Способ формирования покрытия на трущихся поверхностях
Изобретение относится к способу формирования прочного износостойкого покрытия на трущихся поверхностях узлов трения и механизмов. Сущность: проводят механоактивацию измельченной смеси минералов, магнитную сепарацию с дисперсностью 0,001-0,1 мкм и в структурированном масле осуществляют ультразвуком диспергацию, при этом порядка 20% частиц доводят до наноразмера. Полученную твердосмазочную композицию добавляют в смазку и смазку подают на трущиеся поверхности с последующей приработкой до формирования защитно-ресурсного ремонтного булатируемого покрытия. Смесь минералов содержит в мас.%: серпентин 78,1-82,5, оливинит 3,5-4,5, амфибол 2,2-4,1, тремолит 2,4-2,5, нефрит 0,7-0,8, гетит 2,4-2,8, редкоземельные элементы 2,3-2,5, ПАВ 1,0-2,5, катализатор 1,5-2,5. Технический результат - повышение износостойкости по всей геометрии деталей в узлах трения при эксплуатации машин и механизмов. 1 табл.
Предлагаемое изобретение относится к способу формирования прочного износостойкого покрытия на трущихся поверхностях узлов трения и механизмов.
Известен способ образования защитного покрытия на трущихся металлических поверхностях при исходной смеси минералов, содержащей офит 50-80 мас.%, нефрит 10-40 мас.%, шунгит 1-10 мас.%, путем измельчения компонентов до размера частиц 5-10 мкм и их перемешивания. Состав подается в узлы трения со смазкой [1].
Наиболее близким к заявленному способу является способ формирования покрытия на трущихся поверхностях, в котором проводят измельчение смеси минералов, содержащей серпентин в виде смеси хризотил-асбеста, офита, антигорита, лизордита, амфибола, пирофиллита, ПАВ, и с получением твердосмазочной композиции с дисперсностью 1-40 мкм, с последующей механоактивацией композиции размещением полученного состава между трущимися поверхностями [2].
Однако известное изобретение не обеспечивает формирования покрытия, прочносвязанного с поверхностью трения.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является многократное повышение износостойкости по всей геометрии деталей в узлах трения при эксплуатации машин и механизмов.
Для достижения технического результата предлагается способ формирования покрытия на трущихся поверхностях путем измельчения исходной смеси минералов, включающей в мас.%: серпентин 78,1-82,5, оливинит 3,5-4,5, амфибол 2,2-4,1, тремолит 2,4-2,5, нефрит 0,7-0,8, гетит 2,4-2,8, редкоземельные элементы 2,3-2,5, ПАВ 1,0-2,5, катализатор 1,5-2,5, композиция проходит механоактивацию.
Компоненты, измельченные до размера 0,001-0,1 мкм, проходят магнитную сепарацию, затем их помещают в ванну со структурированным маслом и проводят ультразвуковым генератором диспергацию, при этом в среднем 20% частиц дробят до наноразмера и полученную композицию добавляют в смазки, которые подают на трущиеся поверхности.
Сущность предлагаемого изобретения.
В основу изобретения положен способ формирования прочного износостойкого защитно-ресурсного ремонтного булатируемого покрытия и избирательной компенсации при износе поверхности трения всех трущихся механизмов на основе железа и деталей машин в процесс режима штатной эксплуатации. Способ включает измельченную исходную смесь композиции минералов, содержащую: серпентин 78,1-82,5 мас.%, оливинит 3,5-4,5 мас.%, амфибол 2,2-4,1 мас.%, тремолит 2,4-2,5 мас.%, нефрит 0,7-0,8 мас.%, гетит 2,4-2,8 мас.%, редкоземельные элементы 2,3-2,5 мас.%, ПАВ 1,0-2,5 мас.%, катализатор 1,5-2,5 мас.%. Для получения предлагаемой композиции проводят механоактивацию и магнитную сепарацию с дисперсностью 0,001-0,1 мкм, затем ультразвуковым генератором частицы дробят до наноразмера, полученную композицию добавляют в смазки и подают в узлы трения.
Для формирования защитно-ресурсного ремонтного булатируемого покрытия на контактирующих поверхностях размещают смазки механоактивируемой смеси и падают на поверхность трения, где происходит формирование защитно-ресурсного покрытия в процессе эксплуатации механизмов. Исследования по рентгенографии показали, что сформированное покрытие на деталях по своей структуре напоминает «булат», так называемый псевдобулат. Деталь сохраняет свою структуру, а соприкосаемая кромка детали приобретает сверхпрочность «булата», т.е. происходит булатирование покрытия.
