Ремонтно-відновлювальна добавка до рідких та пластичних змащувальних матеріалів

Реферат: UA 110522 U UA 110522 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до галузі машинобудування, зокрема до ремонту машин та механізмів безрозбірним відновленням їх зношених вузлів та агрегатів під час експлуатації за рахунок створення на поверхнях тертя металокерамічного та полімерного покриття. В сучасному машинобудуванні відомі технології відновлення ресурсу механізмів і машин, що включають способи обробки поверхонь тертя деталей машин і механізмів без їх розбирання та припинення експлуатації. До таких технологій можна віднести ряд існуючих способів відновлення поверхонь тертя, загальними ознаками яких є введення в робочу рідину, зокрема в рідкі та пластичні змащувальні матеріали, певних добавок на основі неорганічних матеріалів (Войтов В.А. и др. Технологии триботехнического восстановления. Обзор и анализ перспектив. // Проблеми трибології. - 2003 - № 2 - С. 86-94). Завдяки цьому, при припрацюванні робочих поверхонь тертя в процесі експлуатації машин і механізмів, на робочих поверхнях утворюється металокерамічне покриття, шари якого заміщують зношені ділянки робочих поверхонь та мають значно більшу зносостійкість та кращі антифрикційні властивості, ніж основний матеріал робочих поверхонь. Відомий композиційний триботехнічний матеріал, який представляє собою суміш шунгіту в сполученні з фторвмісним олігомером в поліамідній матриці (патент RU 2401855 С 1 "Композиционный триботехнический материал", МПК С09D 177/02, від 27.03.2009 p.). Позитивний ефект проявляється в тому, що частинки шунгіту виконують роль богатофункціонального модифікатора, що забезпечує формування на поверхнях тертя зносостійкої плівки, яка підвищує триботехнічні характеристики. Недоліком заявленого складу є те, що композиційний триботехнічний матеріал застосовується в парах тертя тільки з поліамідною матрицею. Крім цього, фторвмісний олігомерний полімер сприяє піноутворенню під час циркулювання оливи в системах мащення, що призводить до швидкого окислювання оливи та скорочення строків її заміни. Найближчим аналогом за технічною суттю і результатом, що досягається є ремонтновідновлювальна присадка до змащувальних матеріалів, яка містить каолін в діапазоні 2-3 мас. %, дисульфід молібдену 10…15 мас. %; фулерени та похідні фулеренів 0,1…1,0 мас. % та решта високоолеїнова рослинна олія з вмістом олеїнової кислоти не менш 70…80 мас. % (патент UA 103670 U "Ремонтно-відновлювальна присадка до змащувальних матеріалів", МПК С 10М 103/00, від 25.12.2015 p.), яка вибрана за найближчий аналог. Технічним результатом є те, що запропонований склад ремонтно-відновлювальної присадки після додавання до змащувальних матеріалів, наприклад до моторних та трансмісійних олив, сприяє формуванню на поверхнях тертя покриття аморфної будови, яке має високу зносостійкість і низький коефіцієнт тертя, та надійно утримується на поверхні. Мінеральна речовина - каолін, під час тертя, шаржується в робочі поверхні, що труться. За рахунок одночасної дії каталізаторів та фулеренів утворюються металеві мила (пластичні, легкоплавкі плівки аморфної будови) на поверхнях тертя, які містять метастабільні оксиди мінеральних речовин та полімерні шари плівок, що зв'язують шаржовані оксиди, перешкоджаючи їх викришуванню з поверхонь тертя. Такі структури не мають кристалічної будови і мають великий запас пластичності, повільно накопичують втомленість. Це забезпечує високу зносостійкість покриття, яке утворено аморфними та полімерними плівками, а слабкі зв'язки обумовлюють низький коефіцієнт тертя. Наявність