Смазочный состав для обработки пар трения

Изобретение относится к составам для обработки трущихся поверхностей и может быть использовано в машиностроении для обработки пар трения различных механизмов, машин и оборудования. Сущность: состав содержит в мас.%: измельченная смесь природных минералов 0,1-2,5, ПАВ 20-25, связующее - остальное. В качестве ПАВ состав содержит полиэтиленгликоль и изопропиловый спирт в соотношении 1:5. Измельченная смесь минералов включает гиперстен, авгит, эгирин, диопсит и жадеит, взятые в соотношении, мас.%: 5-8:1-3:2-5:0,5-1,0:1-5, серпентин остальное. Технический результат - снижение интенсивности изнашивания и коэффициентов трения. 2 табл.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к смазочным композициям, в частности к составам для обработки трущихся поверхностей, и может быть использовано в машиностроении для обработки пар трения различных механизмов, машин и оборудования с целью продления межремонтного времени и улучшения триботехнических показателей.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Известна твердосмазочная композиция для формирования покрытия на трущихся поверхностях (пат. РФ №2247767, кл. F16С 33/14, С10М 125/00. Опубл. 10.03.2005). Твердосмазочная композиция на основе измельченной смеси минералов содержит, мас.%: кварц 15-20; гетит 5-10; брусит 3-8; ПАВ (ОП - 7) 2-7; лизардит остальное. Этот состав в количестве 0,1-0,2 мас.% смешивают с 98-99,9 мас.% связующего (масла или пластичные смазки) и размещают между трущимися поверхностями.

Недостатками аналога, являются большой разброс по дисперсности состава твердосмазочной композиции - 1-40 мкм, наличие крупных частиц - до 40 мкм, в основном кварца, что приводит к абразивному изнашиванию и микрорезанию поверхностей трения, вследствие чего интенсивность изнашивания была не менее 5 мкм/км, а коэффициенты трения достигали (в зависимости от материала пар трения) - 0,1-0,15, что является достаточно низкими показателями.

Известен также состав для обработки пар трения (пат. РФ №2168663, кл. F16С 33/14, С10М 125/10. Опубл. 06.10.2001). Состав содержит продукты дегидратации гидратов с температурой удаления конституционной воды в интервале 500-900°С и содержащие оксиды из ряда MgO, SiO₂, Al₂О₃, СаО, Fe₂O₃, К₂O, Na₂O, причем в качестве гидратов для получения продуктов дегидратации использованы природные минералы или их смеси и содержат 1-10 мас.% примесей, сопутствующих природным минералам.

К недостаткам этого аналога можно отнести длительность получения продуктов дегидратации - 1-2 час при высоких температурах - 500-900°С (в муфельных печах), невысокую поверхностную твердость обработанных деталей пар трения - HRC - до 400, что мало отличается от исходной твердости, сравнительно невысокая износостойкость пар трения на испытательной машине - 0,2-0,3 г/час·10^-7.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению по совокупности признаков и достигаемому результату, т.е. прототипом, является состав для обработки пар трения (пат. РФ №2179270, кл. F16С 33/14. Опубл. 10.02.2002), включающий в мас.%: измельченную смесь природных минералов на основе серпентина, содержащую амфибол 2-5, пирофиллит 8-10, серпентин остальное, ПАВ (ОП-7). Эту твердосмазочную композицию дисперсностью 1-40 мкм смешивают со связующим (масла, смазки) в соотношении мас.%:

ПАВ (ОП-7)	5-15
твердосмазочная композиция	0,5-2,5
связующее	остальное

Большой размер частиц твердосмазочной композиции, которые будут задерживаться фильтрами (до 40 мкм), высокие значения интенсивности изнашивания - 3-8 мкм/км и достаточно высокие значения коэффициентов трения - 0,1-0,12 являются недостатками этого смазочного состава для обработки пар трения.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретательская задача состояла в разработке смазочного состава для обработки пар трения на основе связующего, измельченной смеси минералов и ПАВ, позволяющего снизить интенсивность изнашивания и коэффициенты трения.