Серпентин - слоистый силикат состоит из двух сеток [Si4O5]2-, соединенных вместе катионами в комплектные пакеты состава [Si4O10]4-. Наличие нескомпенсированного электростатического заряда обусловлено тем, что, с одной стороны, сетки из кремнекислородных тетраэдров имеют одну свободную валентность, что определяет появление только на одной стороне сетки тетраэдров отрицательного заряда. В сдвоенных пакетах [Si4O10]4- отрицательные заряды обеих сеток направлены внутрь пакета и скомпенсированы катионами Mg.
При воздействии трения избирательная компенсация в узлах трущихся поверхностей обусловлена самоорганизующимся процессом формирования защитно-ресурсного ремонтного булатируемого покрытия. Зону контакта трущихся поверхностей рассматривают как термодинамическую систему, где происходит обмен энергии трущихся поверхностей с внешней средой защитно-ресурсного ремонтного булатируемого покрытия, при этом происходит гибридизация углерода в защитно-ресурсном ремонтном булатируемом покрытии и образование гетероатомных кристаллов. Так как температура в узлах трения трущихся деталей в микрообъемах достигает 900-1500°С, то на микроуровне происходит микровзрыв, осуществляющий легирование деталей. В процессе трения защитно-ресурсного ремонтного булатируемого покрытия происходит освобождение энергии с активным поведением ионов активированного композита с потерей кристаллизационной воды, что приводит к замещению лигантов (активных молекул) с поверхностным смещением кристаллической решетки и замещением атомов железа на атомы, из которых изготовлены восстанавливаемые детали. Этот процесс сопровождается интенсивной очисткой поверхностного слоя от загрязнений и образованием булатируемого покрытия. Происходит сильное уплотнение поверхности металла деталей. Внедрение в поверхность металла атомов сопровождается потерей кристаллизационной воды, где кристаллы становятся одновременно усилителями процесса для наращивания ремонтного булатируемого покрытия. Композиция не уносится из зоны трения, так как она магнитная и может ориентироваться по направлениям векторов электромагнитных полей, в состав входят магнитный минерал - серпентин.
В месте с тем в предлагаемую смесь минералов вводят катализатор, представляющий собой природный минерал, например силикагель, для ускорения процесса формирования покрытия в количестве 1,5-1,6 мас.%.
Композиция используется в качестве добавок к смазкам любой вязкости в железнодорожном и автомобильном транспорте, горнообогатительных комбинатах, оборудовании судов и т.п. После подачи композиции смазки на трущиеся поверхности для формирования покрытия в узле трения осуществляем несколько перезапускав, чтобы композиция растеклась по всей поверхности детали. При этом детали контактируют на очень малой площади, составляющей 0,01-0,0001 номинальной площади сопряженных поверхностей, отсюда следует чем меньше частица, тем большую площадь она занимает.
Увеличение ресурса, трущихся механизмов осуществляют путем использования сформированного защитно-ресурсного ремонтного булатируемого покрытия на узлах трения в штатной эксплуатации при добавлении в смазку композиции природных минералов.
Пример 1
Проверка эффективности способа формирования защитно-ресурсного ремонтного булатируемого покрытия и избирательно компенсации на дизеле тепловоза ТЭМ2УМ №1028 при соотношении мас.%: серпентин - 82,5, оливинит - 4,0, амфибол - 2,5, тремолит - 2,5, нефрит - 0,8, гетит - 2,5, редкоземельные элементы - 2,5, ПАВ - 1,1, катализатор - 1,6 со структурированным маслом в качестве органического связующего из расчета состава 0,01 г на 500 г штатной смазки.
Эффективность технологии оценивалась по изменению параметров дизеля после обработки цилиндропоршневой группы, кривошипно-шатунной группы, топливной аппаратуры, регулятора частоты оборотов. Измерения производятся штатным оборудованием станции реостатных испытаний с применением контрольной аппаратуры «кипарис».
Контролируемые параметры на этапе предварительных испытаний:
- давление сжатия в цилиндрах;
- давление масла;
- температура масла;
- расход топлива на режиме холостого хода.
Результаты замеров сведены в таблицу.
| Параметры | До обработки | После обработки | ||||||||||
| Давления сжатия | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| 25 | - | 25 | 26 | 25 | 24 | 27 | 32 | 30 | 34 | 33 | 33 | |
| Давление масла | 2,3 кг/см2 (позиция «0») | 2,6 кг/см2 (позиция «0») | ||||||||||
| Температура масла | 68°С (позиция «0») | 62°С (позиция «0») | ||||||||||
| Расход топлива | 7.3 кг/ч (позиция «0») | 6,375 кг/ч (позиция «0») |
Контроль параметров дизеля производится после обработки двигателя в течение часа на режиме холостого хода и работы под нагрузкой в течение 30 минут.
В результате обработки дизеля среднее давления сжатия в цилиндрах увеличилось на 6,4 кг/см2 (25,6%), расход топлива на режиме холостого хода (позиция «0») снизился на 0,925 кг/см2 (12,6%).