в складі ремонтно-відновлювальної присадки дисульфіду молібдену дозволяє підвищити протизадирні властивості вузлів тертя під час припрацювання, а наявність фулеренів та їх похідних, підвищувати протизносні властивості. Решта складу присадки є високоолеїнова рослинна олія, з вмістом олеїнової кислоти 60…80 мас. %, в якій розчиняються фулерени, що не дозволяє утворюватися осаду, та дозволяє збільшити відсоток олеїнової кислоти в змащувальних матеріалах, що призводить до підвищення зносостійкості. Недоліком заявленого складу є те, що ремонтно-відновлювальна присадка до змащувальних матеріалів містить велику кількість абразивоподібних компонентів (оксид алюмінію), які здатні підвищувати швидкість зношування під час припрацювання поверхонь тертя та погіршувати протизадирні властивості змащувальних матеріалів, в які додається присадка. В основу корисної моделі поставлена задача створення складу ремонтно-відновлювальної добавки для безрозбірного відновлення поверхонь тертя зношених вузлів або агрегатів машин та механізмів, яка містить: шунгіт 1,0…25 мас. %; дисульфід молібдену 1,0…20 мас. %; фулерени та похідні фулеренів 1,0…10 мас. % та решта 97…45 мас. % високоолеїнова рослинна олія з вмістом олеїнової кислоти не менш 60…80 мас. %. Заявлений склад ремонтно 1 UA 110522 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 відновлювальної добавки вводится до рідких та пластичних змащувальних матеріалів 1,0…10 мас. %. Матеріал шунгіт являє собою суміш силікатів до 57 мас. % та аморфноподібного вуглецю до 28 мас. %, решта, до 15 мас. %, домішки інших оксидів металів. Специфічна будова шунгіту характеризується наявністю нанодефектів, що сприяє підвищеній адсорбційній активності частинок шунгіту по відношенню до рідких матеріалів Незначні електричні поля, які формуються нескомпенсованим електричним зарядом, утворюють орієнтації полярних макромолекул, які знаходяться на периферії частинки шунгіту, завдяки утворенню адсорбційних зв'язків, що призводить до формування просторової армуючої структури в об'ємі покриття. Крім цього, наявність у шунгіту аморфного вуглецю, значно знижує ефект абразивної дії силікатів в порівнянні з найближчим аналогом. Під час припрацювання пари тертя під дією контактних напружень та високих температур на плямах фактичного контакту, забезпечується орієнтація плоскостей аморфного вуглецю та утворення просторових структур у вигляді зносостійких плівок. Це веде до відновлення зношених ділянок поверхонь тертя запланованим багатошаровим аморфним покриттям. При цьому відбувається постійне оновлення зносостійкого покриття на поверхнях тертя по мірі його зношування. Запропоноване співвідношення інгредієнтів складу ремонтно-відновлювальної добавки досліджено на оптимум, який складає 3,0…55 мас. % мінеральних речовин - решта, 97…45 мас. %, рослинна високоолеїнова олія, та обґрунтоване забезпеченням високої зносостійкості отриманого покриття при додаванні заявленого складу добавки до рідких та пластичних змащувальних матеріалів 1,0…10 мас. %. При відсотковій місткості в добавці мінеральних речовин меншій ніж 3,0 мас. % та при її введенні в змащувальні матеріали менш ніж 1,0 мас. %, відбувається недостатня взаємодія згаданих мінеральних речовин на зношеній поверхні тертя, в результаті чого отримане покриття має відносно низьку зносостійкість. При більшому ніж 55 мас. % вмісті мінеральних речовин в добавки, та при її введенні в змащувальні матеріали більш, ніж 10 мас. %, відбувається утворення товстих плівок на поверхнях тертя та хвилеподібна зміна швидкості зношування, що також зменшує зносостійкість отриманого