Патент на изобретение №2248389
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
(54) СОСТАВ КОМПОЗИЦИОННОГО СМАЗОЧНОГО МАТЕРИАЛА
(57) Реферат:
Изобретение относится к смазочным композициям, предназначенным для применения в тяжелонагруженных узлах трения и механизмов. Сущность: материал на базе нефтяного или синтетического масла и загустителя, являющихся смазочной основой, в качестве дисперсной присадки содержит продукт, представляющий собой нанодисперсные частицы, модифицированные фторсодержащим олигомером с молекулярной массой 2000-5000 ед. и общей формулой Rf – R1, где Rf – фторсодержащий радикал, R1 – концевая функциональная группа -ОН; -NH2; -COOH; -CF3, при соотношении нанодисперсные частицы : олигомер 100:1 – 1:100 при следующем соотношении компонентов, мас.% : дисперсная присадка 0,1 -22, смазочная основа – остальное до 100. Технический результат – повышение триботехнических характеристик смазочных композиций, содержащих небольшие добавки присадки, уменьшение абразивного изнашивания смазочной пары трения с деталями, изготовленными из цветных сплавов. 2 табл.
Изобретение относится к области создания смазочных композиций, обладающих повышенной нагрузочной способностью, предназначенных для применения в тяжелонагруженных узлах трения и механизмов. Известны смазочные композиционные материалы для тяжелонагруженных узлов трения, которые состоят из смазочной основы (пластичной смазки или масла) и функционального наполнителя – дисперсных частиц графита, порошков металлов, оксидов металлов, дисульфида молибдена, которые создают на поверхностях трения тонкую экранирующую пленку, предотвращающую износ и уменьшающую силу трения между контактирующими деталями – подшипником и валом [1-3]. Недостатком таких смазок является негомогенность состава, обусловленная осаждением порошкообразной присадки из-за различия ее удельной массы и смазочной основы, технологические трудности получения высокодисперсных частиц присадки, которые имеют высокую стоимость, недостаточная активность присадки в процессах адгезионного взаимодействия с металлическим контртелом, что препятствует образованию устойчивой экранирующей пленки. Известна смазочная композиция, применяемая для подшипников электрических машин, на основе пластичной основы (масло и мыльный загуститель), содержащая высокодисперсной коллоидный магнетит с размером частиц 80-100 Наиболее близким к предлагаемому является смазочный композиционный материал, в котором в качестве смазочной основы использованы нефтяные и синтетические масла, загуститель, а в качестве функциональной присадки использованы нанодисперсные частицы ультрадисперсных алмазов (УДА), ультрадисперсного алмазосодержащего графита (УДАГ) и т.п. [5]. Такие смазочные композиционные материалы обеспечивают высокую износостойкость узла трения и оказывают мягкое полирующее действие на поверхностный слой деталей трения, что приводит к формированию сглаженного равновесного рельефа, обладающего оптимальными триботехническими характеристиками. Содержание присадки находится в диапазоне 1-5 маc.%. Недостатками прототипа являются: – склонность единичных наночастиц к образованию крупных агломератов (агрегации), которые оказывают абразивное воздействие на детали пары трения; – интенсивное абразивное повреждение нанодисперсными алмазосодержащими частицами поверхности относительно мягких металлов – меди и сплавов на ее основе (бронз, латуней), алюминия и сплавов на его основе; – недостаточная эффективность смазочной композиции при низком содержании присадки; – длительность процесса достижения равномерной шероховатости деталей пары трения (процесса прироботки). Задачей изобретение является повышение триботехнических характеристик смазочных композиций, содержащих небольшие добавки присадки; уменьшение абразивного изнашивания смазочной пары трения, с деталями, изготовленными из цветных сплавов; повышение эффективности смазки при эксплуатации в тяжелонагруженных узлах трения; снижение интенсивного изнашивания пары в режиме приработки; увеличение стабильности фрикционных характеристик. Поставленная задача решается применением в качестве присадки продукта, полученного обработкой нанодисперсных частиц, фторсодержащими олигомерами с молекулярной массой 2000-5000 ед. и общей структурной формулой Rf-R1 или Rf-Rf, где Rf – фторсодержащий радикал вида или -[СF2-СF2]n-[СF2-СF2]n-, n=2-40, a R1 – концевая функциональная группа -ОН; -NН2; -СООН; -СF3, В качестве нанодисперсных частиц в заявленном составе используют частицы металлов, силикатов, оксидов, углеродсодержащих продуктов и др. веществ с размерами единичных частиц, кластерных агрегатов или отдельных фаз, не превышающими 100 нм. Такие частицы по классификации академика Витязя П.