Високотемпературне мастило для важконавантажених вузлів тертя ковзання

1. Високотемпературне мастило для важконавантажених вузлів тертя ковзання, що містить дисперсійне середовище на основі полімеру, графіт, дисульфід молібдену, яке відрізняється тим, що воно додатково містить аеросил, каолін, фосфороорганічну присадку при наступному співвідношенні компонентів, мас. ч.: дисперсійне середовище - рідкий полімер або колоїдний розчин низько- і середньомо45...90,5 U 1 3 пературному мастилу, тобто працює при 400...450°С і короткочасно до 800°С. При температурах 400...450°С полімерна основа повністю випарюється або піддається термоабо термоокисній деструкції, а як антифрикційні матеріали працює суміш графіту і дисульфіду молібдену. Слід відзначити, що до 800°С (короткочасно) графіт оберігає дисульфід молібдену від окиснення до триоксиду молібдену. Антифрикційну функцію виконує графіт та більш ефективний компонент - дисульфід молібдену. Однак, сухі компоненти - суміш графіту з дисульфідом молібдену легко зсипаються з поверхні металу за наявності ударів, вібрації тощо. їх порівняно висока ефективність проявляється у ступицях валків, шарових опорах, різьбових з'єднаннях, де поверхні, що труться, не контактують з навколишнім середовищем і де сухі компоненти утримуються між поверхнями, що труться. Однак, протизносні властивості залишаються порівняно низькими, що не задовольняє сучасним вимогам до мастил, які працюють у вищеназваному інтервалі температур. Основними недоліками найближчого аналога є: - порівняно низька адгезія сухих порошків графіту і дисульфіду молібдену після випарування полімерної основи і як наслідок цього є потреба відновляти змащування з доволі коротким інтервалом часу; - порівняно низькі протизносні властивості, особливо у випадку зсипання з поверхні металу сухих компонентів. В основу корисної моделі поставлено задачу створення високотемпературного мастила, в якому з введенням аеросилу, каоліну і фосфорорганічної присадки значно збільшується адгезія графіту і дисульфіду молібдену, в результаті чого у значній мірі підвищуються протизносні властивості мастила, а також збільшується час її утримання на поверхні. Як дисперсне середовище може бути використаний будь-який рідкий полімер (типу рідкого поліетилену, поліпропілену, поліізобутилену, рідких каучуків) або колоїдний розчин низько- і середньомолекулярних полімерів того ж типу в мінеральних маслах, Як антифрикційні компоненти можуть бути використані графіт і дисульфід молібдену, для стабілізації мастила і підвищення протизадирних властивостей при високих температурах можуть бути використані аеросил і каолін і в якості присадки - фосфорорганічна присадка, яка містить діалкилфосфорильну і арилсульфониламідну групи і яка сама значно збільшує протизносні властивості як при низьких, так і при високих температурах, а також збільшує адгезію на поверхні металу антифрикційних компонентів: графіту і дисульфіду молібдену, при наступному співвідношенні компонентів, мас. ч.: Дисперсійне середовище - рідкий полімер або колоїдний розчин низько- і середньомолекулярних полімерів в мінеральних маслах або розчинниках 45...90,5 Графіт 3...25 63811 4 Дисульфід молібдену 3...10 Аеросил 1...5 Каолін 2...10 Фосфорорганічна багатофункціональна присадка, яка містить диалкилфосфорильну і арилсульфоніламідну групи 0,5...5. Дисперсійне середовище забезпечує отримання мастила у вигляді густої пластичної суспензії. Залежно від вмісту інших компонентів вміст дисперсійного середовища складає 47-90,5 мас. ч. Як дисперсійне середовище застосовуються рідкі полімери типу рідкого поліізобутилену, рідкого поліпропилену, рідкого поліетилену, рідких каучуків, низькомолекулярних відходів виробництва вище зазначених полімерів, колоїдні розчини низько- і середньомолекулярних полімерів зазначеного типу, в мінеральних маслах або розчинниках (наприклад, Нефрас С-4, масло для приладів, масло И-12-А, И-20-А, нігрол, тетрахлоретан, тетрахлоретилен, фтор-хлорвуглецева рідина 13ФМ тощо). Рідкі полімери і їхні колоїдні розчини забезпечують отримання стійкої однорідної суспензії, високу адгезію при низьких температурах до металу і задовільні змащувальні властивості, у тому числі протизадирні, при