Спосіб безрозбірного відновлення тертьових сполучень

Изобретение относится к способам обработки поверхностей трения узлов трения и предназначено для снижения механических потерь на трение и увеличения долговечности трущихся сопряжений двигателей внутреннего сгорания, агрегатов и узлов трансмиссий и ходовой части машин и может быть использовано для восстановления металлических трущихся соединений с одновременным повышением их износостойкости. Последние десятилетия во всех промышленно развитых странах характеризуются усиленным вниманием и проблемам трения и изнашивания, вредные последствия которых весьма убыточны. Эти последствия связаны прежде всего с потерями энергии в узлах трения, потерями материалов при изнашивании и выходе оборудования из строя, вредными экологическими последствиями износа уплотнений, подшипников, направляющих и других подвижных сопряжений. Успешное продвижение в вопросе решения некоторых проблем трения и износа способствует увеличению долговечности машин и оборудования, снижению затрат на обслуживание и ремонт. Поэтому основными задачами трибологии (науки о трении) являются снижение трения и износа и, следовательно, экономия энергии и обеспечение нормальной эксплуатации производственных мощностей [1,2, 3]. В настоящее время эти проблемы решаются в основном путем применения различного рода смазок и родственных им продуктов, а также путем совершенствования способов обработки поверхностей узлов трения. При этом немаловажное значение приобретают вопросы стоимости материалов, доступности, эффективности используемых средств. Поэтому в качестве присадок нередко используют природные вещества, предварительно прошедшие специальную обработку. Известно применение природного пирофиллита в качестве антифрикционной и противоизносной присадки и смазочным материалам [4] в виде взвеси в вакуумном и машинном масле порошка, прошедшего измельчение и рассев, до фракций 0,5 - 1,5мкм. Во всех случаях практического применения присадка порошка пирофиллита позволяет повысить срок службы втулок, вкладышей и деталей пар трения на 30 - 40%, однако наиболее она эффективна при смазке деталей, прошедших для повышения износостойкости цементацию или нитроцементацию и имеющих на поверхности тонкий слой внутреннего окисления. Это обстоятельство ограничивает возможности использования указанной присадки, кроме того даже обработанные предварительно детали в процессе эксплуатации могут утратить исходную поверхность и в таком случае дальнейшее использование пирофиллитовой присадки может быть недостаточно эффективным. Известно также твердосмазочное покрытие, содержащее порошкообразный наполнитель и связующее [5], причем в качестве порошкообразного наполнителя используют природную минеральную смесь. сложного состава, дисперсность которой менее 10мкм. Смазочный материал содержит 0,5 - 2% порошкообразного наполнителя, который обеспечивает финишную антифрикционную футеровку природными зеркалами скольжения, что, по-видимому и является причиной заметного снижения коэффициента трения и отсутствием износа испытуемых пар трения. При этом для достижения необходимого эффекта используют природную минеральную смесь, в состав которой входят Ni, Ti, Cr, Cu, Co, FeO, S, CaO, MgO, Al2O3, и, по-видимому, H2O в связанном состоянии. Однако предложенное техническое решение должно быть использовано, как сказано выше, для финишной антифрикционной футеровки. Однако, из-за малой толщины такого рода покрытие может быстро разрушаться при больших нагрузках и колебаниях. При этом, как известно, после разрушения покрытий, которые работают в начальный период эксплуатации машины без износа, после их разрушения трибохарактеристики узлов трения существенно ухудшаются и не восстанавливаются даже при ремонтновосстановительных работах, которые неизбежны для пар трения, работающих в сложных термохимических условиях. Известен, кроме того, способ обработки поверхностей трения узлов трения путем нанесения на поверхность трения твердосмазочного покрытия толщиной 10 - 15мкм [6] и введения в узел трения минерального масла, в которое предварительно вводят 0,5 - 1мас.% от минерального масла присадки, представляющие собой продукт взаимодействия олеиновой кислоты и молибденовокислого аммония. Способ характеризуется также и тем, что антифрикционную присадку вводят в период эксплуатации и она работает одновременно с твердосмазочным покрытием. Описанный выше способ обработки поверхностей трения, заключающийся в сочетании твердосмазочного покрытия и присадки, реализует три механизма смазывающего действия одновременно: физической адсорбции, хемосорбции и химической реакции, приводящих их к сенергизму как на поверхности трения, так и в объеме смазочного материала. Однако при улучшении антифрикционных и противоизносных свойств описанный выше способ не ведет к восстановлению трущихся поверхностей и не может быть использован