверхностями и указанными формами воды, указанное тело смазки в составе продукции, производимой такой последовательностью шагов: формирование однородной смеси мелко разделенного порошка гексагонального нитрида бора, воды и связующего выбранного из группы, состоящей из целлюлозы, бентонита, коллоидных оксидов, щелочных силикатов, гекторита и оксида алюминия, указанный оксид алюминия, полученный из группы, состоящей из водной основы коллоидного оксида алюминия, пептизованного оксида алюминия и водного раствора соли алюминия, которые могут быть преобразованы в оксид алюминия путем нагрева до температуры около 500°C-900°C, формирование указанной однородной смеси в указанное тело; и сушки указанного образующегося тела для существенного удаления всей воды, указанное высушенное тело содержит гексагональный нитрид бора в диапазоне от 36 до 95 вес.%.
Однако предлагаемое по патенту США №5409622 техническое решение имеет некоторые недостатки. Нагрев водной основы коллоидного оксида алюминия, пептизованного оксида алюминия и водного раствора соли алюминия, до температуры 500-900°C, приводит к удалению только конституционной воды и разрушению кристаллической решетки, что обеспечивает удаление только гидроскопической влаги и части воды, которая является слабо связанной в кристаллической решетке. При этом, как было сказано выше, при попадании продукта распада, т.е. продукта, полученного в результате термообработки в интервале 500-900°C, в рабочую среду, например смазочный состав, полученный продукт, способствует получению только частичного технического результата, а именно «смазки для местного применения на поверхности рекреационного оборудования, предназначенного для контакта с различными формами воды для уменьшения трения между указанными поверхностями и указанными формами воды»
Кроме этого, известно, что составы для восстановления пар трения, в которых используются продукты дегидратации таких гидратов, которые в стабильном состоянии содержат оксиды из ряда MgO, SiO2, Al2O3, CaO, Fe2O3, K2O, ONa2 («Состав для обработки пар трения и способ его получения», патент США №6423669). Однако установлено, что подобные составы, как правило, одновременно, не содержат все оксиды из предлагаемой по данному техническому решению оксидного ряда.
Известно, например техническое решение «Материал для восстановления сцепления фрикционных накладок» (патент Франции № FR 2891333 от 30.03.2007), согласно которому сцепление фрикционных накладок, в том числе и материал для восстановления, по крайней мере частично, покрыты органическим и неорганическим гибридным материалом.
Известно техническое решение «Способ формирования покрытия на трущихся поверхностях» (патент РФ №2057257), который включает механоактивацию мелкодисперсной смеси минералов со связующим, размещение полученного состава между трущимися поверхностями и последующую его приработку, в котором для обеспечения диффузионного проникновения получаемого покрытия в поверхность трущихся деталей смесь минералов используют с дисперсностью 0,01-1,0 мкм, механоактивацию состава из смеси минералов и связующего осуществляют апериодическими колебаниями, при этом размещенный между трущимися поверхностями состав содержит (мас.%): смесь минералов - 3,3; связующее - 96,7, ингредиентное содержание упомянутого состава используют следующее, (мас.%): SiO - 30-40; MgO - 20-35; Fe2O3 - 10-15; FeO - 4-6; Al2O3 - 3-8; S - 2-6; сопутствующие примеси - 5-30, причем приработку проводят при давлении не менее 10 МПа и температуре в микрообъемах не менее 300°C.
Известно техническое решение, «Способ формирования сервовитной пленки на трущихся поверхностях» (патент РФ №2059121 от 27.04.1996), в котором с целью повышения качества сервовитной пленки в парах трения с различной твердостью, которая достигается тем, что осуществляют контакт элемента обрабатываемой пары трения большей твердости с технологическим элементом, обладающим соразмерной или повышенной твердостью, размещают между ними активированную смесь, содержащую следующие компоненты, мас.%: абразивоподобный порошок природного серпентинита 0,5-40, Сера 0,1-5, ПАВ 1-40, органическое связующее - остальное, при этом обрабатываемый элемент пары намагничивают и подсоединяют к отрицательному полюсу источника постоянного тока, а технологическую деталь к положительному и прирабатывают до образования сервовитной пленки, после чего технологическую деталь заменяют элементом пары и прирабатывают в этой же смеси.
Однако предлагаемое по патенту РФ №2059121 от 27.04.1996 техническое решение имеет ряд существенных недостатков. Основным компонентом предлагаемого состава является природный серпентинит Печенговского месторождения, приготовленный следующим способом. Сначала его (природный серпентинит) диспергировали до 500 мкм и меньше, затем отсепарировали на металлической сетке под углом 7° к горизонтальной плоскости и с частотой 50 Гц и амплитудой 2,5 мм колебаний под углом 30° к горизонтальной плоскости и с ячейкой 200 мкм, обеспечившей осветление и крупность не более 40 мкм. Затем повторно диспергировали до крупности не более 5 мкм, отсепарировали постоянным магнитом, что позволило повысить осветление и снизить крупность до 2 мкм.
Как видно из описания способа получения основного компонента - серпентинита, способ получения наноструктуры включает механическое и магнитное воздействие на природный минерал, что, по мнению авторов этого технического решения, приводит к возможности получения размера такой наноструктры от 5 до 2 мкм (5000-2000 н.м.). Авторы данного технического решения не используют взаимозависимую температурную и временную выдержку природного минерала, что не позволяет получить размер наноструктуры меньше 2000 н.м. и главное не позволяет достичь при этом безвозвратную фазу его (зерна) структуры, что в конечном счете приводит к тому, что в силу природных особенностей своей кристаллической решетки и при попадании в среду, например - смазку, за счет обратного отбора воды из окружающей среды, серпентинит образовывает прочные, не определенной\хаотичной формы, образования, которые при эксплуатационных нагрузках - работают как абразивы, что в процессе эксплуатации трущихся поверхностей, приводит к обратному от процесса восстановления эффекту для трущихся поверхностей.
Известно техническое решение «Трибокерамическое соединение» (заявка США №20101844585), согласно которому трибокерамическое покрытие содержит оксиды - оксид магния (MgO), оксид кремния (SiO2), оксид алюминия (Al2O3), оксид кальция (CaO), оксид железа (Fe2O3), содержащихся в химическом составе серпентина и талька, отличающееся тем, что с целью расширения области применения природные и/или синтезированные необработанные теплом и/или обезвоженные минералы - серпентин, тальк, клинохлор, магнезит, кварц и гидроксид алюминия будут введены в трибокерамическое соединение, обеспечивая формирование трибокерамического соединения в следующем составе оксидов, в массовых %: SiO2 - 46-54, MgO - 26-32, Al2O3 - 2-5, Fe2O3 - 1,0-1,5, CaO - 0,1-0,3, H2O - 5 или меньше.
Известно техническое решение «Присадки для добавления в топливо механизмов, применение присадки и процессы обработки рабочих частей механизмов (патент Германии DE 102004058276 (WO 2006058768), согласно которому «присадки» добавляются в смазочный материал или топливо двигателя внутреннего сгорания. В дальнейшем они (присадки) употребляются в составе смазочного вещества и топлива, предназначенного для двигателя внутреннего сгорания. Предлагаемое по патенту DE 102004058276 (WO 2006058768) техническое решение включает силикатный железомагниевый гидроксид. Кроме того, в ней содержатся такие особо активные компоненты, как полимеры силикатов и/или гидросиликаты металлов (соли кремниевой кислоты) искусственного или природного происхождения, состоящие из одного или нескольких силикатов кремнекислородной кристаллической решетки, в волокнистых, полосковых, многослойных или трубчатых структурах, в частности отраженных в формуле ((Mg1Fe)3K[Si2KO5k](OH)4Jn с k=1 до 5, n=1 до 10000000).
Авторы предлагаемого технического решения считают, что предпочтительно использовать серпентин, согласно химической формуле Mg6[Si4 O10](ОН)8 и/или тальк, согласно химической формуле Mg3[Si4O-io](OH)2. При дополнительной или альтернативной эффективной разработке присадок используется силикатный магниевр-натриевый гидроксид, согласно химической формуле Na2 Mg4 Si6 O-i[beta](OH)2.