низьких та середніх температурах. Графіт - дешевий доступний матеріал. У складі мастила виконує роль антифрикційної добавки, дозволяє підняти верхньотемпературну межу працездатності мастила, створюючи відновлююче середовище при високих температурах і забезпечуючи хімічну стабільність дисульфіду молібдену. Дисульфід молібдену - ефективний антифрикційний і протипригарний компонент. Оптимальний вміст графіту складає 3-25 %, а дисульфіду молібдену - 3-10 %, поєднання їх у визначених пропорціях забезпечує задовільні пластичні і антифрикційні властивості. Аеросил - спінений силікагель, що виконує роль стабілізатора, забезпечуючи седиментаційну стійкість мастила при вмісті 1...5 мас. ч. При високих температурах виявляє протизнос-ні властивості. Вміст більш 5 мас. ч. підвищує ризик здирів. Каолін - природний шаровий мінерал. У складі мастила виконує роль герметизуючої добавки у випадку використання мастила у якості ущільнювача у різьбових з'єднаннях, байонет-них затворах реакторів тощо. Разом в аеросилом каолін стабілізує мастило, підвищуючи його седиментаційну стійкість при високих температурах виконує функції протизадирної компоненти. Вміст, при якому каолін виконує роль стабілізатора і не впливає на інші властивості мастила, складає 2...10 мас. ч. Фосфорорганічна багатофункціональна присадка, яка містить у своєму складі діалкилфосфорильну [(AlkO)2P(O)-] і арилсульфоніламідну (ArSО2NH-) групи, дозволяє збільшити робоче навантаження у вузлі тертя в 1,2-1,3 рази без небезпеки появлення задирів, утворюючи при підвищених температурах на поверхні тертя антифрикційний хемосорбуючий шар, а при високих температурах - сольовий розплав, який складається із суміші сульфатів і фосфатів та виконує функцію високотемпературного мастила, а ще підвищує 5 63811 адгезію до металевої поверхні графіту і дисульфіда молібдену. Оптимальний вміст фосфорорганічної присадки 0,5-5 мас. ч.; нижче 0,5 мас. ч. ефективність присадки значно зменшується, а вище 5,0 мас. ч. підвищення протизадирних і протизнос-них властивостей не спостерігається, однак значно підвищується ціна мастила. Як багатофункціональна протизносна, протизадирна і антикорозійна присадка може бути використана будь яка фосфорорганічна сполука, яка містить у своєму складі арилсульфоніламідну групу і диалкилфосфорильну групу, наприклад, легко доступні і порівняно дешеві сполуки - диалкіларилсульфоніламідофосфати загальної формули 6 X ArSO2N OH (AlkO)2P O X X ArSO2N O + (AlkO)2POH ArSO2NH OH У У O ArSO2NH O (AlkO)2P У O ArSO2N (AlkO)2P X (AlkO)2POH X X H2O ArSO2N (AlkO)2P У ArSO2N OH У ІІ O X SO2Ar У + (CH3)3SiOP(OAlk)2 NHSO2Ar P(OAlk)2 O (CH3)3SiOP(OAlk)2 X Va O NSO2Ar + ArSO2N NHSO2Ar У У X + IVв X O O IVб ArSO2NH де Аr - будь-який ароматичний залишок; Alk - будь-який алкильний залишок, у тому числі будь-які аддукти, отримані за реакцією диалкилфосфітів або триметилсилілдиалкилфосфітів з Nарилсульфоніл-п-хінонімінами (сполуки II-V): ArSO2N P(OAlk)2 X У ArSO2NH P(OAlk)2 IVa У H2O ArSO2N (AlkO)2P NHSO2Ar У ІІІ O Vб де Аr - будь-який ароматичний залишок; Alk - будь-який алкільний залишок; X, У - будь-який залишок. Мастило готують у наступному порядку. Спочатку готують дисперсне середовище: у тому випадку, коли полімер дуже в'язкий, його розбавляють мінеральним маслом та/або розчинником. Потім додають аеросил і присадку при перемішуванні. У випадку необхідності при перемішуванні додають каолін, а потім суміш твердих компонентів графіту і дисульфіда молібдену. Ретельно змішують на протязі 3-6 годин при температурі 6580°С до отримання однорідної суспензії. Змішування компонентів здійснюється у лопатних змішувачах. Приклади композицій мастил, наведених у таблиці 1, використані для різних вузлів тертя. Таблиця 1 Приклади композицій мастил № змащувальної композиції Дисперсійне середовище, мас. ч. . 1 Рідкий каучук, 51 2 Рідкий каучук, 31 3 4 5 6 Поліізобутилен, М.М. 40007000 + масло И-20А (2:3), 50 Присадка (№ сполуки, Дисульфід Графіт, Аеросил, Каолін, розшифровка її скламолібдену, мас. ч. мас. ч. мас. ч. ду), мас. ч. мас. ч. II (Аr=С6Н5, Alk=CH3, 30 8 3 6 Х=У=Н), 2 II (Аr=С6Н5, Аlk=СН3, 55 3 1 8 Х=У=Н), 2 IIІ (Аr=С6Н5, Аlk=С2Н5, 3 30 2 10 Х=У=Н), 5 І (Аr=4-СН3С6Н4, Аlk=і8 20 1 2 С3Н7), 0,5 rVa+IVб+IVв (Аr=4-С1С6Н4, Аlk=н20 3 2 2 С4Н9, Х=2-Сl, У=Н), 1,5 Поліізобутилен, М.