Антифрикційна композиція

Антифрикційна композиція, що містить змащуючу речовину і введені в неї тонкоподрібнені до фракції не більше 0,01 мм природні мінерали, включаючі серпентин і модифікатор, яка відрізня 3 Модифікатор - шунгит 1-5% від маси вказаних природних мінералів [«Способ формирования антифрикционного покрытия трущихся поверхностей» RU2264440C1 (Мироненко А. В, Сивак Б. А., Тарасик А.В.) C10M177/00//C10N30:06, 20.11.2005, найбільш близький аналог - прототип] [6]. Недоліком відомої антифрикційної композиції [6] є те, що вона включає природні мінерали: клінохлор і бурий алевроліт, а як модифікатор - шунгит, які не забезпечують достатнє зміцнення матеріалу елементів, що труться, в зоні контакту, внаслідок чого, у разі часткового порушення цілісності покриття із-за недостатньої його адгезії з елементом, що покривається, відбувається місцевий знос, а також розвиваються корозійні процеси, що знижує фізико-механічні властивості і термін служби (ресурс) антифрикційної, плівки (захисного покриття) на поверхнях, що труться, триботехнічних пар. Технічною задачею, на вирішення якої направлена корисна модель, є удосконалення складу антифрикційної композиції, шляхом введення в її склад природних мінералів і модифікатора, які забезпечують ефективне зміцнення матеріалу поверхонь, що труться, фрикційних (триботехнічних) пар, зниження абразивної дії на поверхні, що труться, в процесі формування покриття, а також поліпшення утримання на них мастила (масла) після завершення формування покриття. Технічний результат, який досягається при рішенні поставленої технічної задачі і використанні вдосконаленої антифрикційної композиції, полягає в підвищенні фізико-механічних властивостей і терміну служби (ресурсу) антифрикційної плівки (захисного покриття) на поверхнях, що труться, триботехнічних пар. Поставлена технічна задача вирішується, а технічний результат досягається тим, що в антифрикційній композиції, що містить змащуючу речовину і введені в неї тонкоподрібнені до фракції не більш 0,01мм природні мінерали, включаючі серпентин і модифікатор, згідно корисної моделі, природні мінерали додатково включають діоксид кремнію (SiO2) і оксид магнію (MgO), а як модифікатор використана фуллеренова сажа (ФС) (включаюча фуллерен С60 в кількості 7-10%), при цьому компоненти знаходяться в наступному співвідношенні, мас, % Серпентин - 40-60 Діоксид кремнію (SiО2) - 10-50 Оксид магнію (MgO) - 5-20 Модифікатор - фуллеренова сажа (ФС) (включаюча фуллерен С60 в кількості 7-10 %) - 0,5-1,0. Введення до складу природних мінералів діоксиду кремнію (SiО2) в кількості 10-50%, забезпечує його оптимальний вміст в антифрикційній композиції, оскільки підвищує її антифрикційні і антикорозійні властивості і покращує адгезію антифрикційного покриття з елементом, що покривається, триботехнічної пари. При зменшенні вмісту діоксиду кремнію (SiO250%) погіршується адгезія антифрикційного покриття з елементом, що покривається, триботехнічної пари. Введення до складу природних мінералів оксиду магнію (MgO) в кількості 5-20%, забезпечує його оптимальний вміст в антифрикційній композиції, оскільки знижує абразивний знос і підвищує довговічність антифрикційного покриття. При зменшенні вмісту оксиду магнію (MgO20%) підвищується абразивний знос при формуванні покриття. Застосування як модифікатор фуллеренової сажи (ФС), (що включає фуллерен С60 в кількості 7-10% від загальної кількості фуллеренової сажи (ФС)) викликано тим, що останнім часом, у зв'язку з розвитком нанотехнологій, знаходять все більше застосування нанокластерні вуглецеві матеріали (НВМ). Нанокластерні вуглецеві матеріали (НВМ) - це матеріали, що включають або складаються з вуглецевих частинок (кластерів) наноскопічних