2
Согласно этому техническому решению поверхности с металлокерамическим покрытием (т.е. поверхности обработанные составом по данному патенту), отличаются высокой коррозионной устойчивостью, заметной по возросшему электрическому сопротивлению поверхностей, высокой температурной устойчивостью (температура разрушения покрытия - около 1600°C), возросшей на 30 процентов микротвердостью, а также высокой устойчивостью к давлению - до 2500 Н/мм при контактном напряжении сжатия.
Однако использование серпентина (Mg6[Si4O10](OH)8) и/или талька (Mg3[Si4O-io](OH)2) приводит к обратному эффекту, как это показано по адресу http://5koleso.ru/articles/1517
Наиболее близким к техническому решению, которое заявляется по технической сущности и предполагаемому техническому результату, является «Состав для обработки пар трения и способ его получения» (патент США №6423669), согласно которому состав для обработки пар трения включает оксиды металлов и неметаллов, в котором в качестве указанных оксидов он содержит продукты дегидратации гидратов с температурой удаления конституционной воды и разрушения кристаллической решетки в интервале 350-900°C, которые в устойчивой фазе содержат оксиды из ряда MgO, SiO2, Al2O3, CaO, Fe2O3, K2O Na2O.
Предлагаемое техническое решение относится к композиции консистентной смазки, в частности, композиции для восстановления пар трения, и может быть использовано в машиностроении для обработки узлов трения. Сущностью предлагаемого изобретения является улучшение состава для восстановления пар трения в котором используются продукты дегидратации таких гидратов, которые в стабильном состоянии содержат оксиды из серии MgO, SiO2, Al2O3, CaO, Fe2O3, K2O, ONa2, формирование стабильного состояния состава, осуществляется из структур нанодисперсных оксидов, которые минимизируют сопротивление перемещению и площадь контакта поверхностей пар трения, и передача в любой форме трение в трение качения, и за счет этого, происходит укрепление пары трения поверхностей и достигается снижение коэффициента трения.
Однако предлагаемое техническое решение имеет некоторые существенные недостатки. Температурный режим для удаления конституционной воды и разрушения кристаллической решетки, который находится в интервале 350-900°С, что обеспечивает удаление только гидроскопической влаги и части воды, которая является слабо связанной в кристаллической решетке, а так же удаление химически связанной воды, при этом, в полученных продуктах распада, возрастает огневая усадка и пористость, снижается плотность исходного материала и разрушаются ковалентные связи между слоями. При попадании продукта распада, т.е. продукта полученного в результате термообработки в интервале 350-900°С, в рабочую среду, например смазочный состав, который как правило состоит из множества компонентов, в основе которых находится «масляная база» и различные добавки, происходит формирование образований (соединений), которые при взаимодействии с рабочей средой (масляная база + добавки), за счет обратного отбора воды из рабочей среды, образовывают прочные, не определенной и/или хаотичной формы образования, которые при эксплуатационных нагрузках в узлах или поверхностях трения работают как абразивы, т.е. выполняют обратный эффект и увеличивают износ поверхности трения, образовывают «задиры», «царапины» и уменьшают межремонтный ресурс узлов трения.
В основу технического решения, которое заявляется, поставлена задача получения смазочного состава, который согласно изобретению включает смазочную среду и продукт дегидратации гидратов природных минералов или смеси природных минералов, или синтезированных гидратов, в котором продукт дегидратации, включающий оксиды MgO, и/или SiO2, и/или Al2O3, и/или СаО, и/или Fe2O3, и/или K2O, и/или Na2O, полученных после удаления конституционной воды и разрушения кристаллической решетки при температуре от 350 до 900°С, в котором за счет того, что продукт дегидратации, полученный после удаления конституционной воды и разрушения кристаллической решетки при температуре не выше 900°С и который достигает устойчивой и/или безвозвратной фазы, при температурной выдержке в диапазоне 900-1200°С, что обеспечивает получение наноструктуры продукта дегидратации, в диапазоне 100-100000 н.м.
При взаимодействии предложенного смазочного состава с материалами поверхностей происходит образование модифицированного покрытия, которое можно описать как формирование металлокерамического покрытия, состоящего в основном из карбидов металла. В результате экспериментальных исследований установлено, что смазочный состав обеспечивает эффект механического взаимодействия нанообразований, полученных после разложения оксидов металлов, с поверхностью металла.
Технический эффект при использовании смазочного состава основан на том, что первоначальный размер нанообразований ревитализанта сопоставим по масштабу с размерами дефектов поверхности (зернистость, микрошероховатость). Такое взаимодействие приводит к пластической деформации металла в нанообъемах и переводу в активное наноструктурированное состояние поверхностного слоя. При этом происходит интенсивное дробление зерен металла, увеличение плотности их границ, улучшаются условия для диффузии углерода вглубь поверхности (по вертикали) и внутрь зерен (по горизонтали).
При комплексном осуществлении предлагаемого технического решения (состав и способ его приготовления), Авторы используют эффект удаления из некоторых природных минералов связанной воды, которая, как известно, бывает конституционная, кристаллизационная, цеолитная и адсорбционная. Известно, что конституционная вода находится в кристаллической решетке минерала в виде ионов ОН1-, реже Н1+ и оксония Н3O1+. Также известно, что она переходит в молекулярное состояние лишь при разрушении структуры минерала, при нагревании, в результате чего выделение конституционной воды у каждого минерала происходит в определенном температурном интервале от 350°С до 900°С.
Кроме этого, авторами данного технического решения брался во внимание эффект удаления гидратной влаги, т.е. влаги, которая химически связана с минеральными примесями и образует кристаллогидраты типа Al2O32SiO2-2H2O, Fe2O3-2SiO2-2H2O, CaSO4-2H2O, MgSO4-2H2O и другие. Эта влага выделяется только при нагреве от температуры 600°С и выше, а летучие остатки гидратной влаги полностью удаляются только при температурной выдержке. С учетом этого экспериментальным путем установлено, что температурного интервала от 350-900°С, без временной выдержки, недостаточно для удаления летучих остатков гидратной влаги из продуктов дегидратации, которые включают, например, смесь оксидов: MgO, и/или SiO2, и/или Al2O3. Таким образом, Авторами установлено, что удаление летучих остатков гидратной влаги и получение безвозвратного состояния из продуктов дегидратации, которые включают совокупность оксидов MgO, и/или SiO2, и/или Al2O3, и/или СаО, и/или Fe2O3, и/или K2O, и/или Na2O, возможно при более высокой температуре, а именно от 900 до 1200°С.
Изобретательский уровень предлагаемого смазочного состава заключается в следующем.
Известные смазочные составы для обработки пар трения (патент США №6423669), которые включают оксиды металлов и неметаллов, которые в качестве указанных оксидов содержат продукты дегидратации гидратов с температурой удаления конституционной воды и разрушения кристаллической решетки в интервале 350°C-900°С, которые в устойчивой фазе содержат оксиды из ряда MgO, SiO2, Al2O3, CaO, Fe2O3, K2O, Na2O. При указанном температурном режиме (350°С-900°С) происходит удаление гидроскопической влаги и части воды, слабосвязанной в кристаллической решетке, а также удаление химически связанной воды в кристаллической решетке, кроме этого, возрастает огневая усадка, пористость и снижается плотность исходного материала, разрушаются ковалентные связи между слоями.
Однако предлагаемый температурный интервал способствует формированию образований (соединений), которые при попадании в среду, например смазку, за счет обратного отбора воды из окружающей среды образовывают прочные, не определенной \ хаотичной формы, образования, которые при эксплуатационных нагрузках работают как абразивы.
Например, согласно техническому решению «Присадки для добавления в топливо механизмов, применение присадки и процесс обработки рабочих частей механизмов» (патент Германии DE 102004058276 (WO 2006058768), предполагает, что «Присадки», которые включают силикатный железомагниевый гидроксид, предпочтительно серпентин (Mg6[Si4O10](OH)8) и/или тальк (Mg3[Si4O-io](OH)2), формируют металлокерамическое покрытие с температурной устойчивостью разрушения покрытия около 1600°С, т.е. фактически температурный режим формирования покрытия находится в этом же интервале: около 1600°С.