Использование предлагаемой композиции в двигателях, механизмах позволяет снизить износ узлов трения в 2-5 раз, уменьшить потери на трения в 3 раза, осуществить восстановление компрессии в ДВС без их разборки.
Пример 2
Марка автомобиля - ТАТРА.
Проверка эффективности способа формирования защитно-ресурсного ремонтного булатируемого покрытия и избирательной компенсации в узлах трущихся поверхностей при соотношении в мас.%: серпентин - 80,0, оливинит - 4,0, тремолит - 2,5, амфибол - 2,5, нефрит - 0,8, гетит - 2,7, редкоземельные элементы - 2,5, ПАВ - 2,5, катализатор - 2,5 со структурированным маслом в качестве органического связующего из расчета состава 0,05 г на литер штатной смазки.
Обработка проводилась 2 раза.
Общий пробег - показания спидометра 630000 км. Вторая обработка после пробега 95000 тыс.км.
Достигнуты, следующие результаты.
1. Довление масла:
замеры проводились на прогретом двигателе до 40°С
| Р холостого хода (кгс/см2) | Р при средних оборотах (кгс/см2) n=1000 об/мин | Р при tax оборотах (кгс/см2) | |
| Замеры до первой обработки с пробегом 630000 км | 1,0 | 3,0 | 3,0 |
| Замеры после первой обработки | 3,0 | 3,8 | 3,8 |
| Замеры после пробега 30000 км | 3,9 | 4,0 | 4,0 |
| Замеры до второй обработки пробег 95000 км | 2,0 | 3,9 | 4,1 |
| Замеры после второй обработки через 8000 | 2,1 | 4,0 | 4,1 |
2.Отмечен рост компрессии по цилиндрам
| № цилиндра | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | Сред |
| Замеры до первой обработки 23.09.2002 г. | 22,5 | 20,0 | 22,5 | 20,5 | 20,0 | 24,0 | 22,0 | 23,0 | 22,0 | 24,0 | 22,5 |
| Замеры после первой обработки через 2500 км | 25,0 | 23,0 | 25,0 | 23,0 | 24,0 | 25,0 | 25,0 | 24,5 | 24,5 | 25,0 | 24,45 |
| Замеры после пробега 30000 км 20.05.2003 г. | 27,0 | 26,0 | 27,5 | 24,5 | 27,0 | 26,0 | 26,0 | 27,0 | 27,0 | 28,0 | 26,6 |
| Замеры до второй обработки 95000 км пробег 17.09.2004 г. | 29,0 | 29,0 | 30,0 | 30,0 | 30,0 | 29,0 | 29,0 | 29,0 | 29,0 | 29,0 | 29,8 |
| Замеры после второй обработки через 8000 км пробег 18.11.2004 г. | 29,5 | 29,5 | 30,5 | 30,0 | 30,0 | 29,5 | 30,5 | 29,5 | 29,5 | 29,5 | 29,8 |
Средний рост компрессии по цилиндрам составил 1.6%.
Происходит снижение СО, СН, снижается расход топлива на 30%, что позволяет улучшить в целом роботу всех деталей и самого двигателя, т.е. произошло восстановление без разборки.
Использованные источники информации
1. Патент РФ №2135638, МПК С23С 26/00, С10М 125/00, опубл. 27.08.99 г.
2. Патент РФ №2179270, МПК F16С 33/14, опубл. 10.02.2002 г.
Способ формирования покрытия на трущихся поверхностях путем измельчения исходной смеси минералов, включающей серпентин, амфибол, офит и ПАВ, механоактивацию полученной твердосмазочной композиции, размещением полученного состава между трущимися поверхностями, отличающийся тем, что осуществляют формирование защитно-ресурсного ремонтного булатируемого покрытия путем изготовления измельченной композиции, содержащей исходную смесь минералов в составе: серпентин, оливинит, амфибол, тремолит, нефрит, гетит, редкоземельные элементы, ПАВ, катализатор, получая твердосмазочную композицию, затем проводят механоактивацию, магнитную сепарацию с дисперсностью 0,001-0,1 мкм и в структурированном масле осуществляют ультразвуком диспергацию, при этом порядка 20% частиц доводят до наноразмера, затем полученную твердосмазочную композицию добавляют в смазку и смазку подают на трущиеся поверхности при следующем содержании минералов в смеси, мас.%:
| серпентин | 78,1-82,5 |
| оливинит | 3,5-4,5 |
| амфибол | 2,2-4,1 |
| тремолит | 2,4-2,5 |
| нефрит | 0,7-0,8 |
| гетит | 2,4-2,8 |
| редкоземельные элементы | 2,3-2,5 |
| ПАВ | 1,0-2,5 |
| катализатор | 1,5-2,5 |