Поставленная задача достигается тем, что смазочный состав для обработки пар трения, включающий связующее, ПАВ, измельченную смесь природных минералов на основе серпентина, отличается тем, что в качестве ПАВ он содержит полиэтиленгликоль и изопропиловый спирт в соотношении 1:5, при этом измельченная смесь минералов включает гиперстен, авгит, эгирин, диопсид и жадеит, взятые в соотношении, мас.%: 5-8:1-3:2-5:0,5-1,0:1-5, серпентин остальное, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

измельченная смесь
природных минералов	0,1-2,5
ПАВ	20-25
связующее	остальное

Входящая в состав смесь минералов представляет собой силикаты, а именно - пироксены, с идеализированной формулой; гиперстен (Mg, Fe)₂ (Si₂O₆); авгит (Са, Mg, Fe²⁺, Fe³⁺, Al, Ti)₂ [(Si, Al)₂ О₆]; эгирин NaFe³⁺[Si₂O₆]; диопсид CaMg [Si₂О₆]; жадеит NaAl{Si₂O₆]. Серпентин имеет формулу - Mg₆(OH)₈[Si₄O₁₀] и то же относится к классу силикатов. У всех этих минералов основная силикатная составляющая SiO₂ составляет 50-60%. [Нечаев А.В. Минералогия. - М.: Госиздат, 1924. - 295 с.].

Изопропиловый спирт [ТУ 2632-015-11291058-95] и полиэтиленгликоль, применяемые в качестве ПАВ, выпускаются крупным тоннажем [Каталог «Продукция Ивхимпром 2003-2004 г.» - Иваново]. При этом в качестве второго компонента ПАВ берется полиэтиленгликоль (неиногенный ПАВ), как низкомолекулярный полимер с молекулярной массой от 200 до 600. Эти ПЭГ представляют собой жидкие реактивы, быстрорастворимые в теплой воде. Выпускаются ПЭГ Компанией «Тосол - Синтез» и ООО «КОСМО» г.Дзержинск (Нижегородской обл.).

В качестве связующего предусматривается любое смазочное вещество: минеральные и полусинтетические масла, смазки, технологические жидкости, играющие роль смазок. [Товарные нефтепродукты, свойства и применение. Справочник / Под ред. Школьникова В.М. - М.: Химия, 1978. - 472 с.].

Измельчение природных минералов, входящих в смазочный состав, осуществляют в мельнице ударно-отражательного действия, в дезинтеграторе, коллоидной мельнице. Присутствие ПАВ при измельчении помогает разупрочнить поверхностный слой, благодаря чему происходит быстрое разрушение минералов до частиц с наноразмерами и создает механохимическую активацию твердосмазочной композиции.

Использование заявляемой совокупности существенных признаков позволяет получить достигаемый технический результат, а именно: снизить интенсивность изнашивания различных сочетаний металлов пар трения (сталь - сталь, сталь - чугун, сталь - бронзы) в 4-8 раз, уменьшить коэффициенты трения в 1-16 раз.

Нижеследующие примеры иллюстрируют настоящее изобретение.

СВЕДЕНИЯ, ПОДТВЕРЖДАЮЩИЕ ВОЗМОЖНОСТЬ

ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Пример 1. 0,1 г (0,1 мас.%) смеси природных минералов, содержащих: 5 г (5 мас.%) гиперстена, 1 г (1 мас.%) авгита, 2 г (2 мас.%) эгирина, 0,5 г (0,5 мас.%) диопсида, 1 г (1 мас.%) жадеита, 90,5 г (90,5 мас.%) серпентина и 20 г (20 мас.%) ПАВ, состоящего из полиэтиленгликоля - ПЭГ-200 и изопропилового спирта, взятых в соотношении 1:5, поместили в мельницу ударно-отражательного действия, работающую со скоростью вращения бил 115 м/с. Полученную смазочную композицию с дисперсностью частиц 0,5 мкм смешали со связующим - индустриальным маслом И-20, взятым в количестве 79,9 г (79,9 мас.%).