покриття. Таким чином, застосування мінеральної речовини - шунгіту в композиції з дисульфідом молібдену та фулеренами, які розчиняються в високоолеїновій рослинній олії, дозволяє досягти синергетичного ефекту, результатом якого є утворення просторових аморфних структур на поверхнях тертя з подальшим отриманням, нарощуванням та оновленням на цих поверхнях згаданих аморфних шарів в сполученні з оптимальним вибором процентного вмісту інгредієнтів складу, що дозволяє досягти формування на поверхнях тертя покриття аморфної та полімерної будови, які мають високу зносостійкість і низький коефіцієнт тертя. Крім цього, використання фулеренів для формування покриття на зношених поверхнях, на відміну від поліамідної матриці, дозволяє відновлювати поверхні, виготовлені з будь-яких матеріалів, наприклад всіх марок сталей і чавунів, сплавів на основі міді, алюмінію, титану та запобігати піноутворенню під час циркулювання олив в системах мащення. Запропонований склад ремонтно-відновлювальної добавки проходить наступні стадії виготовлення. 1. Підготовка сировини, контроль якості сировини, згідно з сертифікатами або паспортами якості. 2. Подрібнення шунгіту та дисульфіду молібдену до розміру часток не більш 1 мкм. Контроль якості подрібнення. 3. Перемішування інгредієнтів та розчинення фулеренів в рослинній олії за допомогою кавітації в ультразвуковій ванні. Можливість реалізації запропонованого складу ремонтно-відновлювальної добавки до моторних олив та пластичних мастил, з досягненням значних технічних результатів, перевірено лабораторними дослідженнями. Лабораторні дослідження проводилися на чотирикульковій машині тертя, згідно з ГОСТ 9490-75 "Материалы смазочные. Метод определения трибологических характеристик на четырехшариковой машине трения". Для випробування були вибрані три моторні оливи: М-10Г2к, М-10ДМ та пластична змазка Литол-24. Лабораторні дослідження проводилися на трьох типах складу ремонтно-відновлювальної добавки. 2 UA 110522 U 5 10 1. Добавка з вмістом інгредієнтів при відсотковій місткості мінеральних речовин меншим, ніж 3,0 мас. % та при її введенні в змащувальні матеріали менш ніж 1,0 мас. %, (нижчий ніж оптимальний). 2. Добавка з вмістом інгредієнтів при відсотковій місткості мінеральних речовин більшим, ніж 55 мас. % та при її введенні в змащувальні матеріали більш ніж 10 мас. %, (більший ніж оптимальний). 3. Добавка з вмістом інгредієнтів при відсотковій місткості мінеральних речовин 3,0….55 мас. % та при її введенні в змащувальні матеріали 1,0…10 мас. %, (оптимальний). Результати випробувань змащувальних матеріалів та змащувальних матеріалів з ремонтновідновлювальною добавкою наведені в таблицях 1-3. Таблиця 1 Трибологічні характеристики змащувальних матеріалів з вмістом ремонтно-відновлювальної добавки меншим, ніж оптимальний Тип оливи М-10Г2к М-10Г2к+добавка М-10ДМ М-10ДМ+добавка Литол-24 Литол-24+добавка Di, mm 0,48 0,48 0,40 0,40 0,75 0,75 Рк, Н Рз, Н 784 784 980 980 617 617 2450 2450 2450 2450 1470 1470 Таблиця 2 Трибологічні характеристики змащувальних матеріалів з вмістом ремонтно-відновлювальної добавки більшим, ніж оптимальний Тип оливи М-10Г2к М-10Г2к+добавка М-10ДМ М-10ДМ+добавка Литол-24 Литол-24+добавка Dі, мм 0,48 0,55 0,40 0,45 0,75 0,80 Рк, Н Рз, Н 784 784 980 980 617 617 2450 2195 2450 2195 1470 1381 Таблиця 3 Трибологічні характеристики змащувальних матеріалів з оптимальним вмістом ремонтновідновлювальної добавки Тип оливи М-10Г2к М-10Г2к+добавка М-10ДМ М-10ДМ+добавка Литол-24 Литол-24+добавка 15 20 Dі, мм 0,48 0,32 0,40 0,30 0,75 0,60 Рк, Н Рз, Н 784 980 980 1235 617 784 2450 3479 2450 3479 1470 1960 Трибологічні характеристики моторних олив і моторних олив з ремонтно-відновлювальною добавкою відрізняються по наступним параметрам. 