Смазочно-упрочняющая композиция

 

Изобретение относится к получению антифрикционных композиций для различных пар трения на основе комплексных соединений металлов и высокополимерного связующего и может быть использовано в нефтехимической, транспортной, добывающей, строительной, судо- и машиностроительной промышленности, а также в других областях производства, в которых присутствуют любые пары трения. Для придания поверхности металла специфических свойств путем нанесения покрытия, обладающего одновременно антифрикционным и упрочняющим эффектом, предложена композиция, состоящая из смеси комплексонатов Sn, Cu, Fe, Со, Ni, Мо, Cd и нитрилуксусной или тетрааминоуксусной кислот, или их натриевых солей (10-250 м. ч. ) с диоктилсебацинатом (10-150 м.ч.), триэтаноламином (10-150 м.ч.) и ароматическими спиртами общей формулы (С₆Н₄)_х(ОН)_y, х = 1-2, у = 2,3 (5-150 м. ч.) и олигомерными спиртами (остальное), являющимися продуктами конденсации оксипропилена и эпихлоргидрина с многоатомными спиртами, например диэтиленгликолем и глицерином. 2 табл.

Предлагаемое изобретение относится к области получения смазочно-упрочняющих композиций для различных трущихся поверхностей и может быть использовано в химической, транспортной, машиностроительной, нефтедобывающей, горнорудной, судостроительной, строительной и других областях промышленности.

Известен антифрикционный материал, который формируется на эластомерном материале путем адсорбции тетрафторэтилена или смесей сополимеризующихся мономеров, содержащих тетрафторэтилен, с образованием слоя гомо- или сополимеров тетрафторэтилена на поверхности эластомерного материала (Япония N 60-9050 с приоритетом 77.09.02 N 52-104753 публ. 85.03.07 N 3-227). Известны антифрикционные материалы, в которых улучшение триботехнических свойств (снижение коэффициента трения) достигается путем применения в составе политетрафторэтилена в сочетании с другими добавками, например с сульфидом меди (до 52%) (США N 3847826, публ. 74.11.12. t. 928, N 2) или с фенолоформальдегидными или поливинилбутиральными смолами, асбестовым волокном и с дисульфидом молибдена (Великобритания N 1416443, публ. 75.01.03 N 4523). Известен состав антифрикционного материала, состоящий из тонко измельченного тетрафторэтилена в смеси с гексафторпропиленом и одного или нескольких соединений типа: ZrO₂, SiS, Si₃N₄, Al₂O₃, C (США N 3879301, публ. 75.04.22. т.933, N 4).

Однако все эти составы (1-4), основанные на политетрафторэтилене, придающем композициях хорошие антифрикционные свойства (в патентах значения коэффициента трения не указаны), наносятся на обрабатываемые поверхности методом высокотемпературного напыления из расплава, что является серьезным препятствием для их использования во многих областях техники вследствие возникающих технологических трудностей применения и нанесения. Кроме того, наблюдается также неудовлетворительная стойкость к износу основного связующего (политетрафторэтилена), а также его низкая адгезия к большинству конструкционных материалов.

Известна также антифрикционная композиция, состоящая из фторуглеводородной смолы, диспергированной в связующем, состоящем из смеси полиацеталя, фенольной смолы, эпоксидной смолы и содержащая в качестве компонентов, обеспечивающих снижение коэффициента скольжения, смазочный порошок (техуглерод, графит и т.д.) (Япония N 60-72952, публ. 85.08.22 N C-299). Эта композиция наносится методом полимеризации. Недостатком ее является пониженная теплостойкость, что является весьма важным свойством, так как при сухом трении на поверхности скольжения развиваются относительно высокие температуры, приводящие к износу поверхности или заклиниванию. Известна также антифрикционная композиция, содержащая политетрафторэтилен (фторопласт 4), порошки меди и свинца. Однако она предназначена только для определенных пар трения и не обеспечивает достаточно высокой износостойкости трущихся поверхностей (А.с. 667583 от 19.12.77). Известна также смазка на основе кремнийорганической жидкости и металлического порошка золота и серебра, однако эта композиция слишком дорога и, следовательно, сама смазка имеет ограниченные специфическое области применения (А.с. 255465 от 31.05.68). Близкой по решаемой задаче является сварочная композиция, имеющая в своем составе алкиловый эфир молочной кислоты, модифицированной поли-N-эпоксидпропилкарбазолом (А.с. 3704272 от 21.12.83).