Однако недостатком предлагаемого технического решения является то, что материал («Присадка») для формирования металлокерамического покрытия, которая включает силикатный железомагниевый гидроксид, предпочтительно серпентин (Mg6[Si4O10](OH)8) и/или тальк (Mg3[Si4O-io](OH)2), фактически окончательную термическую обработку проходит непосредственно в узлах трения в процессе эксплуатации, что не дает возможность сформировать «стабильные частицы» распада (серпентин (Mg6[Si4O10](OH)8) и/или тальк (Mg3[Si4O-io](OH)2)), а формирование таких частиц происходит хаотично в процессе взаимодействия трущихся поверхностей, что в конечном счете приводит к образованию частиц (нанообразований), неконтролируемых по размеру, что приводит к образованию «задиров», царапин и других повреждений, показанных по адресу http://5koleso.ru/articles/1517.
Таким образом, согласно предлагаемому техническому решению смазочный состав, включающий продукты распада оксидов металлов и не металлов при температуре дегидратации 350-900°С и температуре безвозвратно-устойчивой стабилизации 900-1200°С, за счет разрушения ковалентных связей внутри слоя \ пластины исходного материала (продукта распада оксидов металлов и не металлов) и возникновения реакции муллитообразования, получено аморфные нанообразования или наноструктуры, например: аморфный силикат алюминия, которые из-за разрушенных внутрислоевых связей, не только переходят в устойчиво безвозвратное состояние, т.е. не способность производить отбор молекул воды из окружающей среды (масло, смазочный материал или другая среда), а кроме этого, в результате взаимодействия с трущимися поверхностями способны формироваться в новые нанообразования (формы качения), что приводит не только к уменьшению трения в зонах трения, а и восстановлению трущихся поверхностей или узлов трения в процессе их эксплуатации.
Полученные нанообразования имеют устойчивую аморфную гранатовидную форму, размер которой находится в диапазоне 100-100000 н.м, а формирование устойчивой формы этих нанообразований включает этап получения структурно-безвозвратной формы (этап устойчиво - безвозвратной стабилизации), включающий стабилизацию продукта дегидратации при температуре от 900 до 1200°С на протяжении 1-3 часов, при котором наноструктура ревитализанта стабилизируется в диапазоне от 100 до 100000 н.м., что является этапом получения устойчивой геометрической формы (формы качения), который происходит после подачи стабилизированного продукта дегидратации на трущуюся поверхность или в зону трения и который зависит от режима смазки или режима трения, при котором: h ≤ Ra ≤ размера стабилизированной наноструктуры ревитализанта, где h - толщина смазочного слоя или расстояние между трущимися поверхностями, Ra - шероховатость поверхности.
В основу технического решения также поставлена задача усовершенствования способа приготовления смазочного состава.
Известен «Состав для обработки пар трения и способ его получения» (патент США №6423669), согласно которому «Способ приготовления смазочного состава» включает подогрев гидратов оксидов металлов и неметаллов при температуре дегидратации в диапазоне от 350° до 900°С на время, достаточное для получения стабильного продукта дегидратации указанного гидрата оксида, и перемешивание указанного продукта со смазочной средой для производства смазочного состава, в котором указанные оксиды выбраны из группы, состоящей из MgO, SiO2, Al2O3, CaO, Fe2O3, K2O или Na2O.
Однако недостатком предлагаемого способа является температурный режим «подогрева гидратов оксидов металлов и неметаллов при температуре дегидратации в диапазоне от 350° до 900°С». По мнению авторов, технического решения, которое заявляется, предложенный температурный режим от 350° до 900°С при любом времени выдержки не приведет к получению образований, устойчивых к безвозвратному гидратному состоянию, что в конечном счете за счет обратного отбора воды из рабочей среды приведет к образованию прочных, не определенной и/или хаотичной формы образования (конгломератов), которые при эксплуатационных нагрузках в узлах или поверхностях трения работают как абразивы, т.е. выполняют обратный эффект и увеличивают износ поверхности трения и уменьшение межремонтного ресурса узлов трения.
Целью предлагаемого технического решения является улучшение способа приготовления смазочного состава, в результате осуществления которого будут получены триботехнические составы, способные не только временно уменьшить коэффициент трения и восстановить поврежденные или изношенные поверхности, но и поддерживать установленные технические характеристики на протяжении всего межремонтного ресурса.
Согласно техническому решению, которое заявляется, предлагаемый способ включает этап дегидратации гидратов оксидов металлов и/или не металлов при температуре от 300 до 900°С, этап перемешивания полученного продукта со смазочной средой, где указанные оксиды выбраны из групп, которые включают MgO, и/или SiO2, и/или Al2O3, и/или СаО, и/или Fe2O3, и/или K2O, и/или Na2O, в котором согласно изобретению способ дополнительно включает этап стабилизации продукта дегидратации или продукта распада, который выполняют после дегидратации или распада и который осуществляется путем проведения согласованной между собой температурной выдержки от 900 до 1200°С и временной выдержки от 1 часа до 3 часов, и при этом решается техническая задача получения смазочного состава, который способствует не только уменьшению нагрузок на трущихся поверхностях, а кроме этого, смазочный состав, полученный таким способом, способен выполнять функцию упрочнения трущихся поверхностей за счет пластической деформации металла в нанообъемах и перевод в активное наноструктурированное состояние поверхностного слоя, который упрочняется. При этом происходит интенсивное дробление зерен металла, увеличение плотности их границ, улучшаются условия для диффузии углерода вглубь поверхности (по вертикали) и внутрь зерен (по горизонтали).
Технический эффект предлагаемого способа основан на формировании устойчивой формы нанообразований смазочного состава, которые получены не только путем удаления конституционной воды, дегидратации гидратов из ряда MgO, и/или SiO2, и/или Al2O3, и/или СаО, и/или Fe2O3, и/или K2O, и/или Na2O при температурах 300-900°С, а также за счет температурной и временной выдержки продуктов распада и получения на их основе продукта разложения, т.е. устойчиво безвозвратной формы наноструктуры ревитализанта (смазочного состава), получение которой осуществляется не только за счет удаления конституционной воды при температуре 350-900°С, а за счет того, что полученный продукт дегидратации стабилизируют при температуре 900-1200°С, при этом твердость наночастиц составляет ~7-10 ед. по шкале Мооса.
Например установлено, что удаление конституционной воды путем дегидратации гидратов из ряда MgO, и/или SiO2, и/или Al2O3, и/или СаО, и/или Fe2O3, и/или K2O, и/или Na2O является не только сложным физико-химическим процессом, а кроме того является процессом не устойчивым и не однородным. Заявителями установлено, что температурный режим дегидратации при температуре 350-900°С и температурный режим стабилизации при температуре 900-1200°С для гидратов из ряда MgO, и/или SiO2, и/или Al2O3, и/или СаО, и/или Fe2O3, и/или K2O, и/или Na2O имеет переходный режим (период\состояние), который составляет примерно 700-900°С, или режим частичной стабилизации, который зачастую приводит к обратному эффекту, то есть полученные нанообразования не имеют устойчивую форму и размеры образуемых конгломератов могут превышать 100000 н.м., а при попадании таких образований в зону трения происходит не устойчивый триботехнический эффект, или так называемый «временный эффект».
С помощью использования, например, термогравиометрического метода исследования известно, что потеря веса при нагревании в некоторых гидратов из ряда MgO, и/или SiO2, и/или Al2O3, и/или СаО, и/или Fe2O3, и/или K2O, и/или Na2O, в температурном интервале от 300 до 700°С, составляет примерно 32-10 ΔH, мм, а существенно уменьшается, хотя также происходит при температуре более 700°С и составляет примерно 2-1 ΔН, мм, где ΔН, мм пропорциональное Δ Массы, и при этом носит стабильный характер.