1. При вмісті добавки меншому, ніж оптимальний, таблиця 1, трибологічні характеристики змащувальних матеріалів та змащувальних матеріалів з ремонтно-відновлювальною добавкою не відрізняються. 2. При вмісті добавки більшому, ніж оптимальний, таблиця 2, трибологічні характеристики змащувальних матеріалів та змащувальних матеріалів з ремонтно-відновлювальною добавкою погіршуються; 3 UA 110522 U 5 10 15 20 25 30 по показнику зносу Dі, що характеризує протизносні властивості змащувальних матеріалів, який погіршується на 6,6….14,5 %; критичне навантаження Рк, яке характеризує діапазон роботи протизносних присадок, не змінюється; по навантаженню зварювання Рз, що характеризує наявність протизадирних властивостей, яке погіршується на 6,0…10,4 %. 3. При оптимальному вмісті добавки, таблиця 3, трибологічні характеристики змащувальних матеріалів та змащувальних матеріалів з ремонтно-відновлювальною добавкою покращуються: по показнику зносу Dі, покращується на 20…33,3 %; по критичному навантаженню Рк, покращується на 25…27 %; по навантаженню зварювання Рз, покращується на 33,3…42 %. Таким чином, лабораторні випробування підтвердили покращення трибологічних характеристик змащувальних матеріалів при використанні ремонтно-відновлювальної добавки. Експлуатаційні випробування проводилися на дизельних двигунах внутрішнього згоряння КамАЗ-740. Перед застосуванням ремонтно-відновлювальної добавки у всіх восьми циліндрах, на прогрітому двигуні, за допомогою компресиметра, вимірювали компресію, яка була нерівномірною по циліндрам і складала 22,8…23,4 МПа. Застосування ремонтно-відновлювальної добавки проводили під час заміни моторної оливи в двигуні, шляхом додавання добавки в моторну оливу. Після пробігу вантажними автомобілями 500 км, на прогрітому двигуні, проводили вимірювання компресії у всіх циліндрах. Величина компресії склала 28,0 МПа, яка є номінальною для даної моделі двигуна. Випробування ремонтно-відновлювальної добавки у складі пластичної змазки Литол-24 проводили в лабораторних умовах на кулькових радіально-упорних підшипниках № 202. Для випробувань вибирали підшипники з напрацюванням 4000…5000 годин, з радіальним зазором від 0,1…0,2 мм. Після додавання оптимального складу ремонтно-відновлювальної добавки до пластичної змазки 10 мас. %, та випробувань під навантаженням на протязі 100 годин, радіальний зазор склав 0,03…0,04 мм, що підтверджу відновлення зношених поверхонь тертя та зменшення радіального зазору. Проведені експлуатаційні випробування підтвердили ефективність ремонтновідновлювальної добавки для відновлення зношених поверхонь тертя. Заявлена корисна модель може бути виготовлена в умовах сучасного промислового виробництва на стандартному устаткуванні із застосуванням стандартних хімічних компонентів. Завдяки унікальним властивостям вона може знайти широке застосування при експлуатації транспортних засобів, машин та механізмів. 35 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 40 Ремонтно-відновлювальна добавка до змащувальних матеріалів, що містить дисульфід молібдену 1,0…20 мас. %; фулерени та похідні фулеренів 1,0…10 мас. % та решта 97…45 мас. % високоолеїнова рослинна олія з вмістом олеїнової кислоти не менш 60…80 мас. %, яка відрізняється тим, що в склад введений шунгіт 1,0…25 мас. %, що в сукупності додається до рідких та пластичних змащувальних матеріалів 1,0…10 мас. %. Комп’ютерна верстка І. Скворцова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4