Пример 2. 1,3 г (1,3 мас.%) смеси природных минералов, содержащих: 6,5 г (6,5 мас.%) гиперстена, 2 г (2 мас.%) авгита, 3,5 г (3,5 мас.%) эгирина, 0,8 г (0,8 мас.%) диопсида 3 г (3 мас.%) жадеита, 84,2 г (84,2 мас.%) серпентина и 22,5 г (22,5 мас.%) ПАВ, состоящего из полиэтиленгликоля - ПЭГ-400 и изопропилового спирта, взятых в соотношении 1:5, поместили в дезинтегратор, работающий со скоростью вращения бил 120 м/с. Получили смазочную композицию с дисперсностью частиц 0,25 мкм смешали со связующим - индустриальным маслом И-20, взятым в количестве 76,2 г (76,2 мас.%).

Пример 3. 2,5 г (2,5 мас.%) смеси природных минералов, содержащих: 8 г (8 мас.%) гиперстена, 3 г (3 мас.%) авгита, 5 г (5 мас.%) жадеита, 78 г (78 мас.%) серпентина и 25 г (25 мас.%) ПАВ, состоящего из полиэтиленгликоля - ПЭГ-600 и изопропилового спирта, взятых в соотношении 1:5, поместили в коллоидную (вибрационную) мельницу с частотой вибрации 50 Гц; амплитудой 2 мм и мелющими телами - шарами, диаметром 20 мм. Полученную смазочную композицию с дисперсностью частиц 0,01 мкм смешали со связующим - индустриальным маслом И-20, взятым в количестве 72,5 г (72,5 мас.%).

Полученные образцы смазочных составов для обработки пар трения были испытаны на трение и износ на серийной машине трения 2070 СМТ - 1 по общепринятой методике оценки триботехнических свойств.

Схема испытаний: «диск - колодка», с коэффициентом перекрытия 1:12. Вращающийся диск был выполнен из сталей 45, 40ХН (HRC 45-50), колодкой служили бронзы, чугуны, стали разных марок.

Режим трения: скорость скольжения 1 м/с, давление - 6 МПа, полученный смазочный состав помещали в ванночку под вращающимся диском, откуда он подхватывался и вносился в зону трения.

Результаты испытаний приведены в табл.1 и 2.

Коэффициенты трения в предлагаемом смазочном составе

Таблица 1
Примеры смазочных составов	Средние значения коэффициентов трения для пар трения
Сталь 45 - Бронза БрАЖН-10-4-4Л	Сталь 45 - Чугун СЧ15	Сталь 45 - Сталь 40ХН
1	0,06	0,078	0,08
2	0,04	0,06	0,075
3	0,01	0,05	0,07
Прототип	0,1	0,11	0,12

Интенсивность изнашивания различных металлов пар трения

Таблица 2
Примеры смазочных составов	Средние значения интенсивности изнашивания, мкм/км
Сталь 45 - Бронза БрАЖН-10-4-4Л	Сталь 45 - Чугун СЧ15	Сталь 45 - Сталь 40ХН
1	0,5-0,51	0,75-1,2	0,52-0,50
2	0,5-0,53	0,6-1,1	0,42-0,35
3	0,5-0,5	0,4-0,85	0,40-0,30
Прототип	3,0-4,8	4,1-4,9	5,5-8,0

Из табл.1 и 2 видно, что в заявляемом интервале значений содержания минералов и ПАВ в смазочной композиции и соотношения смазочной композиции и связующего в предлагаемом смазочном составе для обработки пар трения, поставленная цель достигается: интенсивность изнашивания материалов пар трения различных марок снижается в 4-18 раз, коэффициенты трения - в 1-10 раз.

К достоинствам предлагаемого смазочного состава следует отнести также более малый размер частиц минералов (в 2-8 раз), входящих в состав смазочной композиции, повышение нагрузочной способности пары трения при работе в предлагаемом смазочном составе в 1,2-1,4 раза, смазочный состав работает в зоне трения в 1,4-1,6 раза дольше без смены его.

Смазочный состав для обработки пар трения, включающий связующее, ПАВ и измельченную смесь природных минералов на основе серпентина, отличающийся тем, что в качестве ПАВ он содержит полиэтиленгликоль и изопропиловый спирт в соотношении 1:5, при этом измельченная смесь минералов включает гиперстен, авгит, эгирин, диопсид и жадеит, взятые в соотношении, мас.%: 5-8:1-3:2-5:0,5-1,0:1-5, серпентин - остальное при следующем соотношении компонентов, мас.%:

измельченная смесь минералов	0,1-2,5
ПАВ	20-25
связующее	остальное