при ремонтно-восстановительных работах, что ограничивает область его применения. Наиболее близким к заявляемому техническому решению по назначению, технической сущности и достигаемому результату при использовании является способ безразборного восстановления трущихся соединений, включающий подачу в зону трения технологической среды, содержащей порошок, и формирование покрытия при эксплуатационной нагрузке [7], в котором порошок представляет собой смесь мелкодисперсных порошков меди и олова в сочетании с глицерином, щавелевой и олеиновой кислотами. В предлагаемом способе процесс восстановления осуществляется посредством фрикционного нанесения покрытия из пластичных металлов, содержащихся в специальной технологической среде, содержащей поверхностно-активные вещества, позволяющие удалить окисные пленки и пластифицировать обрабатываемые поверхности и частицы порошка. Способ безразборного восстановления трущихся соединений обеспечивает нанесение пластичного покрытия с высокими антифрикционными и противозадирными свойствами толщиной 1 - 2мм, а процесс восстановления длится 10 - 15мин. Однако описанный выше способ не может найти широкое применение, так как износостойкость пластичных материалов не отвечает современным требованиям, они не обеспечивают низких коэффициентов трения порядка 0,020 - 0,038, и это ограничивает применение способа. Поэтому целью предлагаемого технического решения является восстановление трущихся соединений при одновременном улучшении антифрикционных и противоизносных свойств поверхностей трения узлов трения. В основу изобретения поставлена задача усовершенствования способа безразборного восстановления трущихся соединений, в котором, вследствие введения в технологическую среду ремонтно-восстановительного состава на основе порошка из природных минералов или смеси природных минералов, содержащих аморфную двуокись кремния, и катализаторы на основе редкоземельных металлов, обеспечивается восстановление изношенных поверхностей, уменьшается коэффициент трения до значений, которые можно назвать аномально низкими, и за счет этого достигают снижение затрат на ремонт и восстановление, увеличивается срок службы машин и оборудования, снижаются эксплуатационные расходы, так как снижаются потери о узлах трения, что может дать значительную экономию при обработке парка машин и оборудования. Поставленная задача решается тем, что в известном способе безразборного восстановления трущихся соединений, включающем подачу в зону трения технологической среды, содержащей ремонтно-восстановительный порошок, и формирование покрытия при эксплуатационной нагрузке, согласно изобретению, предварительно готовят ремонтно-восстановительный состав, который смешивают с базовым маслом перед подачей технологической среды в зону трения, при этом ремонтно-восстановительный состав готовят на основе порошка из природных минералов или смеси природных минералов, содержащих аморфную двуокись кремния, и катализаторы на основе шунгита или редкоземельных металлов. Указанный технический результат достигают при содержании аморфной двуокиси кремния 40 55% в природном минерале или смеси природных минералов. Дисперсность порошка может быть не более 10 - 30мкм. Количество катализатора выбирают в пределах 0,02 - 2мас.% от веса порошка. Ремонтно-восстановительный состав составляет 0,15 - 20мас.% технологической среды. Подготовка технологической среды перед ее использованием исключает выпадение в осадок порошка или его фильтрацию в системе очистки масла. Указанным содержанием аморфной двуокиси кремния могут обладать природные минералы и их смеси из группы минералов подкласса слоистых силикатов, включающие различные структурные модификации состава Mg3[Si2O5](OH)4. Характерной особенностью минералов этой группы является способность образовывать "зеркала скольжения", которые в данном случае, видимо, и обеспечивают неограниченную работоспособность, а также аномально низкий коэффициент трения, отсутствие износа. Использование катализаторов на основе шунгита или редкоземельных элементов способствует, по-видимому, образованию сложных поверхностных металлокерамических соединений, которые не только содержат зеркала скольжения, но и обеспечивают восстановление изношенных зон трения, их упрочнение, и получение упомянутых выше триботехнических характеристик. Окончательный выбор параметров в каждом случае зависит от степени изношенности зоны трения и материала, из которого изготовлена зона трения. Как видно из изложения сущности заявляемого технического решения, оно отличается от прототипа и, следовательно, является новым. Решение также обладает изобретательским уровнем. Известно использование в качестве твердых смазок материалов, обладающих слоистыми решеточными структурами, у которых связи между слоями - слабые, а в пределах слоя достаточно сильные. Такими структурами обладают некоторые сульфиды, нитриды, селениды. теллуриды и др. соединения тяжелых металлов. Известно использование в качестве твердых смазок стекол (оксид бора, силикаты, фосфаты) [1, 2, 3]. Однако их использование связано с повышением температуры применения до, например, 650°C, но не известно их использование с целью получения аномально низких коэффициентов трения и износа или восстановления поверхностей трения. Известно также использование природной минеральной смеси определенного состава [5] в количестве 0,2 - 2,0мас.