В фактическом применении, частичная стабилизация нанообразований работает следующим образом. При применении смазочного состава, то есть при попадании не стабилизированной формы нанообразований в зону трения или на поверхность трения, можно получить эффект снижения коэффициента трения, который может занять некоторое время при стабильном и нормальном режиме эксплуатации, однако, когда на поверхность трения, временно, влияют превышенные или неравномерные нагрузки, а после этого снова поверхность трения эксплуатируется в обычном режиме, то достигнутое снижение коэффициента трения исчезает и происходит резкое повышение трения, что приводит к обратному эффекту.
Например, согласно техническому решению (патент Германии DE 102004058276 (WO 2006058768), формируют металлокерамическое покрытие с температурной устойчивостью разрушения покрытия около 1600°С, т.е. фактически температурный режим формирования покрытия находится в этом же интервале (около 1600°С).
Однако фактически термическое воздействие на частицы (серпентина (Mg6[Si4O10](OH)8) и/или тальк (Mg3[Si4O-io](OH)2)) происходит в хаотичном и бессистемном температурном и временном режиме, что в конечном счете приводит к образованию частиц (нанообразований), неконтролируемых по размеру, составу (структурной конструкции частицы), что влияет на их (частиц) микротвердость и неспособность стабильно участвовать в формировании покрытия на поверхности трения, что приводит к образованию «задиров», царапин и других повреждений, показанных по адресу http://5koleso.ru/articles/1517.
Таким образом, согласно предложенному техническому решению наночастицы ревитализанта, стабилизированные при температуре 700-1200°C, являются не только материалом для формирования поверхности в узлах трения, а кроме этого, выступают концентраторами давления.
В качестве сокращенного оригинального технического термина «Смазочный состав для восстановления узлов трения», Заявитель использует название - «ревитализант» (revitalizant), которое используется компанией ХАДО (Украина, г.Харьков) начиная с 1998 года, а процесс восстановления трущихся узлов или трущихся поверхностей, соответственно - «ревитализация» (revitalization). Техническое решение, которое заявляется, относится к смазочному составу («ревитализант» (revitalizant) и способу его получения, а также к формам его практического применения, а именно к процессу «ревитализация» (revitalization). По техническому смыслу или технической сущности «ревитализант» (revitalizant) и «ревитализация» (revitalization) - это состав, с помощью которого происходит активация или восстановление первоначальных технических параметров или свойств трущихся поверхностей или узлов и способ применения или использования данного состава с целью получения планируемого технического результата.
Давление частичек ревитализанта в местах контакта с поверхностью достигает высоких значений, поскольку его величина обратно пропорциональна квадрату размера частицы (2-2000 нм), т.е. в наноструктурированном состоянии ревитализант формирует особые Р, Т условия (Р - давление, Т - температура) для интенсивной диффузии атомов углерода внутрь поверхности. Эти условия определяют легкое образование карбидов из раствора углерода в железе (низкотемпературную карбидизацию). Такое взаимодействие возможно именно благодаря наноразмерности ревитализанта.
Далее приведены примеры использования смазочного состава и способа его получения, согласно изобретению, которое заявляется.
Пример получения и использования смазочного состава №1.
Смазочный состав №1 использован для обработки бензинового двигателя мощностью 85 kW автомобиля марки Mazda 626 2.0, выпуск 2001 год, при пробеге 181660 км, моторное масло вязкостью SAE 10W-40 по стандарту SAE J300 и уровнем эксплуатационных свойств АСЕА A3 по стандарту АСЕА.
Смазочный состав №1 включает:
- смазочною среду, состоящую из минерального масла, парафинового загустителя, полиизобутилена, красителя, отдушки;
- продукт дегидратации гидратов природных минералов или смеси природных минералов, или синтезированных гидратов, где продукт дегидратации включает оксиды MgO, и SiO2, и Al2O3, полученных после удаления конституционной воды и разрушения кристаллической решетки при температуре 750°C, устойчивая фаза продукта дегидратации достигается при помощи температурной выдержки при температуре около 1000°C в течение 120 мин, что обеспечивает получение зерна продукта разложения, в диапазоне 50000-60000 н.м.
Обработка двигателя проводилась в три этапа.
1 этап. В моторное масло двигателя вносился Смазочный состав №1. Далее автомобиль эксплуатировался в штатном режиме на протяжении 150 км пробега.
2 этап. В моторное масло двигателя вносился Смазочный состав №1. Далее автомобиль эксплуатировался в штатном режиме на протяжении 150 км пробега.
3 этап. В моторное масло двигателя вносился Смазочный состав №1. Далее автомобиль эксплуатировался в штатном режиме на протяжении 1200 км пробега.
Эффективность действия Смазочного состава №1 оценивалась путем сравнения параметров работы двигателя автомобиля до и после обработки: Токсичности отработавших газов, расхода топлива, мощности двигателя и компрессии.
1. Измерение токсичности отработавших газов (СО, НС, NOx, CO2) проводилось согласно 70/220/ ЕЭС i. d. F. 2006/96/ЕС Тип I.
Применение Смазочного состава №1 повлекло за собой позитивное изменение выбросов оксида углерода, диоксида углерода и углеводорода (Таблица 1). Изменение среднего значения с 1,250 г. СО/км до 1,051 г. СО/км соответствует снижению выброса окиси углерода на 15,92%. Изменение среднего значения с 173,247 г. CO2/км до 164,319 г. CO2/км соответствует снижению выброса диоксида углерода на 5,16%. Изменение среднего значения с 0,118 г. НС/км до 0.109 г. НС/км соответствует снижению выброса углеводорода на 7,63%. Уменьшение выброса оксида азота в рамках испытания не было выявлено.
Таблица 1
Сопоставление усредненных показателей токсичности до и после применения Смазочного состава №1
№
Показатель токсичности
Значение до обработки, г/км
Значение после обработки, г/км
1
Средняя величина CO
1,25
1,051
2
Средняя величина CO<sub>2</sub>
173
164
3
Средняя величина НС
0,118
0,109
4
Средняя величина NO<sub>x</sub>
0,084
0,087
2. Определение расхода топлива проводилось согласно 80/1268/ЕЭС i. d. F. 2004/3/ЕС. В результате использования Смазочного состава №1 было установлено уменьшение расхода топлива посредством сравнительного анализа. (Таблица 2). Изменение среднего значения с 7,351 л/100 км до 6,962 л/100 км соответствует снижению расхода топлива на 5,29%.
Таблица 2.
Сопоставление средних показателей расхода топлива до и после применения Смазочного состава №1
№
Показатель
Значение до обработки, л/100 км
Значение после обработки, л/100 км
1
Средняя величина расхода топлива
7,351
6,962
3. Измерение мощности двигателя проводилось согласно 80/1269/ ЕЭС i. d. F. 1999/99/ЕС. В результате использования Смазочного состава №1 было установлено повышение мощности двигателя (Таблица 3). Изменение мощности двигателя с 85,6 кВт до 87,9 кВт соответствует повышению на 2,68% или 2,3 кВт.
Таблица 3
Сопоставление средних показателей мощности двигателя до и после применения Смазочного состава №1.
№
Показатель
Значение до обработки
Значение после обработки
1
Мощность двигателя, кВт
85,6
87,9
4. Определение компрессии проводилось с помощью самопишущего прибора для определения компрессии. Применение Смазочного состава №1 повышает компрессию двигателя (Таблица 4). При исходных измерениях перед использованием Смазочного состава №1 наблюдалась неравномерная картина давления сжатия, отклонения на отдельных цилиндрах составляло до 2-х атм. После применения Смазочного состава №1 картина давления сжатия стала равномерной. Отклонения компрессии в отдельных цилиндрах между собой стали незначительными. К тому же было установлено значительное повышение давления сжатия в цилиндрах 2 и 3.
Таблица 4
Средние показатели компрессии в отдельных цилиндрах до и после применения Смазочного состава №1.
№ цилиндра
Значение компрессии до обработки, бар
Значение компрессии после обработки, бар
1
12,6
14,1
2
9,6
14,1
3
9,3
14,4
4
11,6
14,5
Оценка эффективности действия Смазочного состава №1 относительно следующих параметров: снижение токсичности отработавших газов (CO2, СО, НС), снижение расхода топлива, увеличение мощности двигателя, повышение компрессии, дала положительные результаты.
