Способ восстановления геометрии изношенной поверхности трения металлической детали

Изобретение относится к области машиностроения и может найти применение в механизмах, где присутствует трение. Способ включает подачу в зону трения смеси дисперсных частиц минералов диаметром 1,0 мкм, содержащей следующие компоненты: серпентинит 50%, хлорит 40% и барит 10%. В частных случаях осуществления изобретения подачу в зону трения смеси дисперсных частиц минералов проводят в режиме штатной эксплуатации. Геометрия изношенных поверхностей до оптимальных размеров восстанавливается дешево и эффективно. 1 з.п. ф-лы.

 

Предлагаемое изобретение относится к области машиностроения и может найти применение практически во всех механизмах, где присутствует трение. Обоснование предполагаемого изобретения.

Общеизвестно, что износ механизмов и машин в настоящее время является одной из самых острых проблем во всем машиностроении. Расходы на восстановление машин в результате износа огромны и они ежегодно увеличиваются. Удлинение срока службы машин и оборудования даже в небольшой степени равноценно вводу значительных новых производственных мощностей.

Повышенный износ деталей в сочленениях в одних случаях нарушает герметичность рабочего пространства машины (например, поршневые машины), в других, нарушает нормальный режим смазки, в третьих, приводит к потере кинетической точности механизма. В результате изнашивания понижается мощность двигателей, увеличивается расход горюче-смазочных материалов, падает производительность механизмов, возникает возможность утечки ядовитых и взрывоопасных продуктов, понижаются тяговые качества транспортных машин и судов. Износ инструмента и рабочих деталей машин помимо снижения производительности повышает расход электроэнергии.

Затраты на ремонт машин, оборудования и транспортных средств составляют по проведенным статистическим данным десятки миллиардов рублей в год. Эти затраты в несколько раз превышают саму стоимость той или иной машины. Так, например, для автомобилей превышение составляет в 6 раз, для самолетов в 5 раз, для станков в 8 раз и т.д.

Существует множество способов снижения фрикционных свойств материалов на основе железа. Так, например, вводят в смазки медь, свинец, литий, натрий, висмут, олово, сурьму и т.д. Эти способы с разной степенью эффективности решают только одну задачу - выравнивание поверхности и заполнение частицами состава углублений микрорельефа поверхности трения и создания микропленок, повторяющих геометрию износа. Что же касается восстановления геометрии изношенных поверхностей без разбора механических узлов в режиме штатной эксплуатации, то в технической литературе таких решений не описано.

Известен, например, патент RU № 2135638 С1⁶ по кл. С23С 26/00, от 27.08.99 г., бюл. №24 [1] «Способ образования защитного покрытия…». Техническим результатом изобретения является образование на обрабатываемых деталях металлокерамического защитного покрытия, получаемого при прохождении реакции замещения атомов магния в узлах кристаллических решеток ремонтно-восстановительного состава на атомы железа.

При испытании на машине трения МТУ-01 ( ТУ- 4271-001- 29034600-2004) состав с минералами, такими как офрит, нефрит, шунгит - выяснилось, что эффект от присутствия данных минералов в составах минимален.

Известен также патент RU №2201998 С2⁷ по кл. С23С 24/02; В23Р 6/00, от 10.04.2003 г., бюл. №10 [2] «Способ модификации железосодержащих поверхностей узлов трения», заключающийся в том, что в зону обработки поверхностей трения подают предварительно подготовленную порошкообразную смесь дисперсионных частиц минералов в виде α- хризотила, ортохризотила, лизардита ленточного, доломита, а также графит или/и шунгит, катализатор и поверхностно-активное вещество. Как и в первом указанном патенте, здесь при практической проверке оказалось, что названные составы слабо эффективны, а сам способ имеет очень ограниченное применение.

Задачей изобретения является эффективное и дешевое восстановление геометрии изношенных поверхностей до оптимальных размеров с одновременным созданием поверхностного изоморфа с характеристиками, значительно превосходящими характеристики исходного материала детали.

Поставленная задача достигается тем, что для образования поверхностного изоморфа (изоморф - вещество, получаемое в результате прохождения процесса изоморфизма) на поверхности трения в смазки машин и механизмов вводят мелкодисперсные, диаметром ≈1.0 мкм, смеси ряда минералов, при следующем соотношении: серпентинит 50%, хлорит 40% и барит 10% (класс силикатов).