% с дисперсностью 0,1 10мкм. Механизм работы твердосмазочного покрытия на основе использования природного минерала упомянутого состава в зоне трения связан, по мнению авторов, с образованием природных зеркал скольжения, которые возникают "благодаря вещественному составу природной минеральной смеси". Результаты лабораторных испытаний показывают неограниченную работоспособность триад трения и отсутствие износа, но эффекта восстановления зоны трения не содержат. Нет также сведений о структуре природной минеральной смеси. В предлагаемом техническом решении триботехнический эффект и восстановление зоны трения связаны с определенным содержанием аморфной двуокиси кремния и наличием катализатора на основе шунгита или редкоземельных металлов. Последнее обстоятельство вообще в триботехническом материаловедении не известно. Предлагаемое техническое решение промышленно применимо, так как может найти широкое использование в различных отраслях машиностроения, а также в системах ремонтновосстановительных и эксплуатационных предприятий для различного оборудования. Примеры осуществления способа. Пример 1. Для обработки цилиндропоршневой группы двигателя внутреннего сгорания "КАМИНГС" (CAMINGS) на Лебединском ГОК'е имевшего 50% износ, использовали технологическую среду, содержащую 0,6г ремонтно-восстановительного состава и 200г базового масла. Ремонтно-восстановительный состав содержал 0,1% РЗМ, 90% смеси серпентина и шунгита, взятых в соотношении 90 : 1, вода остальное. Дисперсность порошка не более 25 - 30мкм. В этом случае содержание аморфной двуокиси кремния равнялось 0,25г. Обработку цилиндро-поршневой группы осуществляли путем введения технологической среды в надпоршневое пространство двигателя по 20г на один цилиндр. Без установки форсунок с помощью ручного привода 20мин вращали коленвал. После этого установили форсунки и запустили двигатель обычным образом. Через 65 часов работы двигателя отмечено снижение объема картерных газов с 225л/мин до 60л/мин, что свидетельствует о полном восстановлении цилиндро-поршневой группы. При этом также отмечено снижение потребляемого топлива на 12%, что также свидетельствует об улучшении трибологических характеристик цилиндро-поршневой группы. Пример 2. Для обработки аксиальнопоршневого насоса типа A2F10R4PU, обеспечивающего после нескольких лет работы давление 80кГс/см2, использовали технологическую среду, содержащую 10г ремонтно-восстановительного состава на 10л базового масла. С учетом того, что узел трения представлял собой пару "сталь - бронза", ремонтно-восстановительный состав содержал 0,2% РЗМ и 88% природно-минеральной смеси, вода остальное. При этом смесь была составлена из серпентина, каолинита и шунгита, взятых в соотношении 2 : 2 : 1, в которой содержание аморфной двуокиси кремния равнялось 6г. Дисперсность порошка не превышала 15 - 20мкм. Насос был включен в работу в замкнутую масляную систему через дроссель, который регулировал нагрузку на насос. Насос прокачивал технологическую смесь в течение 5 часов, при этом температура технологической смеси поднялась до 80 - 90°C. В результате давление, создаваемое насосом, увеличилось до 250кГ/см2, что свидетельствует о полном восстановлении работоспособности насоса, вследствие компенсации износа. Отмечено также снижение потребляемой мощности на 25%, что свидетельствует об улучшении трибологических характеристик насоса. Пример 3. Для обработки узла трения прецизионного станка СВААГЛ-250, имевшего дробление 5 - 6 микрон, овал 7 микрон, использовали технологическую среду, содержащую 0,12г ремонтно-восстановительного состава и 500г консистентной смазки (литол). При этом ремонтно-восстановительный состав содержал 0,1% РЗМ, 90% природной минеральной смеси, составленной из серпентина и шунгита, взятых в соотношении 80 : 2, и вода остальное. Дисперсность порошка не превышала 10 - 12мкм. Обработку станка выполнили в два приема, используя каждый раз по 250г технологической среды в течение 7 часов. После обработки дробление составило 2 - 3 микрона, овал 5 микрон. Полученный результат свидетельствует о восстановлении подшипников прецизионного станка). Как видно из приведенных примеров, в результате использования предлагаемого технического решения обеспечивают восстановление трущихся соединений при одновременном улучшении антифрикционных и противоизносных свойств поверхностей трения узлов трения.