Состав для модифицирования и восстановления металлических поверхностей
Изобретение относится к машиностроению и порошковой металлургии и может быть использовано для создания кремнийсодержащего слоя и восстановления изношенных металлических поверхностей. Состав содержит следующие компоненты, мас.%: полигональный хризотил 30, серпофит 30, унстит 30, катализатор 10. Дисперсность смеси составляет 0,1-25 мкм. В качестве катализатора используют бемит. Техническим результатом изобретения является создание состава для модифицирования и восстановления металлических поверхностей, обладающих совместимостью с любыми маслами, а также повышенной адгезией к маслу. 2 з.п. ф-лы, 6 табл.
Изобретение относится к машиностроению и порошковой металлургии и может быть использовано для создания кремнийсодержащего слоя и восстановления изношенных металлических поверхностей.
Известен состав, который используется в продлении срока службы деталей трения в процессе работы механизмов и представляет собой смазочное масло, металлосодержащие присадки, например, на основе меди или цинка и абразивные частицы оксида алюминия. Частицы металла присадки осаждаются прежде всего в микронеровностях поверхности, что повышает чистоту обработки поверхностей трения. Осаждаемые вместе с частицами металла мелкодисперсные абразивные частицы обеспечивают повышение износостойкости наносимого металлического покрытия /см. А.С. СССР №1668471, от 1991 г./.
Недостатками указанного состава являются низкая прочность и коррозионная стойкость получаемых с их помощью поверхностей трения.
Наиболее близким по содержанию компонентов и техническому результату к предлагаемому составу, т.е. прототипом, является состав для модифицирования металлов и восстановления металлических поверхностей, содержащий мелкодисперсную смесь природных минералов серпофита и катализатора /см. патент России №2169208, от 31.08.2000 г./.
Недостатками прототипа являются: отсутствие коррозионной стойкости, непрочность образованного защитного покрытия и, как следствие этого, низкая эффективность.
Техническим результатом изобретения является создание состава для модифицирования и восстановления металлических поверхностей, обладающего совместимостью с любыми маслами, повышенной адгезией к маслу для предотвращения масляного голодания пар трения высокой эффективностью приработки, высокой прочностью, износостойкостью, стойкостью к коррозии, однородностью структуры.
Поставленный технический результат достигается согласно изобретению тем, что состав для модифицирования и восстановления металлических поверхностей содержит серпофит и катализатор в виде мелкодисперсной смеси, при этом он дополнительно содержит унстит и полигональный хризотил в следующем соотношении компонентов, мас.%:
| полигональный хризотил | 30 |
| серпофит | 30 |
| унстит | 30 |
| катализатор | 10 |
при этом дисперсность смеси составляет 0,1-25 мкм, а в качестве катализатора используют бемит.
Сущность изобретения заключается в использовании природных минералов серпентиновой группы: полигональный хризотил и унстит (шестислойный серпентин), имеющие одинаковую химическую формулу Mg3[Si2О5](ОН)4 и выделяющиеся многослойностью структуры кристаллической решетки. Указанные минералы оказываются более совместимыми вследствие повышенной активности их электронов и способности при термическом воздействии изменять свой уровень нахождения внутри кристаллических решеток, что влияет на структурную однородность и неотделимость получаемого кремнийсодержащего слоя, имеющего прочную связь с восстанавливаемой поверхностью трения.
Используемый природный минерал серпофит имеет формулу 2MgO·SiO2·2Н2O и содержит воду в связанном состоянии, обладает протяженной структурой своих кристаллов. Обязательной составляющей серпофита является наличие оксидов редкоземельных металлов, а также оксидов Mg, Si, Ca, Al, Си, Cr, Zn. Применение серпофита способствует усилению межмолекулярных связей в формируемом защитном слое за счет возможности замещения атомов одних элементов атомами других элементов в узлах кристаллических решеток.
Выбор дисперсности состава обусловлен имеющимися зазорами в парах трения, а также возможностью высвобождения определенного количества входящей в состав минералов воды в связанном состоянии, влияющей на поддержание повышенной температуры и давления в зонах трения на этапе приработки состава, что необходимо для процесса формирования защитного слоя.
