Антифрикционный состав

 

Изобретение относится к смазочным материалам, а именно к модификаторам трения, антифрикционным составам, вводимым в смазочные материалы. Антифрикционный состав содержит, мас.%: Фторуглерод - 0,5 - 2,0 Кластерный материал - 0,1 - 1,0 Графит - 0,1 - 5,0 Поверхностно-активные вещества - 2,0 - 10,0 Металлоплакирующие составляющие - 1,0 - 5,0 Дисперсионная среда - Остальное Изобретение позволяет обеспечить снижение расхода топлива в двигателях внутреннего сгорания, стабилизацию процесса трения и улучшить техническое состояние двигателя. 2 ил.

Изобретение относится к смазочным материалам, а именно к модификаторам трения, антифрикционным составам, вводимым в смазочные материалы.

Известны различные антифрикционные составы, снижающие коэффициент трения и уменьшающие износ трущихся поверхностей деталей машин.

Известен универсальный модификатор (УМ) - специальная одноразовая присадка к моторным и иным маслам, покрывающая трущиеся детали "скользким" слоем на основе фторопластов, в несколько раз продлевающим срок их службы, защищающим от коррозии, снижающим расход топлива и масла (см. рекламу "Аспект-Модификатор").

Недостатками универсального модификатора является его высокая стоимость (на 01.07.94 - 19$ за 100 мл для обработки 5 л моторного и 2,5 л трансмиссионного масла) и недостаточная эффективность при тяжелых условиях работы трущихся пар типа поршневое кольцо - втулка цилиндра. Условия работы такой пары трения требуют периодического ввода модификатора, что связано с большими расходами.

Известно применение металлоплакирующих смазочных композиций, реализующих режим избирательного переноса (Гаркунов Д.Н., Крагельский И.В. Открытие N 41 - Бюллетень изобретений и товарных знаков, 1965, N 17). Однако более поздние исследования (Бершадский Л. И. Самоорганизация и надежность трибосистем. - Киев: Общество "Знание" Укр. ССР, 1981) показали, что металлоплакирование не имеет никакого отношения к избирательному переносу. В чистом виде применение таких композиций в тяжелых условиях работы двигателей не нашло применения.

Наиболее близким к предлагаемому составу и достигаемому результату являются антифрикционный состав АМГ-3 "Квалитет" (ТУ-100-599-92) - густотекшее вещество черного цвета, представляющее собой концентрированную стабильную дисперсию алмазо-графитного кластерного материала и графита в индустриальном масле. Общий процент кластерного материала в АМГ-3 составляет 1%. Алмазная фракция - ультрадисперсный корацковый материал с размерами частиц 20 - 500 сенгстрем, получаемый взрывным способом из смесей тротила с гексогеном, октогеном и т. п. взрывчатыми веществами. Состав включает в себя также поверхностно-активные вещества и металлоплакирующую составляющую, образующие на трущихся поверхностях модифицированный слой. Проверка эксплуатационных свойств состава показала хорошие результаты. Этот антифрикционный состав принят за прототип.

Недостатком прототипа является нестабильное, в пределах 5 - 7% повышение энергоемкости процесса трения через некоторое время после подачи смазки. Этот органический недостаток был обнаружен во время проверки антифрикционных свойств компонента на модернизированной машине трения 77-МТ-1 с возвратно-поступательным скольжением образцов и подогревом. Периодическая подача смазки имеет место во многих механизмах, в частности в двигателях с возвратно-поступательным движением. Поэтому проведенные исследования имитировали условия работы трибологической пары поршневое кольцо-втулка со скоростями, подачей мала в зону трения, температурой и давлением в зоне верхней мертвой точки 1-го поршневого кольца, где наблюдаются максимально эксплуатационные износы. Вышеотмеченное периодическое повышение энергоемкости процесса, связанное с подачей масла, можно объяснить действиями кислотной и кластерной составляющих компонент 1, воздействующих наиболее эффективно в начальной стадии процесса после ввода смазки.

Целью предлагаемого изобретения является стабилизация и снижение энергоемкости процесса.

Поставленная цель достигается приданием модифицированному слою, образующемуся на трущихся поверхностях, дополнительных свойств путем добавки в ингредиенты компонента АМГ-3 в качестве стабилизатора фторуглерода.

Добавление фторуглерода в компонент АМГ-3 уменьшало рассматриваемое повышение энергоемкости процесса, начиная с 0,5 мас.% содержания фторуглерода. В зависимости от режима трения, периодичности подачи смазки и дисперсной среды наибольшая эффективность от ввода фторуглерода имела место при его добавлении в количестве 0,5 - 2,0 мас.%.

