Синтетическая смазочно-охлаждающая жидкость с углеродными нанотрубками
Изобретение относится к синтетическим смазочно-охлаждающим жидкостям для механической обработки металлов и может быть использовано на машиностроительных предприятиях различных отраслей народного хозяйства. Сущность: смазочно-охлаждающая жидкость содержит, мас.%: триэтаноламин 0,8-1,6, сода кальцинированная 0,25-0,35, нитрит натрия 0,25-0,5, противопенная присадка 0,1-0,08, модификатор 0,01-1,0, вода - остальное. Модификатор представляет собой дисперсный водный раствор углеродных нанотрубок при их концентрации 170-300 млн/мл, полученный с помощью ультразвука. Дисперсность водного раствора предпочтительно составляет 3,5-5,0 мкм. Диаметр нанотрубок предпочтительно составляет 40-60 нм, а длина не более 2 мкм. В качестве противопенной присадки может быть использована полисилоксановая жидкость. Технический результат - повышение трибологических свойств, особенно по критерию нагрузки сваривания (несущая способность) в 1,7 раза, увеличение стойкости режущего инструмента на 20-40%. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к синтетическим смазочно-охлаждающим жидкостям для механической обработки металлов и может быть использовано на машиностроительных предприятиях различных отраслей народного хозяйства.
Известен концентрат синтетической смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) для механической обработки металлов Аквол 14 (ТУ 38 101971-84) [1], содержащий в своем составе следующие компоненты, мас.%:
| Малеиновый ангидрид | 15 |
| Полипропиленгликоль ПЭГ-35 или Гидропол 200 | 10 |
| Триэтаноламин | 30 |
| Синтанол ДС-10 (или ОП-10, НЦСЭ 12) | 0,5 |
| Нитрит натрия | 4,0 |
| Бензтриазол | 0,2 |
| Вода | До 100 |
Данная СОЖ в виде 3%-ных водных растворов применяется на операциях точения, сверления, шлифования углеродистых и легированных сталей и обеспечивает хорошие технологические свойства. Недостатком ее являются невысокие антикоррозионные свойства в отношении черных металлов, поэтому в состав добавляется нитрит натрия, который вследствие своей токсичности запрещен во многих странах мира. Кроме того, СОЖ обладает низкими трибологическими свойствами, а также в процессе работы она частично расслаивается.
Задачей изобретения является устранение указанных недостатков. Технический результат заключается в повышении трибологических свойств и увеличении периода стойкости режущего инструмента. Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что синтетическая смазочно-охлаждающая жидкость содержит смешанные в воде триэтаноламин, соду кальцинированную, нитрит натрия, противопенную присадку и модификатор, в качестве которого использован дисперсный водный раствор углеродных нанотрубок при их концентрации 170-300 млн/мл, полученный с помощью ультразвука, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Триэтаноламин - 0,8…1,6
Сода кальцинированная - 0,25…0,35
Нитрит натрия - 0,25…0,5
Противопенная присадка - 0,1…0,08
Модификатор - 0,01…1,0
Вода - остальное
при этом дисперсность водного раствора целесообразно выбрать на уровне 3,5-5,0 мкм, диаметр нанотрубок 40-60 нм, а их длину не более 2 мкм, и в качестве противопенной присадки использовать полисилоксановую жидкость.
На графике показано влияние концентрации углеродных нанотрубок на трибологические свойства раствора.
Приведенный график показывает нецелесообразность увеличения концентрации углеродных нанотрубок в растворе свыше 300 млн/мл.
Углеродные многослойные нанотрубки получены при каталитической конверсии метана при температуре 750°С и давлении 0,002 МПа в аппарате каталитического пиролиза с неподвижным слоем катализатора (производства ОАО «Тамбовский завод «Комсомолец» им. Н.С.Артемова»). Полученный материал представляет смесь нановолокон и нанотрубок диаметром 40-60 нм и длиной до 2 мкм. Оценка параметров нанотрубок осуществлялась путем сканирующей и просвечивающей электронной микроскопии.
Качественную смесь воды и нанотрубок удалось получить диспергированием углеродных нанотрубок в воде в среде ультразвука с помощью универсальной ультразвуковой ванны с частотной модуляцией ИЛ100-3/1. Оптимальное время диспергирования составляет 6-8 мин. Графитовые нанотрубки обладают следующими свойствами:
| Свойства | Однослойные нанотрубки | Сравнение с известными данными |
| Характерный размер | Диаметр от 0,6 до 1,8 нм | Предел электронной литографии 7 нм |
| Плотность | 1.33-1.4 г/см3 | Плотность алюминия 2.7 г/см3 |
| Прочность на разрыв | 45 ГПа | Самый прочный сплав стали разламывается при 2 ГПа |
| Упругость | Упруго изгибается под любым углом | Металлы и волокна из углерода ломаются по границам зерен |
| Стабильность по температуре | До 2800°С в вакууме и 750°С на воздухе | Металлизация в схемах плавится при 600-1000°С |
Указанные физико-механические свойства подтверждают их высокую несущую способность, которую необходимо получить в зоне контакта инструмента и заготовки для предотвращения схватывания и сваривания трущихся (контактирующих) поверхностей.
Активная составляющая жидкости (изобретения) состоит из молекул меньшего размера, цепи которых ориентированы не перпендикулярно, а параллельно к контактирующим поверхностям, что обеспечивает высокую проникающую способность СОЖ в зону резания. Кроме этого графитовые нанотрубки, имеющие высокие физико-механические свойства, присутствуя в зоне резания, сокращают возможность контактирования трущихся поверхностей, воспринимая на себя большие контактные нагрузки. Цилиндрическая форма нанотрубок повышает несущую способность клина СОЖ в зоне резания.
Оценка трибологических свойств предлагаемой СОЖ различных концентраций, включая и прототип, проводилась через критерий нагрузки сваривания (Рс) и показатель износа (Дн) для нагрузки 1300 Н при 120-секундных испытаниях. Последние определялись на 4-шариковой машине по методике согласно ГОСТ 9400-75, антикоррозионные свойства - ГОСТ 6243-75 на пластинках из серого чугуна по ГОСТ 24104, биологическая стойкость - ГОСТ 9.085-78.
Использование предлагаемого смазочно-охлаждающего средства обеспечивает по сравнению с прототипом следующие преимущества:
- повышаются трибологические свойства, особенно по критерию нагрузки сваривания (несущая способность) в 1,7 раза;
- увеличивается период стойкости режущего инструмента на 20-40%.
1. Синтетическая смазочно-охлаждающая жидкость, содержащая смешанные в воде триэтаноламин, соду кальцинированную, нитрит натрия, противопенную присадку и модификатор, отличающаяся тем, что в качестве модификатора использован дисперсный водный раствор углеродных нанотрубок при их концентрации 170-300 млн/мл, полученный с помощью ультразвука, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| триэтаноламин | 0,8-1,6 |
| сода кальцинированная | 0,25-0,35 |
| нитрит натрия | 0,25-0,5 |
| противопенная присадка | 0,1-0,08 |
| модификатор | 0,01-1,0 |
| вода | остальное |
2. Жидкость по п.1, отличающаяся тем, что дисперсность водного раствора составляет 3,5-5,0 мкм.
3. Жидкость по п.1 или 2, отличающаяся тем, что диаметр нанотрубок составляет 40-60 нм, а длина не более 2 мкм.
4. Жидкость по п.1 или 2, отличающаяся тем, что в качестве противопенной присадки использована полисилоксановая жидкость.