Ближайшим аналогом заявляемой композиции (прототипом) по технической сущности, а именно по использованию компонентов, обеспечивающих низкий коэффициент трения, является композиция, состоящая из эпоксидной смолы, наполненной окислами металла, такими как PbO₂, SnO₂, CuO₂, ZnO, MgO и другие (Япония N 60-72952, публ. 85.08.22, N С-29).

Недостатком прототипа является хрупкость состава после отверждения, особенно при низких температурах (ниже -5^oC), что нарушает однородность покрытия, и неоднородность состава, так как окислы металлов нерастворимы в эпоксидной смоле, что приводит в некоторых случаях к седиментации, приводящей к плохой воспроизводимости результатов. Кроме того, составы на эпоксидных смолах, как правило, плохо смешиваются с большинством штатных смазочных материалов, что не позволяет их использовать в качестве присадок к смазочным маслам.

Создание материалов для покрытий поверхности изделий, предназначенных для работы в экстремальных условиях (высокая температура, агрессивная среда) при наличии трения, вызывающего повышенный износ поверхности пар трения, а следовательно снижение их эксплуатационных характеристик и срока службы, является актуальной проблемой для многих областей техники.

Задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, состоит в разработке антифрикционного материала для покрытия, обладающего низким коэффициентом трения, стойкостью к агрессивным средам и теплостойкостью, способного защищать поверхность от износа в широком температурном диапазоне, и обладающего в качестве специфического свойства способностью одновременно упрочнять поверхность (в том числе поверхность металла и их сплавов), а также ликвидировать дефекты поверхности.

Сущность изобретения состоит в том, что в смазочно-упрочняющей композиции, включающей основу и наполнитель, предложено в качестве основы использовать смесь полиоксихлоргидринглицерина или полиоксихлоргидриндиэтиленгликоля с полиоксипропиленглицерином или полиоксипропилендиэтиленгликолем, либо смесь всех вышеперечисленных компонентов, в качестве наполнителя - диоктилсебацинат и дополнительно триэтаноламин, ароматические спирты (C₆H₄)_x(OH)_y, где x=1-2, y=2-3/ и смесь комплексонатов металлов переменной валентности, выбранных из группы, включающей олово, медь, железо, кобальт, никель, молибден, кадмий, и нитрилуксусной или тетрааминоуксусной кислот или их натриевых солей при следующем соотношении компонентов, в мас.ч: Полиоксихлоргидринглицерин или полиоксихлоргидриндиэтиленгликоль - 50-300 Полиоксипропиленглицерин или полиоксипропилендиэтиленгликоль - 50-200 Диоктилсебацинат - 10-150 Триэтаноламин - 10-150 Вышеуказанные ароматические спирты - 5-150 Вышеуказанные комплексонаты металлов - 10-250 Композицию изготовляют путем смешения компонентов в смесителях планетарного или шнекового типа до получения однородной пасты. При получении комплексонатов металлов переменной валентности в качестве комплексонов используются нитрилуксусная или тетрааминоуксусная кислота (или ее натриевая соль).

Механизм действия смазочно-упрочняющей композиции заключается в параллельно протекающих процессах химической очистки поверхности металлов или сплавов от продуктов коррозии и восстановлении и упрочнении поверхности за счет окислительно-восстановительных, электрохимических и диффузионных процессов, протекающих при взаимодействии композиционных составов с металлической поверхностью (при нанесении композиции на органические или другие неметаллические конструкционные материалы упрочнение поверхности достигается за счет химических реакций, приводящих к повышению прочности). Одновременное уменьшение коэффициента трения до минимальных значений (менее 0,01) происходит за счет образования промежуточного слоя сложного химического состава, одновременно уменьшающего дальнейший износ поверхности и предотвращающего коррозию металлов, что увеличивает срок службы изделий и механизмов в несколько раз.

