Способ формирования покрытия на трущихся поверхностях
Владельцы патента RU 2357123:
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ "ДАГЕСТАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ" (ДГТУ) (RU)
Изобретение относится к машиностроению, в частности к способу формирования прочного износостойкого пленочного покрытия в узлах трения топливных, гидравлических, прецизионных систем, зубчатых и цепных передач, систем с циркуляционной смазкой, применяемых в автомобильной и в других отраслях промышленности. Способ включает измельчение исходной смеси минералов, содержащей серпентин в виде смеси хризотил - асбеста, офита, антигорита и лизардита, взятых в мас. частях 1:2,5-4,0:1,5-3,0:2,0-3,5, магниевого концентрата, получаемого при очистке высокоминерализованных термальных вод, характеризуещегося содержанием оксидов, мас.%: MgO 80-88; СаО 10-18; Fe2O3-Al2О3 0,2-2,2; SiO2 1,6-3,5, с добавлением ПАВ, и измельчение до дисперсности 1-40 мкм с последующим добавлением смеси сажи и фуллеронов, состоящей из 90% сажи и 10% фуллерена и нанокристаллического аморфного диоксида кремния, полученного из рисовой шелухи с размерами частиц 20-100 нм, смешивание с последующей механоактивацией термосмазочной композиции со связующим, размещением полученного состава между трущимися поверхностями и его приработкой. Технический результат: уменьшение коэффициента трения трущихся поверхностей, повышение их износостойкости.
Изобретение относится к машиностроению, в частности к способу формирования покрытия на трущихся поверхностях, и может быть использовано для формирования прочного износостойкого покрытия в узлах трения топливных, гидравлических, прецизионных систем, зубчатых и цепных передач, систем с циркуляционной смазкой, применяемых в автомобильной и в других отраслях промышленности.
Известен способ формирования покрытия на трущихся поверхностях, согласно которому для формирования покрытия на трущихся поверхностях используют твердосмазочные композиции, включающие серпентин, амфибол, пирофиллит, ПАВ, механоактивацию полученной твердосмазочной композиции со связующим, размещение полученного состава между трущимися поверхностями и последующую его приработку, при этом используют смесь минералов с дисперсностью 1-40 мкм, и размещаемый между трущимися поверхностями состав содержит, мас.%: смесь минералов 0,5-2,5; связующее 96,7 [1]. Известный способ не обеспечивает формирование прочносвязанной структуры с поверхностью трения слоя и полного заполнения тонких пор и трещин, так как в предлагаемой твердосмазочной композиции отсутствуют ультрадисперсные или нанокристалические частицы.
Известен также способ формирования покрытии на трущихся поверхностях, заключающийся в том, что между трущимися поверхностями элементов пары трения размещают предварительно активированную смесь абразивноподобного порошка в органическом связующем, после чего поверхности трения элементов прирабатывают, при этом используют активированную смесь, содержащую следующие ингредиенты, мас.%: природный серпентин 0,5-400; серу 0,1-50; ПАВ 1-40, с дисперсностью 0,1-2 мкм [2]. Известный способ также не позволяет полностью устранить дефекты поверхности, а также не обеспечивает формирования прочносвязанного соединения с поверхностью трения.
Ближайшим аналогичным решением по технической сущности и достигаемому эффекту является способ формирования покрытий на трущихся поверхностях, где используют твердосмазочные композиции, включающие природные гидросиликаты магния, серпентины, тальк.
При введении указанной композиции между трущимися поверхностями в смеси со связующими последующая приработка приводит к образованию на трущихся металлических поверхностях износостойких покрытий, существенно изменяющих их износ [3]. Однако известный способ также не обеспечивает полное заполнение микротрещин и микропор из-за отсутствия в смеси ультрадисперсных частиц.
Для решения поставленной задачи предложен настоящий способ формирования покрытия на трущихся поверхностях, включающий измельчение исходной смеси минералов, содержащей серпентин в виде смеси хризотил - асбеста, офита, антигорита и лизардита, взятых в мас.% 1:2,5-4,0:1,5-3,0:2,0-3,5, магниевого концентрата, получаемого при очистке высокоминерализованных термальных вод, характеризуешегося содержанием оксидов, мас.%: MgO 80-88; СаО 10-18; Fe2О3-Al2О3 0,2-2,2; SiO2 1,6-3,5, с добавлением ПАВ в качестве диспергатора, измельчение до дисперсности 1-40 мкм, с последующим добавлением в полученную массу смеси сажи и фуллеренов, состоящей из 90% сажи и 10% фуллерена и нанокристалического аморфного диоксида кремния, полученного из рисовой шелухи, с размерами частиц 20-100 нм, смешивание с последующей механоактивацией твердосмазочной композиции в количестве 3 г со связующим в количестве 197 г, размещением полученного состава между трущимися поверхностями и его приработкой, при этом размещаемый между трущимися поверхностями состав содержит, мас.%: твердосмазочная композиция 1,5, связующее 98,5, причем твердосмазочная композиция содержит ингредиенты в следующем соотношении, мас.%:
| смесь сажи с фуллеренами | 4,5-5,5 |
| нанокристалический аморфный диоксид кремния | 6,5-7,5 |
| магниевый концентрат | 25-35 |
| серпентин | 45-65 |
| ПАВ | 7,5-11,5 |
Предлагаемый способ предусматривает использование связующего на любой основе: масла, топливных минеральных масел, синтетических масел, а также любых поверхностно-активных веществ (ПАВ), использующихся в качестве диспергаторов при измельчении.
Триботехнический эффект предлагаемого способа достигается в равной мере на различных связующих и ПАВ благодаря качественному и количественному составу минеральной смеси.