М. 900015000 +масло И-20А +тетрахлоретан (1:3:2), 68,5 Поліпропилен, М.М. 400010000+масло И-20А (1:4), 71,5 Поліетилен, М.М. 9500Va+Vб 10000 + нігрол (Аr=4-СН3С6Н4, Аlk=н+фторхлоруглецева рідина С3Н7, Х=У=Н), 3 13ФМ (1:2:2), 62 25 5 5 2 7 63811 Приклад 1. Мастила № 1 і № 2 використовувались у різьбових з'єднаннях байонетного затвору реактора синтезу двоокису хрому, яке має наступні параметри: - різьба дюймова трикутна, крок 12,7 мм, діаметр 584 мм, висота 200 мм; - питоме навантаження у різьбовому з'єднанні 4 2 4·10 Па (450 кг/см ); - режим роботи - періодичний; - термін дії навантаження - 44...56 год з моменту завантаження реактора до закінчення синтезу; - температурний режим - 12 год нагрівання з 20 до 400°С, 24...36 год - проведення синтезу при 400°С, 8 год - охолодження з 400 до 80°С. Можливий контакт різьбового з'єднання байонетного затвору з газом, що утворюється у ході реакції і який має наступний склад, об. %: - кисень - 80; - пари перегрітої води - 15; - пари хромових кислот - 5. Одноразове введення мастила до різьбового з'єднання байонетного затвору після проведення синтезу утворює на поверхні рівномірне тонке покриття сірого кольору, що в наступному виконує роль твердого мастила. Після нанесення мастила було проведено 7 синтезів по 56 годин, при цьому відхилень технологічних параметрів від норми не спостерігалось. Відкривання і закривання байонетного затвору здійснювалось плавно, без застосування надмірних зусиль. Стан твердого мастильного шару після розбирання різьбового з'єднання задовільний. Використання в аналогічних умовах мастиланайближчого аналога дозволило провести 2 синтези, після чого знадобилося повторне змащування з-за оголення поверхні тертя і виникнення небезпеки заїдання байонетного затвору. Таким чином, мастило у порівнянні з найближчим аналогом дозволяє збільшити час роботи реактора не менш, ніж у 3,5 рази і знизити трудові витрати на його обслуговування. 8 Приклад 2. Мастило № 3 використовувалось в ущільненні пароконденсатної головки кальцинатора у виробництві карбоната натрію, яке має наступні параметри: - матеріал пари, що треться - ст.20, клас точності 9-10; - діаметр ущільнення - 370 мм; - робоча температура - 270-320°С, короткочасно до 380°С; - швидкість обертання - 7 об/хв; - набивка ущільнення - асбестовий шнур, діаметр 30 мм з попередньою обробкою мастилом; - тиск пару у системі - 32 атм. Одноразове забивання ущільнення з застосуванням мастила забезпечує роботу пароконденсатної головки на протязі 90-110 днів. Стан поверхонь, що труться, після роботи ущільнення без змін. Без змащування ущільнення забезпечує роботу пароконденсатної головки протягом 50-60 днів, після чого спостерігається втрата герметичності ущільнення. Приклад 3. Мастила складів № 4-6 випробувались для змащування ланцюгових передач у печах відпалу алюмінієвих туб при 450-470°С у порівнянні з мастилом фірми "Kluber" (Німеччина) тип "WolfracoteTop Paste", яка використовувалась в тих же цілях, і в порівнянні з мастилом-прототипом за Патентом України № 12342А. При випробуванні мастило наносилось на ланцюг працюючої стальної ланцюгової передачі при охолодженні ланцюга до 100-120°С, після чого включали електронагрів печей. Протизносні властивості різних складів мастил оцінювали на чотирикульковій машині тертя при 300°С. Експлуатаційні характеристики випробуваних мастил, а також порівняльні протизносні властивості наведені у таблиці 2. Таблиця 2 Експлуатаційні характеристики мастил Мастильні композиції Спосіб нанесення Температура початку виникнення диму, °С Максимальний інтервал між нанесенням мастила, год. Відносні протизносні властивості "Wolfracote-Top Paste" поливання після разбавления 200...230 85 1,0 170 2,0 255 245 240 3,0 2,9 , 2,8 Мастило за Патентом України № 12342А Склад № 4 Склад № 5 Склад № 6 -"-"нанесення щіткою -" помітного димоутворення немає -"-"-" При використанні запропонованого мастила підвищуються протизносні властивості у 1,4-1,5 разів, при збільшенні інтервалу між нанесенням у 1,4-1,5 разів. 9 Комп’ютерна верстка Д. Шеверун 63811 Підписне 10 Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601