Твердосмазочная композиция для металлических узлов трения

 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к твердосмазочным композициям для тяжелонагруженных узлов трения и может найти применение в подъемных кранах, оборудовании горнообогатительных комбинатов, в насосном оборудовании газо- и нефтепроводов, автомобильном и железнодорожном транспорте, оборудовании судов и др. Композиция содержит связующее и абразивоподобный компонент, который помимо природного гидросиликата магния, содержит оксиды металлов, имеющих меньшее сродство к кислороду, чем железо, а также магнитный твердый раствор этих оксидов со структурой шпинели и/или граната. Присутствие в композиции указанных добавок обусловливает протекание в зоне трения топохимических реакций, обеспечивающих формирование прочно связанной с основой сервовитной пленки, уменьшающей износ элементов узла трения. При использовании композиции в тяжелых машинах через 72 ч снижается вибрация в 2-3 раза. Расход ГСМ снижается на 25%. 3 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к твердосмазочным композициям для узлов трения и т.о. может найти применение в подъемных кранах, оборудовании горнообогатительных комбинатов, в насосном оборудовании газо- и нефтепроводов, автомобильном и железнодорожном транспорте, оборудовании судов и др.

Твердосмазочные композиции по сравнению с другими типами смазок в большей степени обеспечивают в узлах трения теплоотвод и уменьшение трения и износа трущихся поверхностей.

В последние годы появился ряд технических решений /1 - RU 2043393/ согласно которым в качестве наполнителя твердосмазочной композиции используются природные гидросиликаты магния, как то: серпентин, серпентинит, тальк. Наличие порошка указанных соединений в смазочной композиции при определенных условиях ее приготовления, введения между трущимися поверхностями и их приработки приводит к образованию на трущихся металлических поверхностях так называемой сервовитной пленки, существенно уменьшающей их износ.

Прочностные и антифрикционные характеристики сервовитной пленки зависят от многих факторов: от состава композиции, от условий ее приготовления, приработки после введения между поверхностями трения, от состояния последних.

Так, согласно решению /2 - RU 93030760/ для образования сервовитной пленки на трущихся поверхностях после введения между ними смазочной композиции используют трение качения, а уже затем трение скольжения.

В решении /3 - RU 2059121/ обрабатываемый элемент пары трения намагничивают.

Согласно решению /4 - RU 2035636/, взятому авторами настоящего изобретения за прототип, образование сервовитной пленки между трущимися поверхностями обеспечивает смазочная композиция, представляющая собой смесь абразивоподобного порошка со связующим. В качестве абразивоподобного порошка используется состав, содержащий, мас.%: серпентин (Mg_6-xAl_x)(Si_4-xAl_x)O₁₀(OH)₈ при x = 0,75 51 - 60, тальк Mg₃Si₄O₁₀(OH)₂ 20 - 40, сера S, пирротин FeS, энстатит MgSiO₃, фаялит (Fe_0.94Mg_0.06)₂SiO₄ 8 - 10 (взятых в равных долях). Причем для повышения устойчивости сервовитной пленки перед приготовлением смеси абразивоподобный порошок обрабатывается при непрерывном перемешивании сухим насыщенным паром в течение 20 - 25 мин при 110-115^oC. Однако, как показали эксперименты, проведенные авторами предполагаемого изобретения, композиция [4] не обеспечивает формирование прочносвязанного с поверхностью трения слоя, и стало быть задача повышения прочности и долговечности сервовитной пленки, а следовательно и задача уменьшения износа трущихся металлических поверхностей по-прежнему сохраняет актуальность.

В значительной степени решение этой задачи и обеспечивает предлагаемое изобретение, объектом которого является твердосмазочная композиция, которая, как и известная [4], содержит связующее и абразивоподобный порошок природного гидросиликата магния. Это может быть антигорит, серпентин, серпентинит, тальк. Отличается предлагаемая композиция от известной тем, что наполнитель, каковым является абразивоподобный порошок, дополнительно содержит оксиды металлов, имеющих меньшее сродство к кислороду, чем железо (материал трущихся поверхностей), а также магнитный твердый раствор этих оксидов со структурой шпинели и/или граната при следующем соотношении компонентов, мас.%: Природный гидросиликат магния (OH)₄Mg₃Si₂O₅ - 65 - 95 Оксиды металлов с меньшим сродством к кислороду относительно железа (в равных долях) - 0,5 - 10,0 Твердый раствор оксидов со структурой граната и/или шпинели - 4,5 - 25 Оксидами металлов с меньшим сродством к кислороду по сравнению с железом являются оксиды марганца (MnO₂), цинка (ZnO), кобальта (CoO), алюминия (Al₂O₃), кадмия (CdO), германия (GeO₂).

В качестве твердых растворов этих оксидов могут быть использованы шпинели (Mn_1-xMe_xFe₂O₄ (Me-Zn²⁺, Co²⁺, Al³⁺, Ge⁴⁺, Cd²⁺) и/или гранаты Y₃Fe_5-xM_xO₁₂ (Me-Co²⁺, Al³⁺, Ge⁴⁺, Mn³⁺).