Техническим результатом предполагаемого изобретения является образование интеллектуального поверхностного изоморфа (ИПИ) в парах трения. Интеллектуальный ( умный) потому, что величина его роста не безгранична, она определяется наличием повышенной температуры или микроударов в паре трения, зазор в которой приобретает оптимальное значение. В предполагаемом способе восстановления геометрии изношенной поверхности трения обработка узлов трения и механизмов ремонтно-восстановительными составами (РВС) дает возможность избирательной компенсации износа мест трения и контакта деталей за счет образования в этих местах нового модифицированного поверхностного слоя в отличие от обычных присадок к маслам. Ключиком к данному физическому процессу является подобранный состав порошков, полученный из разнообразных природных минералов. Минералы подобраны по энергетической плотности их решеток, их структуре. Методика создания составов «РВС-ИПИ» ремонтно-восстановительного состава (РВС) совместно с созданием интеллектуального поверхностного изоморфа (ИПИ) потребовала длительного упорного труда всей научной группы авторов.

Длительный период изучались термодинамические процессы, происходящие в зонах трения в присутствии «РВС-ИПИ»-порошков. Установлены принципы и механизмы физических процессов запуска создания модифицированного слоя, то есть запуска процесса глубинного и поверхностного легирования, а также управление вакансионно-дифузным процессом с одновременным управлением фазовыми переходами металлических поверхностей. Было определено, что более увеличенный слой образуется в местах наибольшей выработки металла.

При запуске необходимого физического процесса была отработана методика задания определенных параметров модифицированного слоя. Использование «РВС-ИПИ» технологии позволяет увеличить твердость поверхности, износостойкость, понизить коэффициент трения до 0,007; восстановить первоначальную геометрию поверхности узлов трения, оптимизировать процессы трения и восстановления.

Пример использования предлагаемого способа. Была проведена обработка дизеля 7-6Д49 тепловоза ТГМ6-065 с использованием РВС-ИПИ-технологии.

Результаты:

давление масла до обработки 2,1 кгс/см²;

давление масла после обработки 2,6 кгс/см²;

двигатель мягче работает, добавилась мощность, возросла приемистость, возросло давление масла, двигатель на холостых оборотах работает более устойчиво.

Двигатель был разобран, микрометром сделаны контрольные замеры - результат: все размеры соответствуют заводской документации.

Давление сжатия повысилось в среднем на 10%;

давление масла повысилось, переводя на %, - на 24%;

улучшились теплотехнические и экономические характеристики дизеля;

снизился шум дизеля;

эксплуатация в течении 8 месяцев с последующей разборкой и контрольными замерами показала полное восстановление геометрии узлов трения дизеля.

В настоящее время разработчики и производители противоизносных ремонтно-восстановительных составов (РВС-ИПИ) готовы предлагать и предлагают различным предприятиям свою технологию обработки техники и оборудования (РВС-ИПИ-технология), которая позволяет:

- повысить ресурс работы техники и оборудования в 1,5-2 и более раз;

- заменить плановые ремонты, связанные с заменой деталей, предупредительной обработкой по предлагаемому способу со значительным увеличением межремонтного срока;

- улучшить технические характеристики (до паспортных значений);

- увеличить срок службы смазочных материалов в 2-3 раза;

- снизить топливно-энергетические затраты до 20%;

- улучшить вибро-акустические характеристики техники;

- снизить содержание СО и СH, окислов азота и твердых примесей в выхлопных газах двигателей.

Обработка техники и оборудования по РВС-ИПИ - технологии в большинстве случаев производится в режиме штатной эксплуатации, не требует специально оборудованных помещений и запасных частей, а стоимость такой обработки в 2-3 раза ниже стоимости планового ремонта, что сразу повышает фондоотдачу оборудования.

Литература

1. Патент RU №2135638 С1 от 27.08.99 г. ⁶ по кл. 23С 26/00, бюл. № 24.

2. Патент RU №2201998 С2 от 10.04.03 г. ⁷ по кл. 23С 24/02; В23Р 6/00, бюл. №10.

1. Способ восстановления геометрии изношенной поверхности трения металлической детали, включающий подачу в зону трения смеси дисперсных частиц минералов диаметром 1,0 мкм, содержащей серпентинит, отличающийся тем, что смесь дисперсных частиц минералов дополнительно содержит хлорит и барит при следующем соотношении: серпентинит 50%, хлорит 40% и барит 10%.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что подачу в зону трения смеси дисперсных частиц минералов проводят в режиме штатной эксплуатации.