Пример получения и использования Смазочного состава №2.
Смазочный состав №2 использован для обработки бензинового двигателя мощностью 55 kW автомобиля марки ВАЗ 2121 1,6 (Нива), выпуск 1995 год, при пробеге 320467 км, пробег после капитального ремонта 12.336 км, моторное масло вязкостью SAE 15W-40 по стандарту SAE J300 и уровнем эксплуатационных свойств ССМС G4 по стандарту ССМС.
Смазочный состав №2 включает:
- смазочною среду, состоящую из минерального масла, парафинового загустителя, полиизобутилена, красителя, отдушки;
- продукт дегидратации гидратов природных минералов или смеси природных минералов, или синтезированных гидратов, где продукт дегидратации включает оксиды SiO2, и Al2O3, и CaO, полученных после удаления конституционной воды и разрушения кристаллической решетки при температуре 800°C, устойчивая фаза продукта дегидратации достигается при помощи температурной выдержки при температуре 1050°C в течение 150 мин, что обеспечивает получение зерна продукта разложения в диапазоне 70000-90000 н.м.
Обработка проводилась в три этапа.
1 этап. В моторное масло двигателя вносился Смазочный состав. Далее автомобиль эксплуатировался в штатном режиме на протяжении 240 км пробега.
2 этап. В моторное масло двигателя вносился Смазочный состав №2. Далее автомобиль эксплуатировался в штатном режиме на протяжении 270 км пробега.
3 этап. В моторное масло двигателя вносился Смазочный состав №2. Далее автомобиль эксплуатировался в штатном режиме на протяжении 2500 км пробега.
Эффективность действия Смазочного состава №2 оценивалась путем сравнения параметров работы двигателя автомобиля до и после обработки: расхода топлива, мощности двигателя и компрессии.
После применения Смазочного состава №2 повысилась мощность двигателя на 2,68%, снизился расход топлива на 5,29%, повысилась средняя компрессия по цилиндрам с 9,5 до 13 атм.
Оценка эффективности действия Смазочного состава №2 относительно следующих параметров: снижение расхода топлива, увеличение мощности двигателя, повышение компрессии дала положительные результаты.
Пример получения и использования Смазочного состава №3.
Смазочный состав №3 использован для обработки дизельного двигателя K6S310DR (производства ČKD NM, Чехия) мощностью 993 kW маневрового тепловоза ЧМЭ З №4042,1982 г. выпуска, моторное масло М14 В2 ГОСТ 12337-84.
Смазочный состав №3 включает
- смазочною среду, состоящую из минерального масла, парафинового загустителя, полиизобутилена, красителя, отдушки;
- продукт дегидратации гидратов природных минералов или смеси природных минералов, или синтезированных гидратов, где продукт дегидратации включает оксиды MgO, и SiO2, и Al2O3, и Fe2O3, полученных после удаления конституционной воды и разрушения кристаллической решетки при температуре 850°C, устойчивая фаза продукта дегидратации достигается при помощи температурной выдержки при температуре 1150°C в течение 170 мин, что обеспечивает получение зерна продукта разложения в диапазоне 60000-80000 нм.
Обработка проводилась в три этапа.
1 этап. В моторное масло двигателя вносился Смазочный состав №3. Далее тепловоз эксплуатировался в штатном режиме на протяжении 10 моточасов.
2 этап. В моторное масло двигателя вносился смазочный Состав №3. Далее тепловоз эксплуатировался в штатном режиме на протяжении 9 моточасов.
3 этап. В моторное масло двигателя вносился Смазочный состав №3. Далее тепловоз эксплуатировался в штатном режиме на протяжении 1600 моточасов.
Эффективность действия Смазочного состава №3 оценивалась путем сравнения параметров работы двигателя тепловоза до и после обработки: компрессии, давления сгорания, уровня вибрации (виброскорость и виброперемещение) в контрольных точках.
После применения Смазочного состава №3 повысилась мощность двигателя на 2,68%, снизился расход топлива на 5,29%, повысилась средняя компрессия по цилиндрам с 26,5 до 30 атм, повысилось среднее значение давления сгорания по цилиндрам с 33,5 до 38 атм, уровень вибраций в контрольных точках снизился от 18 до 56%.
Оценка эффективности действия Смазочного состава №3 относительно следующих параметров: повышения компрессии и давления сгорания, снижения уровня вибраций дала положительные результаты.
Пример получения и использования смазочного состава №4.
Смазочный состав №4 использован для обработки одноступенчатого реверсивного редуктора скипового подъемника 2ЦО-22, масло И-40а ГОСТ 20799, средний срок эксплуатации редуктора до замены составляет 4-5 мес.
Смазочный состав №4 включает:
- смазочною среду состоящую из минерального масла, парафинового загустителя, полиизобутилена, красителя, отдушки;
- продукт дегидратации гидратов природных минералов или смеси природных минералов, или синтезированных гидратов, где продукт дегидратации включает оксиды MgO, и SiO2, и Al2O3, и K2O, и Na2O, полученных после удаления конституционной воды и разрушения кристаллической решетки при температуре 600°C, устойчивая фаза продукта дегидратации достигается при помощи температурной выдержки при температуре около 1000°C в течение 80 мин, что обеспечивает получение зерна продукта разложения, в диапазоне 80000-95000 н.м.
Обработка проводилась в три этапа.
1 этап. В редукторное масло вносился Смазочный состав №4. Далее редуктор эксплуатировался в штатном режиме на протяжении 10 часов.
2 этап. В редукторное масло вносился Смазочный состав №4. Далее редуктор эксплуатировался в штатном режиме на протяжении 11 часов.
3 этап. В редукторное масло вносился Смазочный состав №4. Далее редуктор эксплуатировался в штатном режиме на протяжении 400 часов.
Эффективность действия Смазочного состава №4 оценивалась путем сравнения до и после обработки: срока службы до ремонта, состояния контактирующих поверхностей, размеров толщины зубьев шестерен и зубчатого колеса, потребляемой мощности при фиксированной нагрузке на выходном валу редуктора, уровня вибрации в подшипниковых опорах.
После применения Смазочного состава №4:
- уменьшилась неравномерность толщины зубьев до 0,2-0,3 мм.
- увеличилась толщина зубьев шестерен и колеса в местах наибольшего износа на 0,2-0,5 мм.
- частично устранены неглубокие повреждения на пятнах контакта;
- снизился уровень шума под нагрузкой;
- уменьшилась вибрация на подшипниковых опорах на 35-60%;
- снизилась потребляемая мощность на 11%;
- срок эксплуатации составил 15 мес.
Оценка эффективности действия Смазочного состава №4 относительно указанных параметров дала положительные результаты.
Пример получения и использования смазочного состава №5.
Смазочный состав №5 включает:
- смазочную среду: полужидкую пластичную смазку на литиевом загустителе с обозначением ISO-L-XCBFB 00 по требованиям ISO 6743;
- продукт дегидратации гидратов природных минералов или смеси природных минералов, или синтезированных гидратов, где продукт дегидратации включает оксиды MgO, и SiO2, и Al2O3, и CaO, и Fe2O3, и K2O, и Na2O, полученных после удаления конституционной воды и разрушения кристаллической решетки при температуре 750°C; устойчивая фаза продукта дегидратации достигается при помощи температурной выдержки при температуре около 1000°C в течение 120 мин, что обеспечивает получение зерна продукта разложения в диапазоне 50000-60000 н.м.
В испытаниях на машине трения оценены антифрикционные и противоизносные свойства Смазочного состава №5. Результаты испытаний приведены в Таблице 5. Методика испытаний приведена в Приложении.
Таблица 5
Антифрикционные и противоизносные свойства Смазочного состава №5
№
Показатель
Смазочная среда
Смазочный состав №5
1
Коэффициент трения
0,074
0,038
2
Средний диаметр пятна износа шариков, мм
0,18
0,08
Оценка эффективности действия Смазочного состава №5 показывает улучшение его антифрикционных и противоизносных свойств по отношению к смазочной среде.
