Склад для обробки пар тертя та спосіб його виготовлення

1. Склад для обробки пар тертя, який включає абразивоподібний порошок на основі природного гідросилікату, магнію з домішками йому супутніми та порошок більш твердого абразиву, ніж абразивоподібний порошок на основі природного гідросилікату магнію з домішками йому супутніми, який відрізняється тим, що порошок більш твердого абразиву, ніж абразивоподібний порошок на основі природного гідросилікату магнію з домішками йому супутніми, взятий у суміші з порошком металу або порошком металомісткої домішки при такому співвідношенні компонентів у мас. %: A (54) СКЛАД ДЛЯ ОБРОБКИ ПАР ТЕРТЯ ТА СПОСІБ ЙОГО ВИГОТОВЛЕННЯ 37084 Винахід відноситься до галузі обробки поверхонь тертя вузлів тертя шляхом модифікації поверхонь тертя, формування зносостійкості та захисних шарів та може бути використаний як при обробці нових деталей та вузлів тертя, так і при ремонтно-відновлювальних операціях. Відомо, що тертя, яке виникає при відносному переміщенні контактуючих тіл, є причиною зносу деталей, які складають пари тертя. Під зношенням розуміють процес зруйнування та відділення матеріалу з поверхні твердого тіла та (або) накопичування його остаточної деформації при терті, яке виявляється у поступовій зміні розмірів та (або) форми тіла. Кількісною характеристикою зношення є знос, який оцінюється, наприклад, за зменшенням за час роботи маси деталей, деяких геометричних параметрів деталей, збільшенню зазорів у парах тертя та інше. Основні трибологічні характеристики (інтенсивність зношення та коефіцієнт тертя kтр) залежать від фізико-хімічного стану контактуючих матеріалів та умов їх роботи. Сьогодні у машинобудуванні є реальні можливості керування формуванням поверхневого шару. Зміцнення поверхневого шару деталей, яке супроводжується поліпшенням параметрів шорсткості поверхні, підвищенням твердості, збільшує опір стомленості та зносу, забезпечує у вузлах, наприклад, тертя, заданий ресурс або навіть його збільшення. Основним методом зменшення зносу охоплення є створення стійких міцних захисних плівок повторних структур унаслідок взаємодії твердих добавок до змащувальних масел. Одним із перспективних напрямків є використання у якості твердих добавок природних мінералів або суміші природних мінералів із ряду шаристих силікатів. Відомо не менш восьми патентів, у яких із метою модифікації поверхонь тертя вузлів тертя у якості твердої добавки до складу для обробки поверхонь тертя використовують серпентиніти ([1] опис до патенту РФ № 2001323, від 06.04.92, М.кл. F16С 33/14; [2] опис до патенту РФ № 2057257, від 27.01.94, М.кл. F16С 33/14; [3] опис до патенту РФ № 2035636, від 07.07.93, М.кл. F16С 33/14; [4] опис до патенту РФ № 2006707, від 03.07.92, М.кл. F16С 33/14; [5] опис до патенту РФ № 2059121, від 03.10.93, М.кл. F16С 33/14; [6] опис до патенту РФ № 2006708, від 22.12.92, М.кл. С10М 125/10; [7] опис до патенту РФ № 2135638, від 26.11.98, М.кл. С10М 125/10; [8] опис до патенту України № 24442, від 22.04.97,. М.кл. С23С 26/00, С10М 125/40). Узагальнюючи зміст описів винаходів та формул, можна сказати, що патенти [1]-[6] відносяться, на думку їх авторів, до "Способів формування сервовитних плівок на поверхнях, які труться". Вони усі включають такі операції як попереднє механоактивування суміші абразивоподібного порошку з органічним зв'язуючим, розташування її між поверхнями, які труться, та приробку поверхонь тертя. Спільним для згаданих вище технічних рішень є використання для здійснення способу серпентиніту у поєднанні з різноманітними добавками. Іншими словами, суть винаходів, які носять назву "Спосіб...", полягає у використанні різноманітних сумішей, у склад яких обов'язково входить будь-яка речовина з числа серпентинітів. Як пока зує аналіз змісту описів винаходів [1]-[7], спільним для них є й той безсумнівний факт, що використання у якості твердої добавки до технологічного органічного середовища порошку природного мінералу типу серпентиніт забезпечує будь-якого виду модифікацію поверхонь тертя, яка виявляється у підвищенні зносостійкості та поліпшенні деяких технологічних характеристик пар тертя. Однак суть модифікацій, їх природа та механізм не розкриті в жодному з описів. Так, в описі до патенту [1] повідомляється про зменшення зносу приблизно у 10 разів, але у порівнянні з використанням чистого мастила без твердої добавки. У [4] під покриттям розуміють "суміш мінералів та зв'язуючого", тобто йдеться про змащувальний