А. называют нанометровыми или нанофазными [6]. Технология получения таких частиц различна: плазмохимический синтез, термолиз прекурсора в безокислительной среде, сонохимический синтез, термоокислительная обработка, механическое диспергирование и т.п. Модифицирование нанодисперсных частиц осуществляется путем их обработки разбавленным (1-2 мас.%) раствором фторсодержащего олигомера в подходящем растворителе (фреоне, хладоне, спирте, воде и т.п.). Состав растворителя обусловлен строением и молекулярной массой выбранного олигомера. Для интенсификации процесса модифицирования целесообразно процесс проводить при перемешивании в емкости, снабженной лопастной, винтовой, магнитной или др. мешалкой. Возможно использование для интенсификации процесса ультразвукового диспергатора (например, УЗДН-2Т). Обработанную присадку в необходимом соотношении смешивают с базовой смазкой (пластичной смазкой или маслом). Для обеспечения гомогенизации состава смешивание осуществляют в специальных устройствах, обеспечивающих перетирание компонентов смазочного материала. Эффективным методом гомогенизации является применение ультразвукового воздействия на материал с помощью УЗ-диспергатора. Время гомогенизации определяется составом композиционного материала и массой приготавливаемой партии и находится в диапазоне от 10-20 мин до 3-4 часов. Гомогенность полученного состава контролируют по критериям вязкости и интенсивности рассеяния светового потока при прохождении через стеклянную пластину с нанесенным на поверхность слоем смазочной композиции определенной толщины. Заявляемое соотношение фторсодержащего олигомера и нанодисперсной присадки в модифицированной присадке находится в пределах 100:1-1:100. Заявляемое содержание дисперсной присадки в базовой смазке составляет 0,1-22 маc.%. Существенность отличий предлагаемого изобретения от прототипа состоит в том, что модифицирование нанодисперсных частиц фторсодержащим олигомером обеспечивает: – увеличение износостойкости узла трения при одновременном снижении коэффициента трения, вследствие формирования на контактных поверхностях композиционной экранирующей пленки с низким сопротивлением сдвигу и высокой прочностью на сжатие; – снижение склонности нанодисперсных частиц к агрегации, благодаря образованию на единичных частицах или низкоразмерных кластерах адсорбированного слоя олигомерных молекул, препятствующего непосредственному их взаимодействию; – уменьшение абразивного воздействия нанодисперсных модификаторов на поверхность деталей трения из цветных металлов и сплавов, благодаря формированию экранирующего композиционного слоя и упрочненного приповерхностного слоя металлической детали; – увеличение нагрузочно-скоростных режимов эксплуатации узлов трения благодаря образованию на рабочих поверхностях композиционной экранирующей пленки на основе олигомерной матрицы, рамированной наночастицами; – обеспечение транспортирования активной противоизносной добавки – фторсодержащего олигомера – непосредственно в зону фрикционного контакта, что увеличивает ресурс действия смазки и уменьшает вероятность возникновения явлений схватывания и задира на локальных участках взаимодействия деталей узла трения. Составы композиционных смазочных материалов приведены в таблице 1. ERROR ERROR Для приготовления составов смазывающих композиционных материалов использовали дисперсные присадки УДА, УДАГ (ТУ РБ 28619110. 001-95), коллоидный графит марки С-1 (производства Завалаевского графитового комбината, Украина), В качестве фторсодержащих олигомеров использовали продукты с торговыми марками “Фолеокс” и “Эпилам” (производства Института прикладной химии, Санкт-Петербург). Базовые пластичные смазки использовали в состоянии поставки. Триботехнические характеристики композиционных смазочных материалов приведены в таблице 2.