Как полагают авторы настоящего изобретения, присутствующий в композиции порошок шпинели и/или граната, обладающий большей твердостью по сравнению с природным гидросиликатом магния, обеспечивает удаление с трущихся металлических поверхностей оксидной пленки и т.о. создаются условия для протекания топохимических реакций (при отсутствии воздуха в масляной среде) между оксидами металлов, также являющимися компонентами композиции, и железом, т.е. материалом трущихся поверхностей, например: 3MnO₂ + 4Fe = 2Fe₂O₃ + 3Mn Результатом таких реакций является более прочное соединение компонентов смазочной композиции с металлической поверхностью, что обусловливает более высокие прочностные свойства сервовитной пленки.

Упрочнению пленки способствует и тот факт, что шпинель или гранат, используемые в композиции, обладают магнитными свойствами, что обеспечивает более тесный контакт между компонентами.

Немаловажную роль играет и степень дисперсности порошков композиции.

Содержание в предлагаемой композиции гидросиликата магния в количестве менее 65 мас.% не обеспечивает формирование на поверхности трения, сервовитной пленки либо требует более длительной приработки для выравнивания макрорельефа. Увеличение содержания этого компонента, являющегося по своей природе абразивом, свыше 95 мас.% может вызвать эффект, обратный достигаемому изобретением, а именно износ узла трения. По этой же причине выбран и верхний предел содержания в композиции шпинели и/или граната, обладающих по сравнению с гидросиликатом магния абразивными свойствами в большей степени. При содержании этих компонентов менее 4,5 мас.% снижается эффективность снятия оксидной пленки с трущихся поверхностей, что является необходимым условием для протекания токохимических реакций, обеспечивающих формирование прочносвязанной с основой сервовитной пленки.

Превышение содержания оксидов относительно выбранного верхнего предела может привести, при долговременной эксплуатации механизмов, к образованию в зоне трения нежелательных фаз, когда как недостаток этих оксидов затрудняет протекание топохимических реакций.

Пример Для приготовления абразивоподобного наполнителя твердосмазочной композиции были использованы следующие компоненты: антигорит Mg₃[OH]₄[Si₂O₅] в количестве 85 мас.%, шпинель Mn_0.6Zn_0.3Co_0.1Fe₂O₄ - 10 мас.%, оксиды MnO₂, CoO, ZnO, GeO₂, Al₂O₃, CdO (в равных долях) - 5 мас.%. Компоненты смешивались в аттриторе при соотношении масса : шары = 1 : 8 в течение 3 ч, тонина помола контролировалось на сите N 0056.

Для приготовления смазочной композиции было использовано обычно применяемое машинное масло в следующем соотношении, мас.%: Масло - 93 Наполнитель - 7
Испытание композиции проводилось на компрессорах марок СКУ, 10 ПМТ, устанавливаемых на газоперекачивающих станциях.

Для более объективной оценки эффективности работы предлагаемой композиции были установлены дополнительные приборы для замеров силы тока, потребляемой энергии, виброскорости.

Результаты испытаний: затраты электроэнергии снижались на 7 - 12%, уровень шума и вибрации снижались на 15%, температура масла снижалась на 11 - 20^oC.

При использовании предлагаемой композиции в тяжелых машинах (грейдерах, самосвалах) наблюдалось снижение вибрации через 0,5 часа после приработки, а через 72 часа вибрация снижалась в 2 - 3 раза и оставалась постоянной. Наблюдалось снижение расхода ГСМ на 25%, что свидетельствует об улучшении динамики работы ДВС. В некоторых опытах снижение энергоносителя достигало 30%.

Источники информации
1. Патент РФ N 2043393, C 10 M 125/04, опубл. 10.09.95.

2. Заявка РФ N 93030760/04, C 10 M 177/00, опубл. 27.12.95.

3. Заявка РФ N 93016432/28, 16 C 33/14, опубл. 10.10.95.

4. Патент РФ N 2035636, 16 C 33/14, опубл. 20.05.95.

Формула изобретения

1. Твердосмазочная композиция для металлических узлов трения, содержащая связующее и абразивоподобный компонент на основе природного гидросиликата магния, отличающаяся тем, что абразивоподобный компонент дополнительно содержит оксиды металлов, имеющих меньше сродство к кислороду, чем железо, а также магнитный твердый раствор этих оксидов со структурой шпинели и/или граната при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Природный гидросиликат мгния - 65 - 95
Оксиды металлов с меньшим сродством к кислороду, относительно железа (в равных количествах) - 0,5 - 10
Твердый раствор этих оксидов со структурой шпинели и/или граната - 4,5 - 25
2. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что в качестве оксидов металлов с меньшим сродством к кислороду, чем железо, она содержит оксиды марганца, цинка, кобальта, алюминия, кадмия, германия.

3. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что в качестве магнитных твердых растворов оксидов она содержит шпинели, отвечающие формуле
Mn_1-xMe_xFe₂O₄,
где Me - Zn²⁺, Co²⁺, Al³⁺, Cd²⁺, Ge⁴⁺, при х = 0,01 - 0,6.

4. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что в качестве твердых растворов оксидов синтезированы гранаты следующего состава
Y₃Fe_5-xMe_xO₁₂,
где Me - Co²⁺, Al³⁺, Ge⁴⁺, Mn³⁺, при х = 0,01 - 1,5

NF4A Восстановление действия патента

Дата, с которой действие патента восстановлено: 10.06.2011

Дата публикации: 10.06.2011

---