Пример получения и использования смазочного состава №6.
Смазочный состав №6 включает:
- смазочную среду: полужидкую пластичную смазку на литиевом загустителе с обозначением ISO-L-XCBFB 00 по требованиям ISO 6743;
- продукт дегидратации гидратов природных минералов или смеси природных минералов, или синтезированных гидратов, где продукт дегидратации включает оксиды MgO и SiO2 и CaO, полученных после удаления конституционной воды и разрушения кристаллической решетки при температуре 750°C; устойчивая фаза продукта дегидратации достигается при помощи температурной выдержки при температуре около 1000°C в течение 120 мин, что обеспечивает получение зерна продукта разложения, в диапазоне 50000-60000 н.м.
В испытаниях на машине трения оценены антифрикционные и противоизносные свойства Смазочного состава №6. Результаты испытаний приведены в Таблице 6. Методика испытаний приведена в Приложении.
Таблица 6
Антифрикционные и противоизносные свойства Смазочного состава №6
№
Показатель
Смазочная среда
Смазочный состав №6
1
Коэффициент трения
0,074
0,005
2
Средний диаметр пятна износа шариков, мм
0,18
0,16
Оценка эффективности действия Смазочного состава №6 показывает улучшение его антифрикционных и противоизносных свойств по отношению к смазочной среде.
Пример получения и использования смазочного состава №7.
Смазочный состав №7 включает:
- смазочную среду: полужидкую пластичную смазку на литиевом загустителе с обозначением ISO-L-XCBFB 00 по требованиям ISO 6743;
- продукт дегидратации гидратов природных минералов или смеси природных минералов, или синтезированных гидратов, где продукт дегидратации включает оксиды MgO, и Al2O3, и Fe2O3, полученных после удаления конституционной воды и разрушения кристаллической решетки при температуре 750°C; устойчивая фаза продукта дегидратации достигается при помощи температурной выдержки при температуре около 1000°C в течение 120 мин, что обеспечивает получение зерна продукта разложения, в диапазоне 50000-60000 н.м.
В испытаниях на машине трения оценены антифрикционные и противоизносные свойства Смазочного состава №7. Результаты испытаний приведены в Таблице 7. Методика испытаний приведена в Приложении.
Таблица 7
Антифрикционные и противоизносные свойства Смазочного состава №7
№
Показатель
Смазочная среда
Смазочный состав №7
1
Коэффициент трения
0,074
0,017
2
Средний диаметр пятна износа шариков, мм
0,18
0,16
Оценка эффективности действия Смазочного состава №7 показывает улучшение его антифрикционных и противоизносных свойств по отношению к смазочной среде.
Пример получения и использования смазочного состава №8.
Смазочный состав №8 включает:
- смазочную среду: полужидкую пластичную смазку на литиевом загустителе с обозначением ISO-L-XCBFB 00 по требованиям ISO 6743;
- продукт дегидратации гидратов природных минералов или смеси природных минералов, или синтезированных гидратов, где продукт дегидратации включает оксиды MgO, и K2O, и Na2O, полученных после удаления конституционной воды и разрушения кристаллической решетки при температуре 750°C; устойчивая фаза продукта дегидратации достигается при помощи температурной выдержки при температуре около 1000°C в течение 120 мин, что обеспечивает получение зерна продукта разложения, в диапазоне 50000-60000 н.м.
В испытаниях на машине трения оценены антифрикционные и противоизносные свойства Смазочного состава №8. Результаты испытаний приведены в Таблице 8. Методика испытаний приведена в Приложении.
Таблица 8
Антифрикционные и противоизносные свойства Смазочного состава №8
№
Показатель
Смазочная среда
Смазочный состав №8
1
Коэффициент трения
0,074
0,007
2
Средний диаметр пятна износа шариков, мм.
0,18
0,08
Оценка эффективности действия Смазочного состава №8 показывает улучшение его антифрикционных и противоизносных свойств по отношению к смазочной среде.
Пример получения и использования смазочного состава №9.
Смазочный состав №9 включает:
- смазочную среду: полужидкую пластичную смазку на литиевом загустителе с обозначением ISO-L-XCBFB 00 по требованиям ISO 6743;
- продукт дегидратации гидратов природных минералов или смеси природных минералов, или синтезированных гидратов, где продукт дегидратации включает оксиды SiO2, и Al2O3, и K2O, полученных после удаления конституционной воды и разрушения кристаллической решетки при температуре 750°C; устойчивая фаза продукта дегидратации достигается при помощи температурной выдержки при температуре около 1000°C в течение 120 мин, что обеспечивает получение зерна продукта разложения, в диапазоне 50000-60000 н.м.
В испытаниях на машине трения оценены антифрикционные и противоизносные свойства Смазочного состава №9. Результаты испытаний приведены в Таблице 9. Методика испытаний приведена в Приложении.
Таблица 9
Антифрикционные и противоизносные свойства Смазочного состава №9
№
Показатель
Смазочная среда
Смазочный состав №9
1
Коэффициент трения
0,074
0,044
2
Средний диаметр пятна износа шариков, мм
0,18
0,14
Оценка эффективности действия Смазочного состава №9 показывает улучшение его антифрикционных и противоизносных свойств по отношению к смазочной среде.
Пример получения и использования смазочного состава №10.
Смазочный состав №10 включает:
- смазочную среду: полужидкую пластичную смазку на литиевом загустителе с обозначением ISO-L-XCBFB 00 по требованиям ISO 6743;
- продукт дегидратации гидратов природных минералов или смеси природных минералов, или синтезированных гидратов, где продукт дегидратации включает оксиды SiO2, и Fe2O3, и Na2O, полученных после удаления конституционной воды и разрушения кристаллической решетки при температуре 750°C; устойчивая фаза продукта дегидратации достигается при помощи температурной выдержки при температуре около 1000°C в течение 120 мин, что обеспечивает получение зерна продукта разложения, в диапазоне 50000-60000 н.м.
В испытаниях на машине трения оценены антифрикционные и противоизносные свойства Смазочного состава №10. Результаты испытаний приведены в Таблице 10. Методика испытаний приведена в Приложении.
Таблица 10
Антифрикционные и противоизносные свойства Смазочного состава №10
№
Показатель
Смазочная среда
Смазочный состав №10
1
Коэффициент трения
0,074
0,013
2
Средний диаметр пятна износа шариков, мм
0,18
0,15
Оценка эффективности действия Смазочного состава №10 показывает улучшение его антифрикционных и противоизносных свойств по отношению к смазочной среде.
Пример получения и использования смазочного состава №11.
Смазочный состав №11 включает:
- смазочную среду: полужидкую пластичную смазку на литиевом загустителе с обозначением ISO-L-XCBFB 00 по требованиям ISO 6743;
- продукт дегидратации гидратов природных минералов или смеси природных минералов, или синтезированных гидратов, где продукт дегидратации включает оксиды Al2O3, и СаО, и Na2O, полученных после удаления конституционной воды и разрушения кристаллической решетки при температуре 750°C; устойчивая фаза продукта дегидратации достигается при помощи температурной выдержки при температуре около 1000°C в течение 120 мин, что обеспечивает получение зерна продукта разложения, в диапазоне-60000 н.м.
В испытаниях на машине трения оценены антифрикционные и противоизносные свойства Смазочного состава №11. Результаты испытаний приведены в Таблице 11. Методика испытаний приведена в Приложении.
Таблица 11
Антифрикционные и противоизносные свойства Смазочного состава №11
№
Показатель
Смазочная среда
Смазочный состав №11
1
Коэффициент трения
0,074
0,056
2
Средний диаметр пятна износа шариков, мм
0,18
0,10
Оценка эффективности действия Смазочного состава №11 показывает улучшение его антифрикционных и противоизносных свойств по отношению к смазочной среде.
Пример получения и использования смазочного состава №12.