розмірів (одиниць, десятків нанометрів) хоч би в одному вимірюванні. У цьому вимірюванні вони більш менш монодисперсні. У різних фізичних і хімічних процесах кластери поводяться як окремі незалежні частинки зі своїми специфічними властивостями. До НВМ відносяться фуллерени, фуллеренова сажа (ФС) і фуллеренова чернь (ФЧ). Фуллеренова сажа (ФС) - це продукт, що складається з різних фуллеренів, великої кількості різних за формою кластерів фуллероидного типу. Найбільш популярні і вивчені фуллерени з 60 і 70 атомів вуглецю (С60 і С70), формою схожі на покришку звичайного футбольного м'яча. Тільки діаметр цих «м'ячів» складає близько 0,7нм. Присутність фуллерена С60 в мінеральних мастилах ініціює утворення захисної фуллеренополимерної плівки товщиною до 100нм на поверхнях контртіл (тіл тертя фрикційних пар). Створення перебудованого змащувального шару веде до кращого утримання мастила в парах тертя. Пояснюється це тим, що при екстремальних навантаженнях мастило не видавлюється з пар тертя і тим самим запобігається передчасний знос поверхонь фрикційних пар. Час життя вузлів тертя (ресурс) в аварійних ситуаціях зростає в 3-8 разів. Одночасно збільшується несуча здатність вузлів тертя в 2-3 рази і робочий інтервал тиску в 1,52 рази. Застосування як модифікатора фуллеренової сажи (ФС), (включаючої фуллерен С60 в кількості 7-10% від загальної кількості фуллеренової сажи) в кількості 0,5-1,0%, забезпечує її оптимальний вміст в антифрикційній композиції, оскільки прискорює утворення антифрикційного покриття і підвищує його антифрикційні властивості. 5 49178 При зменшенні вмісту фуллеренової сажи (ФС1,0%) суттєво зростає вартість, внаслідок чого стає невигідним її застосування як модифікатора. Надалі вдосконалена антифрикційна композиція пояснюється описом прикладу її виконання. У загальному випадку заявлена антифрикційна композиція містить змащуючу речовину і введені в неї тонкоподрібнені до фракції не більш 0,01мм природні мінерали, включаючі серпентин і модифікатор. Особливістю удосконалення антифрикційної композиції є те, що природні мінерали додатково включають діоксид кремнію (SiO2) і оксид магнію (MgO), a як модифікатор використана фуллеренова сажа (ФС) (включаюча фуллерен С60 в кількості 7-10%), при цьому компоненти знаходяться в наступному співвідношенні, мас, % Серпентин - 40-60 Діоксид кремнію (SiО2) -10-50 Оксид магнію (MgO) - 5-20 Модифікатор - фуллеренова сажа (ФС) (включаюча фуллерен С60 в кількості 7-10%) - 0,5-1,0. Як змащуючу речовину використовують технічні масла або технічні рідини або пластичні мастила. Приклад. У прикладі виконання як змащуючу речовину використовували технічне масло. 6 Для прискорення утворення і підвищення стійкості антифрикційної плівки (захисного покриття) на поверхнях, що труться, фрикційної пари, утворюваної вдосконаленою антифрикційною композицією, як початкові природні мінерали використовували серпентин, діоксид кремнію (SiО2) і оксид магнію (MgO), а як модифікатор використовували фуллеренову сажу (ФС), включаючу фуллерен С60 в кількості 7-10% від загальної кількості фуллеренової сажи (ФС). Серпентин подрібнювали до фракції не більше 0,01мм в млині в аргоновому середовищі з подальшою магнітною сепарацією. Решта компонентів була використана у вже подрібненому вигляді до фракції не більше 0,01мм. Початкові природні мінерали серпентин, діоксид кремнію (SiO2) і оксид магнію (MgO) і модифікатор - фуллеренову сажу (ФС) (включаючу фуллерени С60 в кількості 7-10%), подрібнені до фракції не більше 0,01мм, змішували з технічним маслом і подрібнювали в рідинному дезинтеграторі до фракції 0,001-0,01мм при масовому співвідношенні технічного масла і природних мінералів 60-65:0,75-1,5 з конкретним співвідношенням природних мінералів: серпентин, діоксид кремнію (SiО2) і оксид магнію (MgO) і модифікатора - фуллеренової сажи (ФС), мас.