Используемая в качестве катализатора одна из разновидностей природного гидрата глинозема - бемит, очищенный от примесей, имеет формулу AlOOH. Бемит проявляет сильные каталитические свойства за счет активного выделения воды и высвобождения Al, необходимых для создания активной среды при протекании физико-химического процесса образования защитного слоя.
Наличие достаточного количества воды в связанном состоянии влияет не только на скорость протекания реакций образования защитного слоя, но и позволяет получить дополнительный ярко выраженный эффект раскоксовывания поршневых и маслосъемных колец при обработке двигателей внутреннего сгорания. Указанное количественное соотношение компонентов состава является наиболее приемлемым как для обработки двигателей внутреннего сгорания, так и других агрегатов и механизмов и не требует какой-либо коррекции по содержанию компонентов в зависимости от вида обрабатываемого механизма. Образованный защитный слой обладает коррозионной стойкостью, большой адгезией к маслу, что предотвращает масляное голодание трущихся поверхностей.
Основные этапы изготовления состава:
- раздельное предварительное измельчение минералов до величины 200-250 мкм известными измельчающими агрегатами;
- очистка сопутствующих примесей и обогащение;
- раздельное доизмельчение минералов с использованием измельчающих мельниц;
- перемешивание компонентов в указанных процентных соотношениях;
- фильтрация или сепарация смеси согласно требуемой дисперсности;
- термоактивация состава при температуре 300-350 град.C в течение 30 мин с целью увеличения энергии активации природных минералов;
- смешивание подготовленного состава с базовым маслом и загустителем.
Полученная смесь природных минералов нейтральна к воздействию со стороны любого вида масел, что дает возможность использовать ее с любым базовым маслом. Для устранения эффекта коагуляции полученного мелкодисперсного состава и для удобства его ввода при применении в различных механизмах и на открытых поверхностях трения состав смешивают с базовым маслом, загущенным до консистенции пластичных смазок с температурой плавления 65-75 град.C. Подобранный по температуре плавления гелеобразный загуститель обеспечивает постепенное, мягкое и эффективное воздействие рабочего состава на обрабатываемые поверхности трения. При этом отличием является сокращение до 40 мин времени приработки и обкатки таких агрегатов, как двигатель внутреннего сгорания. Этот способ также прост и удобен для длительного хранения состава без изменения его свойств.
Изобретение иллюстрируется примерами применения состава на автотракторной технике с контролем параметров, замеряемых вакуумным методом диагностики.
ПРИМЕР 1
Предлагаемый состав был введен в штатную смазку через заливную горловину двигателя внутреннего сгорания ГАЗ-3110 (Волга) со следующими параметрами:
Двигатель - ЗМЗ-406 бензиновый,
Тип масла - полусинтетическое,
Пробег до обработки - 80 тыс.км.
| Параметры до обработки | ||||
| № цилиндра | 1 | 2 | 3 | 4 |
| Компрессия | 11,5 | 11,5 | 11,2 | 12,0 |
| Полный вакуум | 0,80 | 0,86 | 0,86 | 0,84 |
| Остаточный вакуум | 0,13 | 0,15 | 0,17 | 0,15 |
| Параметры после обработки | ||||
| № цилиндра | 1 | 2 | 3 | 4 |
| Компрессия | 13,2 | 13,5 | 13,3 | 13,2 |
| Полный вакуум | 0,85 | 0,86 | 0,86 | 0,86 |
| Остаточный вакуум | 0,19 | 0,20 | 0,20 | 0,18 |
| При номинальных показателях: полного вакуума | 0,84-0,86 |
| остаточного вакуума | 0,17-0,20 |
После пробега в 46 тыс.км указанные параметры практически не изменились.
Пример 2
Предлагаемый состав был введен в штатную смазку автомобиля
Ниссан Максима с пробегом до обработки 320 тыс.км.
Двигатель - 6-цилиндровый, бензиновый.