Смазочный состав №12 включает:
- смазочную среду: полужидкую пластичную смазку на литиевом загустителе с обозначением ISO-L-XCBFB 00 по требованиям ISO 6743;
- продукт дегидратации гидратов природных минералов или смеси природных минералов, или синтезированных гидратов, где продукт дегидратации включает оксиды CaO, и Fe2O3, и K2O, полученных после удаления конституционной воды и разрушения кристаллической решетки при температуре 750°C; устойчивая фаза продукта дегидратации достигается при помощи температурной выдержки при температуре около 1000°C в течение 120 мин, что обеспечивает получение зерна продукта разложения, в диапазоне 50000-60000 н.м.
В испытаниях на машине трения оценены антифрикционные и противоизносные свойства Смазочного состава №12. Результаты испытаний приведены в Таблице 12. Методика испытаний приведена в Приложении.
Таблица 12
Антифрикционные и противоизносные свойства Смазочного состава №12
№
Показатель
Смазочная среда
Смазочный состав №12
1
Коэффициент трения
0,074
0,056
2
Средний диаметр пятна износа шариков, мм
0,18
0,10
Оценка эффективности действия Смазочного состава №12 показывает улучшение его антифрикционных и противоизносных свойств по отношению к смазочной среде.
Методика испытаний антифрикционных и противоизносных свойств смазочных составов №№5-12.
В изобретении заявлен смазочный состав и способ его получения. В нем компонентами с формулировкой «и/или» являются оксиды металлов ряда MgO, SiO2, Al2O3, CaO, Fe2O3, K2O, Na2O. Всего возможно 128(-1) различных комбинаций компонентов в формуле состава по критерию наличия или отсутствия того или иного оксида. Методы дисперсионного анализа позволяют корректно сократить количество таких комбинаций оксидов металла для представления в изобретении примеров получения и использования смазочного состава.
В соответствии с методами дисперсионного анализа, в качестве входных факторов при планировании многофакторного эксперимента, принимаем каждый из указанных оксидов металла, с двумя уровнями варьирования, которые соответствуют его наличию или отсутствию в смазочном составе. Таким образом, имеем семифакторный план (по числу указанных оксидов металла) с двумя уровнями варьирования.
Дробный план 2**(7-4) для семи факторов, каждый из которых изменяется на двух уровнях, кодируемых +1 и -1, представлен в Таблице П-1
Таблица П-1
Номер смазочного состава
MgO
SiO2
Al2O3
CaO
Fe2O3
K2O
Na2O
5
+1
+1
+1
+1
+1
+1
+1
6
+1
+1
-1
+1
-1
-1
-1
7
+1
-1
+1
-1
+1
-1
-1
8
+1
-1
-1
-1
-1
+1
+1
9
-1
+1
+1
-1
-1
+1
-1
10
-1
+1
-1
-1
+1
-1
+1
11
-1
-1
+1
+1
-1
-1
+1
12
-1
-1
-1
+1
+1
+1
-1
Композиция оксидов, используемых в примерах получения и использования смазочных составов №№5-12 в соответствии с этим планом, представлена в Таблице П-2
Таблица П-2
Номер смазочного состава
Композиция оксидов в смазочном составе
5
MgO, SiO2, Al2O3, CaO, Fe2O3, K2O, Na2O
6
MgO, SiO2, CaO
7
MgO, Al2O3, Fe2O3
8
MgO, K2O, Na2O
9
SiO2, Al2O3, K2O
10
SiO2, Fe2O3, Na2O
11
Al2O3, CaO, Na2O
12
CaO, Fe2O3, K2O
В качестве выходных факторов (функций отклика) используем триботехнические характеристики каждого смазочного состава. Такими характеристиками яявляются антифрикционные и противоизносные свойства смазывающего состава, оцениваемые соответственно показателями коэффициента трения и износа тестового сопряжения.
Для каждого смазочного состава с соответствующей композицией оксидов, приведенных в Таблице П-2, проводим эксперимент по оценке его эффективности действия.
Эффективность действия смазочного состава оценивается путем сравнения триботехнических характеристик смазочной среды, используемой в смазочном материале с триботехническими характеристиками самого смазочного материала. Критерием эффективности является: не уменьшение антифрикционных и противоизносных характеристик смазочного материала по отношению к антифрикционным и противоизносным характеристикам смазочной среды.
Испытания каждого смазочного состава и смазочной среды проводились на машине трения. Машина трения реализует схему сопряжения: вращающаяся обойма шарикового упорного подшипника 8202 (ГОСТ 520-89.) - три неподвижных шара этого подшипника диаметром 5,55 мм, закрепленные в обойме относительно друг друга под углом 120°.
При проведении всех испытаний внешние условия оставались неизменными:
- частота вращения 1000 об/мин;
- осевая нагрузка на неподвижные шары 500 Н;
- время испытаний 60 мин.
В испытаниях смазочные составы (смазочный материал) подавался непосредственно в зону трения шарик-обойма.
В испытаниях, после временной стабилизации, регистрировался момент трения с пересчетом в показатель антифрикцинных свойств - коэффициент трения.
По окончании испытания определялся износ неподвижных шариков как среднее арифметическое диаметров пятна износа всех шариков в направлении скольжения и перпендикулярном ему. Эта величина использовалась в качестве показателя противоизносных свойств.
При проведении каждого испытания использовалась новая обойма подшипника и новые шары.
В первой серии испытаний в соответствии с указанными условиями определены триботехнические характеристики смазочного материала (полужидкой пластичной смазки). Они составили:
- коэффициент трения 0,074
- средний диаметр пятна износа шариков, мм 0,18
В последующих сериях испытаний определялись такие же триботехнические характеристики для каждого из смазочных составов №№5-12.
Результаты испытаний смазочных составов №№5-12 показали, что каждый из них показал улучшение триботехнических свойств. Это позволяет сделать вывод, что использование всех возможных комбинаций оксидов металлов (MgO, SiO2, Al2O3, СаО, Fe2O3, K2O, Na2O) при получении смазочных составов дает положительный эффект.
В основе смазочной композиции, полученной с помощью предлагаемого способа, находится наноструктура ревитализанта, которая получена из продуктов дегидратации природных и/или синтезированных гидратов и/или их смесей, при температурах удаления конституционной воды, температурах частичной стабилизации продукта дегидратации и температурах устойчиво-безвозвратной стабилизации, находящихся в интервале 300-1200°С, которая в стабильном состоянии содержит оксиды из ряда MgO, и/или SiO2, и/или Al2O3, и/или СаО, и/или Fe2O3, и/или K2O, и/или Na2O, включающая нанозерно и связующую фазу, при этом нанообразования имеют аморфную гранатовидную форму, размер которой находится в диапазоне 100-100000 н.м. при размере нанозерна, в диапазоне 2-2000 н.м., а получение устойчивой формы нанообразований ревитализанта включает процесс дегидратации (частичной или неустойчивой стабилизации) природных и/или синтезированных гидратов и/или их смесей, при температурах удаления конституционной воды не выше 900°С, процесс усточиво-безвозвратной стабилизации полученного продукта дегидратации при температурах от 900 до 1200°С на протяжении 1-3 часов, перемешивание полученного продукта со смазочной средой, где указанные оксиды выбраны из групп, которые включают MgO, и/или SiO2, и/или Al2O3, и/или СаО, и/или Fe2O3, и/или K2O, и/или Na2O, подачу приготовленной смеси на трущуюся поверхность в зону трения, при этом устойчивая форма наноструктуры ревитализанта, размер которой находится в диапазоне от 100 до 100000 н.м. что позволяет перейти в устойчивою форму качения в зависимости от удельного давления на трущейся поверхности и температуры в зоне трения, при этом время перехода в устойчивою форму качения нанообразований ревитализанта зависит от шероховатости обрабатываемой поверхности и степени износа узла трения.
Технический эффект предлагаемого технического решения заключается в том, что при взаимодействия смазочного состава ревитализанта с поверхностью трения или поверхностью восстановления происходит насыщение поверхностного слоя этих поверхностей углеродом с последующим образованием карбидов, вследствие чего происходит поверхностное упрочнение наноструктурами ревитализанта, в процессе которого, кроме цементации (карбидизации) поверхности, происходит также наноразмерное явление, которое заключается в следующем.