склад з твердою добавкою, а результат визначали шляхом "шкрябання різцем із наплавкою із твердого сплаву". У [3] та [4] склади пропоновані, а результати використання не зрозумілі взагалі. У [5] та [6] природний серпентиніт змішували з технологічним середовищем, яке назвали зв'язуючим, у кількості 0,5-40 мас. %. Результат відмітили у одному випадку як підвищення ККД редуктора на 3%, а у другому "утворенням сервовитної плівки товщиною до 0,3 мкм", що дозволило пропонувати спосіб для ремонту зношених поверхонь та нанесення "зверхміцної сервовитної плівки на поверхні, які контактують та труться, нових виробів". Такий само ж приблизно підхід й до викладення отриманих результатів й в описі до патентів [7] та [8]. Усім цим патентам більш підійшла б назва "Твердозмащувальна композиція для металевих вузлів тертя". Така назва відповідала би складу всіх перелічених патентів, оскільки по суті в них пропоновані різноманітні склади твердих добавок до змащувальних масел. Іншими словами, в усіх описах до патентів із [1] по [8] по суті пропонуються різноманітні тверді добавки до змащувальних масел. Однак запропоновані технічні рішення не забезпечують отримання принципово нових результатів, як у порівнянні з попередніми технічними рішеннями, так і у порівнянні один з іншим. Крім того, у деяких випадках виявляється, що використання твердої добавки на основі серпентинітів не забезпечує позитивний результат. Всупереч тому, спостерігається значний знос не тільки у початковий період, але й при наступній експлуатації вузла тертя зі згаданими добавками до технологічного середовища. Найбільш близьким рішенням до даного за призначенням, суттю та результатом, що досягається, при використанні є склад для обробки пар тертя, який включає абразивоподібний порошок на основі природного гідросилікату магнію з домішками йому супутніми та порошок більш твердий, ніж абразивоподібний порошок на основі гідросилікату магнію (див. опис до патенту РФ № 2127299, М.кл. С10М 125/10, від 18.04.97). При цьому у якості металомістких добавок використані оксиди металів з меншим рідством до кисню відносно заліза, а у якості більш твердого абразиву, чим абразивоподібний порошок на основі природного гідросилікату з домішками йому супутніми, використані або тверді розчини цих оксидів, або синтезовані гранати. 2 37084 Як помічають автори цього технічного рішення, воно дозволяє отримати добрий результат, який висловлений у зниженні рівня вібрації, витрати ПЗМ на 25-30%. Однак відмічено, що "збільшення складу абразивоподібного компоненту понад 95% може викликати ефект, зворотний досягаємому винаходом", тобто викликати інтенсивний знос та тому у якості другої основної складової обраний компонент "який має у порівнянні з порошком на основі природного гідросилікату магнію з домішками йому супутніми абразивні якості у великому ступені". Такий суперечливий підхід до абразивоподібних складаючих композиції роз'яснюється тим, що, як і в усіх раніше розглянутих випадках, використання у якості твердої добавки композиції на основі абразивоподібного порошку природного гідросилікату магнію з домішками йому супутніми не стабільно дає позитивний ефект. Слід відмітити також, що кількість складу для обробки пар тертя та його ефективність суттєво залежать й від способу його підготовки, хоча цьому питанню приділено зовсім небагато уваги. Відомий спосіб підготовки природного серпентиніту, який включає диспергування природного мінералу, який перед використанням попередньо механоактивують у суміші із солідолом з пульсацією тиску 0,01-1 МПа при температурі 40-100°С, при цьому „місткість домішок в абразивоподібному порошку знаходиться у межах 3-10 мас. % (див. опис до патенту РФ № 2006707, від 03.07.92, М.кл. F16С 33/14). Як відмічено у описі, така місткість домішок забезпечує пасивуючі властивості сервовитної плівки, яку отримують у результаті використання природного серпентину у якості твердої добавки до солідолу. Відомий також спосіб підготовки складу на основі суміші природних гідратів, таких як серпентин, тальк, піротин, естатіт, фаяліт, який включає диспергування, обробку у центрифузі та барокамері, у якій створювали режим насиченого пару з температурою 110°С та обробляли протягом 20 хвилин. Обробка порошку сухим насиченим паром при одночасному його розпиленні, на думку заявників, ефективно зневожує його без спікання та робить його легким, додатково стабілізуючи його дисперсність. Оскільки конкретних результатів використання складів, виготовлених на основі вказаних гідратів, в обох випадках не наведено, можливо припустити, що склади, як і в інших випадках, впливають не тільки позитивно, але й у ряді випадків негативно, а способи підготовки не роблять суттєвий вплив на стабілізацію позитивного ефекту. Найбільш близьким за призначенням, технічною суттю та досягаємим результатом при використанні є спосіб виготовлення складу для обробки пар тертя, який включає диспергування природного гідросилікату магнію, зневоження та магнітне сепарування (див. опис до патенту РФ № 2059121, від 03.10.93; М.