% (приклади 1-5) (див. таблицю 1). За аналогічною технологією, проводили приготування антифрикційної композиції по прототипу RU2264440C1 [6] з конкретним співвідношенням природних мінералів: клинохлор, бурий алевроліт і антигорит, мас. % (приклад 6) (див. таблицю 1). Таблиця 1 Природні мінерали Приклади 1-6 Приклад 1 Приклад 2 Приклад 3 Приклад 4 Приклад 5 Приклад 6 Прототип RU 2264440 С1 [6] Модифікатор ФуреллеТермін служнова сажа Механічні власти- биантифрикДіоксид Оксидмагнію (ФС), (вкл-ча Серпентін Клінохлор Бурий алевШунгіт мас. вості антіфрікційної ційної плівкремнію (MgO) мас. фуллерен плівки ки(ресурс), мас. % мас. % роліт мас. % % (SiO2)мас. % % С60 в кіль-ті годин 7-10%), мас.% Не задовільні. Низька якість за41,7 55 3 0,3 7200 (10 міс.) хисного покриття, мала довговічність Задовільні. трива44,5 50 5 0,5 лий час прироб- 7920 (11 міс.) лення Добрі. Підвищенні міцністні і пружнодеформаційні ха- 9360 (13 мес) 54,25 30 15 0,75 рактеристики пок- 9360 риття, малий час прироблення Задовільні. Малий 60 19 20 1,0 приріст маси зон 7920 (11 міс.) контакту Незадовільні. Підвищена абразив70 13,5 15 1,5 ність і некероване 7200 (10 міс.) зростання покриття 50 33 15 2 Не задовільні. Не стабільні характе- 6480 (9 міс.) ристики покриття 7 49178 Приклади 2, 3, 4 підтверджують підвищення механічних властивостей і терміна служби (ресурса) антифрикційної плівки на поверхнях, що труться, фрикційної пари утвореної вдосконаленою антифрикційною композицією. Використання як модифікатор фуллеренової сажи (ФС) дозволяє зменшити (порівняно з прототипом RU2264440C1 [6], де як модифікатор використаний сильноабразивний матеріал - шунгит) абразивну дію на триботехничні поверхні, оскільки фуллеренова сажа (ФС) є вуглецевим матеріалом, що містить фуллерени розміром 10-50нм. Крім того, фуллерени, що містяться у фулле 8 реновій сажі (ФС), утворюють на поверхнях, що труться, свого роду каркас, який в процесі роботи заповнюється нафтеновими складовими змащувального матеріалу. Таким чином, створюється особливий структурований шар, надійно утримуючий масляний клин, зокрема, в екстремальних умовах роботи, при цьому зберігається близьке до максимально можливої пляма контакту у вузлі тертя. Фізико-механічні властивості захисного покриття для прикладів 1-6 виконання антифрикційної композиції приведені в таблиці 2. Таблиця 2 Приклади № п/п 1 2 3 4 5 6 Шорсткість поверхні, Ra Мікротвердість, Hv Коефіцієнт тертя Зміна маси, г 0,42 0,40 0,31 0,81 0,44 0,58 559 410 626 392 619 569 0,03 0,031 0,02 0,06 0,03 0,03 +3,0*10-3 +3,1*10-3 +3,5*10-3 +1,4*10-3 +2,9*10-3 +3,0*10-3 Приклад 3 свідчить про те, що антифрикційна композиція при згаданому складі компонентів, мас. % (див. таблицю 1): серпентин - 54,25, діоксид кремнію (SiО2) - 30, оксид магнію (MgO) - 15, модифікатор - фуллеренова сажа (ФС) (включаюча фуллерен С60 в кількості 7-10%) - 0,75, забезпечує захисне покриття на поверхні фрикційної пари,, яке володіє (див. таблицю 2) найменшою шорсткістю, Ra - 0,31, найбільшою мікротвердістю, НВ - 626, найменшим коефіцієнтом тертя - 0,02 і най Комп’ютерна верстка А. Крижанівський більшою зміною маси у бік її збільшення, Г(+)3,5*10-3. Вдосконалена антифрикційна композиція складається виключно з природних мінералів і може бути успішно використана у вузлах тертя різних механічних засобів при формуванні антифрикційних покриттів поверхонь, що труться, фрикційних пар, зокрема в двигунах внутрішнього згорання (ДВС), а приведені відомості підтверджують можливість її промислового використання. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601