Особенностью этого упрочнения является образование знакопостоянных по глубине модифицированного слоя сжимающих напряжений. Традиционное поверхностно-пластическое деформирование деталей проводят с использованием дроби, стальных шариков, обкатки роликами и т.п. Такое механическое упрочнение создает остаточные сжимающие (положительные) напряжения в поверхностном слое деталей, повышающие предел усталостной прочности, повышается твердость поверхности, уменьшается ее шероховатость, устраняются микродефекты поверхности.
Предлагаемый по данному техническому решению смазочный состав и способ его получения являются частью «ХАДО-технологии», которую использует компания «ХАДО» (г.Харьков, Украина).
Технологический цикл «ХАДО-технологии» состоит из нескольких восстановительных этапов, в результате применения которых наноразмерные частицы смазочного состава ревитализанта (которые не являются в данном случае абразивом) выступают в роли деформационно-упрочняющих элементов. Образование значительных сжимающих напряжений в поверхностном слое подтверждается данными рентгеновской тензометрии (sin2ψ - метод). Причем эффекты поверхностного упрочнения при использовании смазочного состава ревитализанта переходят на наноуровень. Таким образом, сжимающие напряжения, которые можно получить только «дробовой» обработкой, в нашем случае происходит за счет «нанодроби», которая не является абразивом и присутствует в смазочном веществе на протяжении всего периода ревитализации. Взаимодействие частицы смазочного состава ревитализанта под действием Р, Т фактора (высоких удельных давлений и температуры) деформирует поверхность детали. При этом происходит ее упрочнение и выглаживание, снижение шероховатости до наноразмерного уровня.
Практическое использование смазочного состава и способа его изготовления заключается в следующем. Наноструктура ревитализанта и продукция с его использованием модифицирует (изменяет) структуру трущихся поверхностей деталей механизмов и машин, что ведет к их восстановлению, защите от износа, увеличению ресурса и снижению потерь на трение.
По мнению авторов, основными техническими свойствами смазочного состава, являются:
- упрочнение поверхности трения;
- снижение шероховатость;
- образование структурированного покрытия;
- снижение коэффициента трения;
- перевод пар трения в квазибезизносное состояние
Основными технологическими преимуществами применения смазочного состава ревитализанта является: безразборный ремонт восстанавливаемой техники, увеличение ресурса трущихся поверхностей, длительное поддержание технических параметров (прочность, шероховатость) поверхностей трения, снижение энергозатрат при проведении технологического цикла восстановления.
ХАДО-технология с использованием смазочного состава, который заявляется, является лидеров среди технологий безразборного ремонта. Восстановление изношенных деталей машин и механизмов происходит непосредственно в режиме их штатной эксплуатации. Ремонт техники по ХАДО-технологии сводится к добавлению ревитализанта в масло (смазочную среду или рабочую жидкость механизма).
Использование ХАДО-технологии как технологии безразборного ремонта для двигателя легкового автомобиля показывает как минимум пятикратное снижение стоимости ремонта и фактически нулевую по времени его продолжительность.
Модифицированный поверхностный слой деталей после применения ХАДО-технологии переходит в дальнейшей эксплуатации в квазибезизносное состояние. Практика применения ревитализантов показывает, что ресурс механизма увеличивается в среднем в 2-4 раза.
Так, ресурс до капитального ремонта автомобилей семейства ВАЗ определяемый заводом изготовителем составляет в зависимости от модели автомобиля 90-120 тыс.км. пробега. Практика применения ХАДО-технологии на этих автомобилях показывает, что в зависимости от условий эксплуатации, их ресурс увеличивается в 2-4 раза и может составлять до 500 тыс.км.
Снижение потерь на трение, обусловленных взаимным перемещением деталей при граничной и смешанной смазке, после применения ревитализанта составляет существенную величину и в лабораторных исследованиях достигает 10 раз.
Изменение происходит за счет выглаживания поверхностей (снижения шероховатости) и действия частиц ревитализанта в качестве тел качения.
Модифицированные поверхности при использовании смазочного состава и способа его получения в ХАДО-технологии очень гладкие, они приобретают вид зеркальной поверхности. Модифицированные поверхности обладают очень низкой шероховатостью (показатели наношероховатости Ra не более 60 нм).
В соответствии с предлагаемым техническим решением частицы ревитализанта на конечной стадии модификации поверхности выступают в роли тел качения и на порядок снижают коэффициент трения.
Если смазочный состав ревитализанта применяется на автомобиле с небольшим износом, то средние показатели экономии топлива составляют на рабочем ходу до 2-3%, на холостом режиме 20-30%. Если ревитализант применяется на автомобиле со значительным пробегом, то значения экономии топлива выше за счет устранения потерь, связанных с износом цилиндропоршневой группы (снижения КПД двигателя).
Средний максимальный процент экономии энергоносителей при использовании смазочного состава и способа его получения в ХАДО-технологии в промышленности составляет 6-12%.
К другим важным преимуществам ХАДО-технологии можно отнести универсальность ее применения для различных машин и механизмов, а так же экологическую рациональность.
Универсальность применения обусловлена, прежде всего, возможностью использования смазочного состава и способа его получения в ХАДО-технологии для любых металлических сопряжений из черных и цветных деталей независимо от их сочетания, смазываемых смазочным материалом (маслом, смазкой, гидравлической жидкостью, топливом и др.). Таким образом, применение ревитализантов возможно и в настоящее время осуществляется во всех отраслях техники: транспорте (автомобильный, железнодорожный, морской и т.д.), промышленности (компрессоры, двигатели, редукторы, гидросистемы и др.), бытовом оборудовании и т.д.
Экологическая рациональность смазочного состава и способа его получения в ХАДО-технологии проявляется не только в энергосбережении, а и в снижении токсичности отработавших газов при применении в двигателях внутреннего сгорания. В изношенном двигателе устраняются образовавшиеся внутренние зазоры, он восстанавливает свои параметры компрессии, мощности, токсичности отработавших газов до заводских показателей.
Несомненными аргументами в пользу ХАДО-технологии являются простота, легкость применения и быстрый объективируемый эффект. Следует также отметить, что ХАДО-технология является по своей сути такой, которая не может навредить механизму. За счет самоорганизации явления ревитализации формирование модифицированного покрытия происходит такой величины и структуры, при котором дальнейшие потери на трение минимальны, а ресурс механизма, обусловленный износом, максимальный.
Кроме этого, у ХАДО-технологии есть сферы применения, где использование других методов восстановления и увеличения ресурса принципиально невозможно.
Это, прежде всего, специальная техника, - стволы огнестрельного оружия (автоматическое оружие, пулеметы, пушки). В настоящее время отсутствуют методы восстановления внутренней поверхности канала ствола. Использование смазочного состава ревитализанта позволяет не только восстановить параметры кучности, настильности, максимальной убойной силы для изношенного ствола оружия, но и повысить класс нового оружия.
Так же областью применения смазочного состава и способа его получения в ХАДО-технологии является топливная аппаратура дизельных двигателей, которая как правило, является самой дорогостоящей частью дизельного двигателя в которой используются прецизионные пары трения. По мнению Авторов, предлагаемого технического решения применение состава ревитализанта, способно восстановить плунжерную пару насосов высокого давления. Смазочный состав ревитализанта добавляется в топливо, и, проходя через топливный насос при работе двигателя, восстанавливает высокоточные пары трения.
Есть и другие механизмы, которые вообще не ремонтируются, а подлежат замене при износе. Например, шарниры равных угловых скоростей автомобиля, подшипники. Замена штатной смазки в таких механизмах на смазку с ревитализантом позволяет восстановить и даже повысить их класс во время эксплуатации и увеличить их ресурс более чем в полтора раза.
Таким образом, использование смазочного состава и способа его получения в ХАДО-технологии обладает рядом неоспоримых конкурентных преимуществ, важнейшими из которых являются: безразборный ремонт и восстановление узлов и механизмов, увеличение их ресурса, экономии энергоносителей.
Как видно из описания предлагаемого технического решения, смазочный состав на основе наноструктуры ревитализанта и способ получения этого смазочного состава являются новыми, имеют изобретательский уровень и являются промышленно применимым.