Триботехнические характеристики смазок оценивали на машине трения типа УМТ по схеме “вал – частичный вкладыш” при скорости скольжения 1,0 м/с, нагрузке 5 МПа и фитильном способе подведения смазки к зоне трения. Нагрузку заедания определяли при скорости скольжения 1,0 м/с. Температуру в зоне трения контролировали хромоникелевой термопарой, спай которой размещали вблизи поверхности фрикционного контакта. Приработку пары трения осуществляли при нагрузке 5 МПа и скорости скольжения 0,5 м/с. Время приработки оценивали по стабилизации коэффициента трения и температуры. Как следует из данных таблицы 2, заявленные составы 1-13 в заявленных соотношениях превосходят по триботехническим характеристикам как базовую смазку (состав 18), так и прототип при одинаковом массовом содержании присадки (состав 3). Превышение содержания присадки более заявленного предела 22 мас.% (состав 15) или не обеспечивает достижения дополнительного эффекта или не оказывает заметного положительного действия. Превышение заявленного соотношения в присадке (дисперсная присадка: фторсодержащий олигомер) более заявленного 100:1 (состав 16) или снижение заявленного 1:100 (состав 17) резко снижает эффективность действия присадки. Фторсодержащий модификатор эффективен при различных видах наночастиц или смеси (состав 11). Таким образом, заявляемый состав композиционного смазочного материала в заявленном соотношении компонентов превосходит прототип и базовую смазку по триботехническим характеристикам. Композиционный смазочный материал может быть использован в тяжелонагруженных узлах трения машин и механизмов, эксплуатируемых в условиях воздействия абразивных частиц, вибраций, воздействия агрессивных сред, при изменении передаваемого момента, например, в универсальном шарнире карданной передачи автомобилей и сельскохозяйственной техники. Источники информации 1. Авторское свидетельство СССР №487931, С 10 М 1/16, 1976 г. 2. Авторское свидетельство СССР №179409, С 10 М 5/02, 1964 г. 3. Авторское свидетельство СССР №577221, С 10 М 5/02, 1977 г. Формула изобретения
Состав композиционного смазочного материала на базе нефтяного или синтетического масла, загустителя, представляющих смазочную основу, и дисперсной присадки, отличающийся тем, что в качестве дисперсной присадки используют продукт, представляющий собой нанодисперсные частицы, модифицированные фторсодержащим олигомером с молекулярной массой 2000-5000 ед. и общей формулой Rf-R1, где Rf – фторсодержащий радикал, R1 – концевая функциональная группа -ОН; -NH2; -COOH; -СF3, при соотношении нанодисперсные частицы : олигомер = 100:1-1:100 при следующем соотношении компонентов, мас.%: дисперсная присадка 0,1-22, смазочная основа – остальное до 100.
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
[3]. Такая смазка формирует износостойкую смазочную пленку на контактных поверхностях, которая не разрушается под действием центробежных сил и снижает износ узлов трения. Однако ультрадисперсные частицы металлов имеют высокую стоимость из-за сложной технологии получения. Кроме того, наночастицы металлов интенсивно окисляют базовое масло, что резко ухудшает его триботехнические характеристики и увеличивает интенсивность коррозионно-механического износа [4].
-сиалоны (производства Института механики полимеров, Латвия), нанодисперсную медь (полученную разложением прекурсора в безокислительной среде), термически расщепленный графит ТРГ (производства РУНПП “Гродненский механический завод”. Дисперсность частиц наполнителя не превышала 3-10 нм для единичных частиц и 70-80 нм для нанокластеров или нанофазных областей.