Дальнейшее увеличение содержания фторуглерода нецелесообразно из-за наступающей стабилизации энергоемкости процесса и повышения стоимости компонента.

Предлагаемый антифрикционный состав позволяет стабилизировать и снизить энергоемкость процесса трения.

Так же, как и прототип, антифрикционный состав включает алмазо-графитный кластерный материал, графит, поверхностно-активные вещества (ПАВ), металлоплакирующие составляющие и дисперсионную среду.

Отличие предлагаемого антифрикционного состава состоит в том, что он дополнительно содержит фторуглерод при следующем соотношении ингредиентов, мас.%: Фторуглерод - 0,5 - 2,0 Кластерный материал - 0,1 - 1,0
Графит - 0,1 - 5,0
Поверхностно-активные вещества - 2,0 - 10,0
Металлоплакирующие составляющие - 1,0 - 5,0
Дисперсионная среда - Остальное
Технический результат при использовании предлагаемого антифрикционного состава заключается в снижении коэффициента трения, уменьшении энергоемкости процесса, повышении долговечности и надежности узлов трения и механизмов.

Применение предлагаемого антифрикционного компонента в двигателях внутреннего сгорания обеспечивает снижение расхода топлива и улучшает техническое состояние двигателя.

В антифрикционном составе в качестве ингредиентов можно использовать следующие:
Фторуглерод по ТУ-301-02.271-29-94, кластерный материал по ТУ-080-177-21-90, графит - ГОСТ 8295-73, поверхностно-активные вещества - ГОСТ 29213-91, дисперсионная среда - масло, например, масло индустриальное - ГОСТ 20799-75.

Антифрикционный состав готовят следующим образом.

Дисперсной средой состава обычно являются индустриальные масла ГОСТ 20799-75, либо (по требованию заказчика) другие масла, в этом случае необходимы дополнительные испытания компонента. Для предотвращения поглощения влаги из воздуха после получения кластерного материала его после очистки сразу заливают дисперсной средой. Полученный продукт тщательно размешивают с использованием, например, ультразвуковых генераторов, нагревают до 50 - 60^oC и, продолжая интенсивное размешивание, добавляют фторуглерод, поверхностно-активные вещества и металлоплакирующие составляющие. Добавление фторуглерода в компонент АМГ-3 уменьшало рассматриваемое повышение энергоемкости процесса, начиная с 0,5 мас.% содержания фторуглерода. В зависимости от режима трения, периодичности подачи смазки и дисперсионной среды наибольшая эффективность от ввода фторуглерода имела место при его добавлении в количестве 0,5 - 2,0 мас.%. Дальнейшее увеличение содержания фторуглерода нецелесообразно из-за наступающей стабилизации энергоемкости процесса и повышения стоимости компонента.

Результаты испытания представлены на фиг. 1 и 2.

Испытания проводились на возвратно-поступательной машине трения 77-МГ-1 с подогревом, с целью максимально приблизить условия имитации работы трибологической пары поршневое кольцо-втулка.

Стенд оборудован каналами регистрации: частоты циклов, температуры и силы трения. Построение графиков выполнено плоттером.

Обработка данных в компьютере заключалась в вычислении энергоемкости процесса в зависимости от изменения внешних условий: применяемого масла, компонента, температуры, скорости перемещения образцов и нагрузки.

На предлагаемых фигурах по оси ординат - работа трения J, Дж, на оси абсцисс - продолжительность процесса τ, ч. Линиями со звездочками обозначено время подачи АМГ-3 и предлагаемого состава. Из рассмотрения графиков следует, что как в первом, так и во втором случае добавление антифрикционного компонента резко снижает (примерно на 20%) работу трения, после чего происходит повышение энергоемкости процесса. Смазка на поверхность трибопары подавалась эпизодически, через каждые 4 - 5 часов. Из графиков фиг. 2 следует, что подача на поверхность трибопары смазки, содержащей компоненты АМГ-3, приводит к колебательному процессу: сначала к снижению, затем к повышению работы трения. В то же время подача смазки, включающей АМГ-3 и фторуглерод, см. фиг. 1, значительно стабилизирует процесс трения при некотором (на 3 - 5%) снижении энергоемкости процесса.

Формула изобретения

Антифрикционный состав, содержащий алмазо-графитный кластерный материал, графит, поверхностно-активные вещества, металлоплакирующие составляющие и дисперсионную среду, отличающийся тем, что он дополнительно содержит фторуглерод при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
Фторуглерод - 0,5 - 2,0
Кластерный материал - 0,1 - 1,0
Графит - 0,1 - 5,0
Поверхностно-активные вещества - 2,0 - 10,0
Металлоплакирующие составляющие - 1,0 - 5,0
Дисперсионная среда - Остальное,

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2