В процессе реализации предлагаемого способа реакции начинают протекать в смесях твердых веществ при наличии благоприятных термодинамических условий. Основными условиями протекания реакций твердых веществ являются наличие большой поверхности контакта, диффузии и температуры. Площадь поверхности контактов для одного итого же объема порошка растет с увеличением дисперсности зерен и пропорционально давлению при прессовании порошка.
В предлагаемом способе наличие ультрадисперсных или нанокристаллических частиц аморфного диоксида кремния, сажи и фуллеренов приводит к протеканию химической реакции между твердыми веществами в процессе штатной работы трущихся поверхностей. Ультрадисперсный аморфный диоксид кремния соединяется с железом обрабатываемой детали с образованием силикатов железа, а также с сажей и фуллеренами с образованием карбида кремния и карбида железа. Наличие в смеси минералов окисей магния и кальция способствует к протекании реакций в твердом состоянии с большим выделением тепла и большой скоростью. Например, по данным [3] при температуре 1250°С реакция проходит за две минуты на 80%. Под давлением высоких нагрузок и температур в контактных зонах кристаллизационная вода в составе кристаллогидратов замещается атомами углерода из углеводородного связующего.
Внедряясь в поверхность металла с потерей кристаллизационной воды, кристаллы становится одновременно катализаторами процесса цементации поверхностного слоя и скелетом для наращивания приповерхностных слоев, то есть насыщение углеродом поверхностного слоя металла приводит к образовании твердого раствора карбида железа.
Ультрадисперсный аморфный диоксид кремния соединяется с углеродом,и образуются сверхтвердые карборундовые приповерхностные слои, а также гибридизация углерода в поверхностном слое является продуктом образования алмазоподобной структуры углерода.
Полученный приповерхностный слой улучшает долговечность контакта, снижает коэффициент трения в 18-20 раз и компенсирует износ поверхностей пар трения.
Предлагаемый состав в узел трения можно вводить через штатную систему смазки, то есть через подачу топлива или методом напыления на поверхности контактных зон. Основной процесс формирования покрытия на трущихся поверхностях идет в режиме штатной эксплуатации узла.
Пример
Для приготовления твердосмазочной композиции были использованы следующие компоненты: серпентин в виде смеси из 5 г хризотил - асбеста, 17,5 г офита, 12,5 г антигорита и 15 г лизордита (в масс.ч: соответственно), (1:3,5:2,5:3); 30 г магниевого концентрата, 8 г ПАВ (ОП-7), 7 г ультрадисперсного аморфного диоксида кремния и 5 г смеси сажи и фуллеренов. Компоненты смешивают в атриторе, контролируя степень помола до дисперсности 1-40 мкм, с последующим добавлением в полученную массу смеси сажи и фуллеренов, состоящей из 90% сажи и 10% фуллерена и нанокристалического аморфного диоксида кремния, полученного из рисовой шелухи с размерами частиц 20-100 нм, смешивание с последующей механоактивацией твердосмазочной композиции в количестве 3 г со связующим в количестве 197 г, размещением полученного состава между трущимися поверхностями и его приработкой, при этом размещаемый между трущимися поверхностями состав содержит, мас.%: твердосмазочная композиция 0,8-2,2, связующее 97,8-99,2, причем твердосмазочная композиция содержит ингредиенты в следующем соотношении, мас.%:
| смесь сажи с фуллеренами | 4,5-5,5 |
| нанокристалический аморфный диоксид кремния | 6,5-7,5 |
| магниевый концентрат | 25-35 |
| серпентин | 45-65 |
| ПАВ | 7,5-11,5 |
при этом ультрадисперсный аморфный диоксид кремния получали, используя способ, предложенный в патенте [4], а смесь сажи и фуллеренов получали по способу, обоснованному на термическом разложении графита в аргонной среде, то есть в так называемой «фуллереновой дуге» по методу В.Кретчмера.
Применение заявленной технологии на двигателях внутреннего сгорания показало, что экономия топлива достигает 30-35%, состояние ДВС значительно улучшается.
Литература
1. Патент RU №2179270 С1. 20.12.2000.
2. Патент RU №2059121 С1, 27.04.1996.
3. Патент RU №2035636 С1, 20.05.1995.
4. RU №2191159, 10.20.2002 г.
Способ формирования покрытия на трущихся поверхностях, отличающийся тем, что включает измельчение исходной смеси минералов, содержащей серпентин в виде смеси хризотил - асбеста, офита, антигорита и лизардита, взятых в мас.ч. 1:2,5-4,0:1,5-3,0:2,0-3,5, магниевого концентрата, получаемого при очистке высокоминерализованных термальных вод, характеризуешегося содержанием оксидов, мас.%: MgO 80-88; СаО 10-18; Fe2O3-Al2О3 0,2-2,2; SiO2; 1,6-3,5, с добавлением ПАВ в качестве диспергатора, до дисперсности 1-40 мкм, с последующим добавлением в полученную массу смеси сажи и фуллеронов, состоящей из 90% сажи и 10% фуллерена и нанокристаллического аморфного диоксида кремния, полученного из рисовой шелухи с размерами частиц 20-100 нм, смешивание с последующей механоактивацией термосмазочной композиции со связующим, размещением полученного состава между трущимися поверхностями и его приработкой, при этом размещаемый между трущимися поверхностями состав содержит мас.%: твердосмазочная композиция 0,8-2,2, связующее 97,8-99,2, причем твердосмазочная композиция содержит ингредиенты в следующем соотношении, мас.%:
| смесь сажи с фуллеренами | 4,5-5,5 |
| нанокристаллический аморфный диоксид кремния | 6,5-7,5 |
| магниевый концентрат | 25-35 |
| серпентин | 45-65 |
| ПАВ | 7,5-11,5 |