кл. F16С 33/14). Однак результат такої підготовки не зовсім зрозумілий, оскільки отриманий таким чином склад використовували у достатньо складному процесі обробки поверхонь тертя, а результати із прийомами підготовки складу не пов'язані та укладаються "у підвищенні ККД редуктора на 3%, зниженні температури на 7% відносно вимог креслення на мастилі Літол-24". Таким чином, ні запропоновані відомі склади на основі природних мінералів, ні способи їх підготовки стабільних результатів відносно підвищення зносостійкості, коефіцієнту тертя або технічних характеристик машин та механізмів не мають. Тому метою даного технічного рішення є отримання стабільних позитивних результатів при використанні у якості твердої добавки складу для обробки пар тертя на основі природного гідросилікату. В основу винаходу поставлена задача поліпшення складу для обробки пар тертя, який включає абразивоподібний порошок на основі природного гідросилікату магнію з домішками йому супутніми, у якому, в наслідок включення до складу додатково суміші порошку металу з порошком абразиву більш твердим, ніж абразивоподібний порошок на основі природного гідросилікату магнію з домішками йому супутніми, або порошок металомісткої добавки із тим же абразивом, забезпечується формування міцнопов'язаного з поверхнею тертя модифікованого зміцненого поверхневого шару заданого складу та за рахунок цього досягається стабільне зменшення зносу, зменшення коефіцієнту тертя та поліпшення технічних показників механізмів та машин. В основу винаходу поставлена також задачу удосконалення способу виготовлення складу для обробки пар тертя, у якому, внаслідок попереднього змішування порошку металу з порошком більш твердого абразиву, ніж абразивоподібний порошок на основі природного гідросилікату магнію з домішками йому супутніми, або порошок металомісткої добавки з тим же абразивом, а потім змішування отриманого продукту з абразивоподібним порошком на основі природного гідросилікату магнію з домішками йому супутніми, забезпечується висока ступінь гомогенізації складу та стійка здатність до твердофазних хімічних реакцій та за рахунок цього досягається стабільність результатів обробки поверхонь тертя змащувальними складами, які містять тверді добавки на основі природних гідросилікатів магнію, підготовлених у відповідності з пропонуємим рішенням. Поставлена задача вирішується тим, що відомий склад для обробки пар тертя, який включає абразивоподібний порошок на основі природного гідросилікату магнію з домішками йому супутніми, порошок більш твердого абразиву ніж абразивоподібний порошок на основі природного гідросилікату магнію з домішками йому супутніми та порошок металомісткої добавки, згідно винаходу, порошок більш твердого абразиву, ніж абразивоподібний порошок на основі природного гідросилікату магнію, взятий у суміші з порошком металу або порошком металомісткої домішкою при такому співвідношенні компонентів у мас. %: суміш порошку металу з порошком більш твердого абразиву, ніж абразивоподібний порошок на основі природного гідросилікату магнію з домішками йому супутніми, або суміш порошку металомісткої домішки з порошком більш твердого абразиву, ніж абразивоподібний порошок 3 37084 на основі природного гідросилікату магнію з домішками йому супутніми значається матеріалом основи та видом обробки (обробка нових виробів або відновлення зношених поверхонь). Попереднє змішування порошків металу або металомісткої домішки з абразивом більш твердим, ніж природний гідросилікат магнію, яке здійснюють у тих же апаратах зверхтонкого подрібнення, дозволяє досягнути не тільки рівномірного перемішування, але й механічного упровадження зерен одної речовини у приповерхневі шари другого, який має кращу адгезію до матеріалу основи. Здійснення високого ступеню очищення природного мінералу дозволяє знизити ефект впливу цих добавок на кінцевий результат обробки, та підвищити