Предлагаемая смазочно-упрочняющая композиция может применяться как самостоятельный смазочно-восстановительный состав, так и путем его добавки от 0,5 до 50% в традиционно используемые смазочные масла для улучшения их триботехнических свойств, а также для восстановления и упрочнения изношенных поверхностей.

Исследование триботехнических свойств предлагаемой антифрикционно-упрочняющей композиции проводили на четырехшариковой машине трения с одновременным замером температуры в зоне трения. В таблице 2 приведены результаты испытаний для некоторых композиций, иллюстрирующие эффективность предлагаемого изобретения. Испытывались 1%-ные растворы составов в маслах ЦИАТИМ-201 и ЛИТОЛ-24.

Пример N 1. 1,0 грамм состава N 1 вводят в 100 грамм масла ЦИАТИМ-201 и перемешивают в течении 15 минут. Затем смесь подвергается испытанию.

Пример N 2 - N 5, образцы готовились аналогичным образом. Составы N 1 - N 5, взятые для испытания, приведены в таблице 1.

Как видно из приведенных данных, все испытанные композиции характеризуются высокими триботехническими свойствами, что подтвердили также натурные испытания на реальных объектах, имеет место существенное снижение температуры в зоне трения в присутствии предлагаемых композиционных материалов и практическое прекращение износа трущихся поверхностей.

Увеличение ресурса службы реальных механизмов при введении предлагаемых смазочно-упрочняющих композиций подтверждено натурными испытаниями, проведенными в различных областях промышленности. Например, уменьшая износ шарикоподшипников, работающих в экстремальных режимах, увеличивался более чем в 3 раза срок службы зубчатых передач в редукторах, более чем в 3 раза увеличивался срок службы насосов различных типов, работающих в экстремальных условиях (например, в нефтедобывающей промышленности).

Предлагаемая композиция, как следует из приведенных данных, обладает высокими триботехническими свойствами и такими эксплуатационными показателями, как антикоррозионная устойчивость теплостойкость
низкая температура замерзания (-50^oC) а также устраняет дефекты изношенных поверхностей и увеличивает в несколько раз устойчивость к износу различных конструкционных материалов. Предложенная композиция может быть использована для защиты конструкционных материалов (сталь различных марок, титан, алюминий, бронза, медь и ее сплавы), а также различных металлических сплавов от износа и коррозии, а также упрочнения трущихся поверхностей металлов и их сплавов. Она может быть использована для упрочнения поверхности других неметаллических конструкционных материалов, например резин (на основе нитрильных, силиконовых, полиуретановых, полистирольных и других типов каучуков), изделий из стекла, стеклоткани, капрона, а также неорганических материалов, таких как бетон, керамика и др.

Формула изобретения

Смазочно-упрочняющая композиция, включающая основу и наполнитель, отличающаяся тем, что она содержит в качестве основы смесь полиоксихлоргидринглицерина или полиоксихлоргидриндиэтиленгликоля с полиоксипропиленглицерином или полиоксипропилендиэтиленгликолем, либо смесь всех вышеперечисленных компонентов, в качестве наполнителя - диоктилсебацинат и дополнительно триэтаноламин, ароматические спирты (С₆Н₄)_х(ОН)_у, где х=1-2, у=2-3, и смесь комплексонатов металлов переменной валентности, выбранных из группы, включающей олово, медь, железо, кобальт, никель, молибден, кадмий, и нитрилуксусной или тетрааминоуксусной кислот или их натриевых солей при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
Полиоксихлоргидринглицерин или полиоксихлоргидриндиэтиленгликоль - 50 - 300
Полиоксипропиленглицерин или полиоксипропилендиэтиленгликоль - 50 - 200
Диоктилсебацинат - 10 - 150
Триэтаноламин - 10 - 150
Вышеуказанные ароматические спирты - 5 - 150
Вышеуказанные комплексонаты металлов - 10 - 250к

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2