Тип масла - синтетика
| Параметры до обработки | ||||||
| № цилиндра | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| Компрессия | 9,0 | 11,2 | 10,0 | 12,0 | 9,0 | 11,5 |
| Полный вакуум | 0,77 | 0,83 | 0,82 | 0,80 | 0,78 | 0,82 |
| Остаточный вакуум | 0,30 | 0,12 | 0,24 | 0,32 | 0,28 | 0,12 |
Видно, что на 1, 4 и 5-ом цилиндрах компрессионные кольца не только изношены, но и сильно закоксованы.
| Параметры после обработки | ||||||
| № цилиндра | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| Компрессия | 14,5 | 14,8 | 15,0 | 15,0 | 14,8 | 15,0 |
| Полный вакуум | 0,84 | 0,85 | 0,86 | 0,86 | 0,85 | 0,86 |
| Остаточный вакуум | 0,22 | 0,21 | 0,20 | 0,20 | 0,21 | 0,20 |
| При номинальных показателях: полного вакуума | 0,84-0,86 |
| остаточного вакуума | 0,17-0,20 |
Через 80 тыс.км пробега показатели практически не изменились.
Пример 3.
Заявляемый состав был введен в штатную смазку автомобиля КАМАЗ-5511 с пробегом до обработки 554000 к.
Двигатель - КАМАЗ-740 дизельный
Тип масла - минеральное
| Параметры до обработки | ||||||||
| № цилиндра | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
| Компрессия | 24,0 | 28,0 | 30,5 | 28,0 | 31,5 | 30,0 | 28,5 | 29,0 |
| Полный вакуум | 0,78 | 0,86 | 0,91 | 0,89 | 0,91 | 0,88 | 0,87 | 0,88 |
| Остаточный вакуум | 0,44 | 0,24 | 0,20 | 0,38 | 0,20 | 0,10 | 0,25 | 0,24 |
| Параметры после обработки | ||||||||
| № цилиндра | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
| Компрессия | 31,0 | 31,0 | 30,0 | 31,0 | 31,0 | 30,0 | 31,0 | 31,0 |
| Полный вакуум | 0,91 | 0,91 | 0,91 | 0,91 | 0,91 | 0,91 | 0,91 | 0,91 |
| Остаточный вакуум | 0,16 | 0,14 | 0,14 | 0,14 | 0,15 | 0,14 | 0,15 | 0,15 |
| При номинальных показателях: полного вакуума | 0,92-0,94 |
| остаточного вакуума | 0,14-0,16 |
После пробега 93 тыс.км показания практически не изменились.
Из приведенных примеров видно, что восстановление цилиндропоршневой группы произошло практически до номинальных размеров, включая раскоксование поршневых колец.
Пример 4
Обработке реагентом восстановительного действия были подвергнуты также редукторы задних мостов и коробки передач легковых автомобилей гаража ГУ ГОЧС г.Москвы с целю устранения износа и существенного увеличения их срока службы. Результатом обработки стало устранение шумов, вызванных износом зубьев шестерен и подшипников, а также заметное улучшение ходовых качеств автомобилей в связи с уменьшением коэффициента трения.
Использование изобретения позволит получить следующие результаты:
- образование и наращивание на обрабатываемых поверхностях трения высокоизносостойкого и коррозионно-устойчивого кремнийорганического однородного неотделяемого защитного слоя, обеспечивающего восстановление поверхностей трения и увеличение ресурса их работы;
- уменьшение коэффициента трения до аномально низкого значения;
- исключение сложной технологии ремонта механизмов (например, ремонт цилиндропоршневой группы двигателя, устранение закоксовывания поршневых колец, износа гильз цилиндров и др.)
- совместимость со всеми маслами;
- высокая эффективность и сокращение времени приработки (до 40 мин) состава и обкатки агрегатов (например, двигателя внутреннего сгорания);
- предотвращение « масляного голодания» пар трения за счет образования слоя с повышенной адгезией к маслу;
- возможность устранения коррозионных последствий на парах трения неэксплуатируемых агрегатов вследствие их длительного хранения;
- многофункциональность использования состава;
1. Состав для модифицирования и восстановления металлических поверхностей, содержащий серпофит и катализатор в виде мелкодисперсной смеси, отличающийся тем, что он дополнительно содержит унстит и полигональный хризотил при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Полигональный хризотил | 30 |
| Серпофит | 30 |
| Унстит | 30 |
| Катализатор | 10. |
2. Состав по п.1, отличающийся тем, что дисперсность смеси составляет 0,1-25 мкм.
3. Состав по п.1, отличающийся тем, что в качестве катализатора используют бемит.