стабільність результатів за рахунок використання властивостей тих металомістких добавок, які здатні утворити з основою стійкі, високоміцні та зносостійкі фази. Як видно із викладення суті рішення, воно відрізняється від прототипу та, отже, є новим. Рішення також має винахідницький рівень. Відомо, що ефективним прийомом, спрямованим на підвищення антифрикційних, протизадірних та протизносних властивостей, є використання у складах для обробки поверхонь тертя ультрадисперсних порошків графіту та алмазу. Наприклад змащувальне масло, яке містить тверду добавку, у якості якої у кількості 0,1-1,0 мас. %, суміш ультрадисперсних порошків алмазу, графіту та аморфного вуглероду при масовому співвідношенні алмазної та неалмазної вуглеродної модифікацій від 30:70 до 99:1 (опис до а. с. СРСР № 1770350 від 23.10.88, М.кл. С10М 125/02). Однак, коефіцієнт тертя та сумарний знос при використанні такої добавки знижуються не більше, ніж у 2,5-3,0 рази. Відомий також змащувальний склад, який містить масло та дрібнодисперсні порошки алмазу та металу, при цьому залізомісткий порошок складає 0,05-4,0% складу, забезпечуючи плакуючі властивості складу. При цьому 0,03-0,10% дрібнодисперсного порошку алмазу забезпечує, на думку авторів, утворення високощільного алмазо-металевого плакуючого шару. Пропонуємий склад має добрі седиментаційні властивості, однак знос деталей та коефіцієнт тертя знижуються тільки у 1,22 рази та залишається не краще 0,09 у порівнянні з прототипом, у якому у технологічне середовище уводять 5-60 мас. % м’яких металів та їх сплавів (опис до патенту РФ № 1730842, від 14.02.90, М.кл. С10М 125/04). Мабуть тому велику увагу при розробці нових методів обробки поверхонь, які труться, звернено на використання природних мінералів у якості твердих добавок, а саме, мінералів із ряду шаристих силікатів, з числа серпентинітів, які у деяких випадках забезпечують суттєво більш низький коефіцієнт тертя, високу зносостійкість та міцність поверхні тертя після обробки. Однак, як помічено вище, результати ці не відрізняються стабільністю. Дане технічне рішення принципово відрізняється від відомих тим, що у пропонуємому складі використаний ефект активування проміжного продукту складного складу, який до того ж повинен відповідати певним чином матеріалам пари тертя та виду обробки обробка нових виробів або ремонт 5-7 абразивоподібний порошок на основі природного гідросилікату магнію з домішками йому супутніми решта при цьому місткість порошку більш твердого абразиву, ніж абразивоподібний порошок на основі природного гідросилікату магнію з домішками йому супутніми, у суміші з порошком металу або порошком металомісткої домішки становить не більше 3-5 Склад, згідно з винаходом, містить як порошок металу такі дрібнодисперсні порошки, як залізо, хром, нікель, молібден, ніобій, титан та їх сплави. Склад, згідно з винаходом, містить як металомісткі домішки порошки оксидів таких металів, як хром, нікель, молібден, ніобій, титан та їх сплави. Склад, згідно з винаходом, містить як металомісткі домішки дрібнодисперсні порошки галогенідів таких металів, як хром, нікель, молібден, ніобій титан та їх сплави. Склад, згідно з винаходом, як абразив більш твердий ніж абразивоподібний порошок на основі природного гідросилікату магнію, містить ультрадисперсний порошок алмазу. Склад, згідно з винаходом, як абразив більш твердий, ніж абразивоподібний порошок на основі природного гідросилікату магнію з домішками йому супутніми, містить дрібнодисперсний порошок шунгіту. Склад, згідно з винаходом, як абразивоподібний порошок на основі природного гідросилікату магнію містить порошок синтезованого серпентину або порошок суміші синтезованих серпентинів. Поставлена задача вирішується також тим, що у відомому способі виготовлення складу для обробки пар тертя, який включає диспергування абразивоподібного порошку на основі природного гідросилікату магнію з домішками йому супутніми, сепарування, зневоження та магнітне сепарування, згідно з винаходом, порошок металу попередньо змішують з порошком більш твердого абразиву, ніж абразивоподібний порошок на основі природного гідросилікату магнію з домішками йому супутніми, або порошок металомісткої домішки з порошком більш твердого абразиву, ніж абразивоподібний порошок на основі природного гідросилікату магнію з домішками йому супутніми, потім отриманий продукт змішують з відсепарованим абразивоподібним порошком на основі природного гідросилікату магнію з домішками