Состав композиционного смазочного материала

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 [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].

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.

Таблица 1

Составы композиционных смазывающих материалов
№ п/пКомпонентСодержание материала, мас.%
ПрототипЗаявляемые составы
123456789
1Смазочная основа
Литол-249599,898,994,578--94,594,594,5
Солидол-С-----94,5----
Циатим-201------94,5---
2Дисперсная присадка (нанодисперсные частицы, модифицированные фторсодержащим олигомером)
Нанодисперсные          
частицы:          
ультрадисперс-          
ные алмазы (УДА)5---------
ультрадисперс-ный графит (УДАГ)--0,1152055---
шихта          
коллоидный графит-------5--
С-1          
β-сиалон--------5-
нанодисперсная---------5
медь          
термически----------
расщепленный          
графит (ТРГ)          
Фторсодержащий          
олигомер:          
Марки Ф-1 Rf-COOH-0,10,10,52,0--0,5--
Марки Ф-14 Rf-Rf-

-
-

-
-

-
-

-
-

-
0,5

-
-

-
-

-
0,50,5

-
Марки В-1 Rf-СООСН3------0,5---
Марки "Эпилам"          

Таблица 1 (продолжение)

Составы композиционных смазывающих материалов
№ п/пКомпонентСодержание материала, мас.%
ПрототипЗаявляемые составыСоставы сравнения
101112131415161718
1Смазочная основа
Литол-249594,594,594,594,599,972,594,9884,9100
Солидол-С----------
Циатим-201----------
2Дисперсная присадка (нанодисперсные частицы, модифицированные фторсодержащим олигомером)
Нанодисперсные          
частицы:          
ультрадисперсные алмазы5---------
(УДА)          
ультрадисперсный графит

(УДАГ)-шихта
---50,050,052550,1-
коллоидный

графит

С-1
--2,5-------
β-сиалон----------
нанодисперсная

медь
--2,5-------
термически

расщепленный

графит (ТРГ)
-5--------
Фторсодержа-          
щий олигомер:          
Марки Ф-1

Rf-COOH
-0,5-0,05-0,052,50,0215-
Марки Ф-14

Rf-Rf
--0,5-5-----
Марки В-1

Rf-СООСН3
----------
Марки "Эпилам"----------

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), β-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.

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.

Таблица 2

Триботехнические характеристики смазок
ХарактеристикаПоказатель для смазок
ПрототипЗаявляемые составы
123456789
Интенсивность изнашивания, J×1010          
Для пары трения ст 45 - ст 40Х0,250,300,250,120,180,170,120,170,190,12
Для пары трения ст 45 - БрОЦС5-5-5Задир0,280,230,130,150,130,120,150,180,11
Коэффициент трения          
Для пары трения ст 45 - ст 40Х0,100,090,090,090,100,090,090,080,100,08
Для пары трения ст 45 - БрОЦС5-5-5Задир0,080,080,070,080,080,080,070,090,06
Температура в зоне трения, К (пара ст 45 - ст 40Х)373353343343343343343333353323
Нагрузка заедания, МПа (пара ст45 - ст 40Х)788999910910
Время приработки, мин (пара ст 45 - Ст 40Х)30302520202020252020

Таблица 2 (продолжение)

Триботехнические характеристики смазок
ХарактеристикаПоказатель для смазок
ПрототипЗаявляемые составыСоставы сравнения
1011121314151617
Интенсивность изнашивания, J×10110         
Для пары трения ст 45 - ст 40Х0,250,130,120,180,190,700,200,180,19
Для пары трения ст 45 - БрОЦС5-5-5Задир0,120,110,190,17Задир0,190,150,18
Коэффициент трения         
Для пары трения ст 45 - ст 40Х0,100,080,080,090,080,090,110,100,08
Для пары трения ст 45 - БрОЦС5-5-5Задир0,070,060,080,07Задир0,100,090,07
Температура в зоне трения, К (пара ст 45 - ст 40Х)373333323343343423373353343
Нагрузка заедания, МПа (пара ст 45-ст 40Х)7910884888
Время приработки, мин (пара ст 45 - Ст 40Х)302520253050202530

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.

4. Влияние металлоплакирующих присадок на антифрикционные и противоизносные свойства моторного масла / В.А.Воробьева, Е.А.Лавринович, В.А.Мушинский, А.И.Лесникович // Трение и износ. - 1996. - Т.17, №6, с.827-831.

5. Влияние материала фрикционной пары на триботехнические свойства консистентной смазки, модифицированной ультрадисперсными алмазами. / Витязь П.А., Жорник В.И., Кукареко В.А., Верещагин В.А. // Трение и износ. - 2000. - Т.21, №5, с.527-533.

6. Витязь П.А. Перспективные нанофазные материалы на основе ультрадисперсных алмазов // Теоретические и технологические основы упрочнения и восстановления изделий машиностроения: Сб. ст. - Новополоцк, 2001. С.4-8.

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.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к смазочным составам, а именно к рабочим жидкостям для гидравлических систем, и может быть использовано для гидравлических систем управления специальной техники и других механизмов, работающих в широком температурном интервале, в частности, для гидравлических систем запорной арматуры газовых магистралей, функционирующих в условиях значительных перепадов температур.

Изобретение относится к смазочным материалам, в частности к концентратам, добавляемым в моторные, трансмиссионные, индустриальные масла и в пластичные смазки для снижения и устранения износа трущихся поверхностей деталей, преимущественно пар трения автомобильных двигателей, коробок передач и т.д.
Изобретение относится к триботехнике, в частности к твердосмазачной композиции и способу формирования покрытия на рабочих поверхностях узлов трения; оно может быть использовано в машиностроении для обработки узлов трения, а также при эксплуатации различных механизмов и машин для продления межремонтного ресурса или во время ремонтно-восстановительных операций.

Изобретение относится к композициям смазочных покрытий для смазки резьбовых соединений, а также к резьбовым соединениям металлических труб, способу смазки резьбового соединения и способу соединения металлических труб.
Изобретение относится к машиностроению, в частности, к составам смазочных материалов для узлов трения из сплавов на основе железа, может быть использовано в качестве добавки к смазочным маслам двигателей внутреннего сгорания, механизмов, устройств, к дизельному топливу или в качестве твердосмазочных материалов и может найти применение в автомобильном и железнодорожном транспорте, оборудовании судов, оборудовании горно-обогатительных комбинатов, в насосном оборудовании газо- и нефтепроводов и т.п.

Изобретение относится к области нефтепереработки и нефтехимии, конкретно к составу пакета присадок и составу масла моторного, содержащему этот пакет присадок, которое предназначено для использования в высокофорсированных транспортных дизельных двигателях: автомобильных, тракторных, судовых.

Изобретение относится к области нефтепереработки и нефтехимии, а также к автомобильной промышленности, конкретно к пакету присадок и маслу моторному. .

Изобретение относится к области производства присадок для моторных масел и к моторным маслам, их содержащих, и может быть использовано при производстве моюще-диспергирующих присадок для моторных масел и при производстве последних, предназначенных для очистки систем двигателя внутреннего сгорания при технологическом обслуживании последнего.

Изобретение относится к смазочным материалам и к области производства присадок, улучшающих противоизносные, антифрикционные свойства этих материалов при эксплуатации их в узлах трения различных машин и механизмов, в т.ч.

Изобретение относится к присадкам к смазочным маслам, в частности, для улучшения эксплуатационных свойств трансмиссионных масел, используемых в автотракторной промышленности.

Изобретение относится к области металлообработки, в частности к смазочно - охлаждающим жидкостям (СОЖ), применяемым при обработке металлов резанием. .

Изобретение относится к области сверхтонких полимерных покрытий на основе перфторполиэфиркислот или их производных и может быть использовано в машиностроительном комплексе страны для повышения эффективности эксплуатации металлообрабатывающего инструмента, пресс-форм, оснастки, узлов трения и скольжения различных машин и механизмов.

Изобретение относится к органической химии, а именно к составам, применяемым для обработки твердых поверхностей для снижения их поверхностной энергии, что позволяет регулировать такие свойства поверхности, как износостойкость, адгезия, гидрофобность.

Изобретение относится к области химии полимеров. .

Изобретение относится к смазочным составам, в частности касается антифрикционной композиции к смазочным материалам, и может быть использовано в различных отраслях промышленности, для обработки контактирующих поверхностей различных машин и механизмов, например узлов трения транспортных машин.

Изобретение относится к химии полимеров, более точно к фторсодержащим добавкам к смазочным маслам. .

Изобретение относится к смазочным материалам, в частности к концентратам, добавляемым в моторные, трансмиссионные, индустриальные масла и в пластичные смазки для снижения и устранения износа трущихся поверхностей деталей, преимущественно пар трения автомобильных двигателей, коробок передач и т.д.

Изобретение относится к смазочным композициям, предназначенным для применения в тяжелонагруженных узлах трения и механизмов

Наверх