йому супутніми, а також згідно винаходу, абразивоподібний порошок на основі природного гідросилікату магнію з домішками йому супутніми очищують від домішок, що йому супутні, до їх місткості не більше 1,5-2,0 мас. %. Використання у складі для обробки пар тертя дрібнодисперсних порошків металу у сполученні з абразивом більш твердим, ніж природний, забезпечує, певно, утворення металокерамічних зносостійких фаз, які мають підвищену адгезію до матеріалу основи, значний опір зносу. Кількість металевого порошку та склад металомістких фаз ви 4 37084 но-відновлювальні операції у процесі експлуатації). Це технічне рішення може знайти широке застосування у промисловому виробництві змащувальних складів для використання у вузлах тертя механізмів та машин як у процесі їх виготовлення, так і при експлуатації. Приклад 1. Склад для обробки підшипників містить 95 г очищеного природного серпентину та 5 г суміші залізного порошку, з ультрадисперсним порошком алмазу. У цієї суміші заліза міститься 4,85 г, а порошку алмазу міститься 0,15 г. Приклад. 2. Склад, для обробки компресорів містить 93 г очищеного серпентину та 7 г суміші порошків металомісткої добавки та ультрадисперсного шунгіту. У 7 г суміші міститься 0,35 г дрібнодисперсного порошку, шунгіту та 6,65 г металомісткої добавки. Остання у свою чергу складається з 0,665 г хлориду хрому та 6,585 г порошку хрому. Узагальнена інформація про досліджені склади наведена у табл. 1. При виготовленні складу для обробки пар тертя диспергування природного гідросилікату магнію здійснювали відомими способами, використовуючи шаровий млин М-3, що обертається. Спочатку диспергування здійснювали до крупності 150200 мкм. Для сепарування отримуємих порошків використали повітряно-відцентровий сепаратор. Зневоднення здійснювали у камері при температурі 50-100°С. Після зневоднення проводили повторне диспергування до крупності не більше 5 мкм, після чого проводили магнітне сепарування. У результаті одержували освітлений порошок природного мінералу з складом домішок не більше 1,5-2,0 мас. %. Окремо змішували порошок металу або інший металомісткий порошок з ультрадисперсним порошком алмазу або шунгіту у тому ж шаровому млину протягом не менш 3 годин. Залежно від призначення складу у освітлений природний мінерал або у синтезований гідросилікат магнію з добавкою 1,5-2,0 мас. % домішок, для чого використовували повторно диспергований продукт, виділений у результаті магнітного сепарування, додавали суміш металу з більш твердим абразивом, або інші суміші з більш твердим абразивом, які показані у табл. 1. Після дбайливого перемішування у тому ж млині протягом 1-2 годин порошок витягали та фасували у ємності з притертими пробками, зберігаючи у них для подальшого використання. Підготовлені таким чином склади для обробки пар тертя використовували, змішуючи їх з технологічним середовищем у кількості 5-40 мас. %. У якості технологічного середовища використовували такі органічні речовини як літол, солідол, машинне масло або технологічне середовище, підготовлене за спеціальним рецептом. Результати використання деяких складів наведені у табл. 2. Як видно із табл. 1 та 2, використання складів для обробки пар тертя відповідно до запропонованого технічного рішення забезпечує суттєве підвищення твердості та зниження зносу, коефіцієнту тертя, компенсацію втрачених розмірів. Це дає підставу пропонувати ці склади для обробки вузлів механізмів та машин, як нових, так і тих, що були уживані та мають різну ступінь зношення. Таблиця 1 № 1 2 3 Найменування металу або металомісткої добавки Fе, Fе-Аl, Cr, Ni, Mo, Nb, Ti та інші Fe2О3, Сг2O3, NiO2, TiO2, MgO, Nb2O3 у суміші з металами 20-30% Хлориди, фторіди та броміди тих же металів та суміші з металами 5-10% Місткість металу або суміші металу з металомісткою добавкою, % 4,8-5,2 Місткість абразиву (алмаз, шунгіт), % 0,30-0,35 6,2-6,7 0,20-0,30 1,6-1,9 5,5-6,2 0,15-0,20 1,4-1,9 Домішки, % 1,4-1,6 Таблиця 2 № 1 2 3 4 5 Найменув. групи досліджуєм. компресори підшипники редуктори колінвал вкладиш пари тертя, ст..45-ст.45 Техніко-експлуатаційні показники твердість, компенс. зменкоеф. тертя НRс зносу, мм шен. раз 2-3 1-2 2-3 2-3 3-5 Найменув. техн. середов. та № складу масло М8И1, № 2 літол-24, № 3 масло МС-20, № 3 моторне масло 10W30, № 1 390-410 0,006-0,008 масло И-20А, № 1, 2, 3 390-410 0,006-0,008 5 1-3 37084 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2001 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 6