Середньотемпературне мастило для важконавантажених вузлів тертя кочення та ковзання

1. Середньотемпературне мастило для важконавантажених вузлів тертя кочення та ковзання, що містить дисперсійне середовище з суміші олив веретенного АУ та індустріального И-50А (1:3), загущене літієвими, натрієвими або кальцієвими 3 присадок: антиокисної - дифеніламіну або неозону-Д, в'язкої - поліізобутилену П-20; дисперсного середовища. - суміші олив веретенної АУ і індустріальної И-50А(1:3). Тобто мастило Литол-24 входить до складу запропонованої корисної моделі. Поряд з багатьма позитивними характеристиками мастила Литол-24, які роблять його багатоцільовим, що привело до його широкого використання у вузлах тертя, багато його характеристик не задовольняють більш важким умовам експлуатації, що потребує сучасна техніка, із-за обмеженості закладених у нього характеристик. Основними недоліками мастила – найближчого аналога є: - низькі протизносні і протизадирні властивості при високих питомих навантаженнях, тобто у важконавантажених вузлах тертя кочення і ковзання застосування Литол-24 є малоефективним; - верхня температурна робоча межа для Литол-24 складає 110-130 °C, короткочасно до 200 °C і інколи до 250 °C; - для сучасної техніки ресурс роботи Литол-24, що застосовується як закладне мастило, недостатній (наприклад, в деяких автомобільних вузлах тертя 1-2 роки); - Литол-24 не може бути використано для різьбових з'єднань і яктермостійкого мастила (робоча температура близько 200 °C). В основу корисної моделі поставлено задачу створення середньотемпературного мастила для важконавантажених вузлів тертя кочення і ковзання на основі мильних мастил типу Литол-24,1-13 тощо, в якому при додаванні графіту, дисульфіду молібдену і фосфорорганічної присадки значно підвищуються протизносні, протизадирні і антикорозійні властивості, а також з'являється можливість використання мастил при більш високих температурах. Поставлена задача вирішується тим, що до складу мастила Литол-24, мастила 1-13 або іншого на основі Na-, Li-, Са-мил додатково введені графіт, дисульфід молібдену і багатофункціональна фосфорорганічна присадка, а також, з метою одержання висококонсистентних мастил, якзагущувача додається аеросил при такому співвідношенні компонентів, мас. ч.: графіт 6-20 дисульфід молібдену 3-9 аеросил 0,5-3 багатофункціональна фосфоро0,5-5 рганічна присадка загущені милами масла (наприклад, готові мастила Литол-24,163-90. 13 тощо) Графіт - дешевий доступний матеріал. У складі мастила є основним антифрикційним наповнювачем, що дозволяє при короткотерміновому підвищенні температури у вузлі тертя до 400-450 °C забезпечувати відновлювальне середовище, який робить неможливим окиснення інших компонентів мастила. Таким чином графіт підвищує протизносні, протизадирні та антикорозійні властивості мастила і підвищує робочу температуру мастила. 63812 4 Оптимальні кількості графіту 6-20 мас. ч., нижня і верхня межа визначаються змащувальними властивостями графіту і консистентністю мастила, яка, в свою чергу, визначається експлуатаційними вимогами. В цих межах ефективність графіту як антифрикційної добавки є високою. Дисульфід молібдену уведений в склад мастила як ефективна антифрикційна присадка, яка поліпшує умови роботи важконавантаженого вузла тертя, підвищує ресурс роботи мастила та робить можливим його використання у різьбових з'єднаннях. Оптимальні кількості дисульфіду молібдену 39 мас. ч. Нижня і верхня межа визначаються змащувальними властивостями дисульфіду молібдену. У даному мастилі при вмісті дисульфіду молібдену нижче 3 мас. ч., антифрикційні властивості мастила різко зменшуються, а при вмісті вище 9 мас. ч. вони залишаються практично незмінними, але значно підвищується ціна мастила. Аеросил - спінений силікагель - виконує роль загущувача і стабілізатора, забезпечуючи седиментаційну стійкість мастила, підвищує температуру крапле-падіння, тобто підвищує початкову температуру верхньої температурної межі роботи мастила. Додається у тих випадках, коли за експлуатаційними характеристиками мастило повинне бути високо консистентним, вміст аеросилу не повинен перевищувати 3 мас. ч., тому що високий вміст його у випадку підвищення температури приводить до задиру. Багатофункціональна фосфорорганічна присадка являє собою солі (натрієві, калієві, літієві або амонійні) кислих алкілфосфатів на основі жирних спиртів первинних (ПЖС) та вторинних (ВЖС). Багатофункціональна присадка підвищує: - антикорозійні властивості мастила, які при підвищених температурах мало зменшуються на відміну від застосування інших присадок: - протизадирні і протизносні властивості мастила, особливо у важконавантажених вузлах тертя кочення і ковзання. Тобто для даного типу присадки вперше виявлено явище зменшення протизносних і протизадирних властивостей із збільшенням питомого навантаження на вузол тертя, що робить можливим застосування мастила у різьбових з'єднаннях. Оптимальний вміст багатофункціональної фосфорорганічної присадки визначено лабораторними випробуваннями. Значна ефективність її проявляється при вмісті вище 0,5 мас. ч., а вище 5 мас. ч. зростання протизносних і протизадирних властивостей незначне, але підвищується ціна мастила. Солі кислих алкілфосфатів являють собою, відповідно, суміш солей моно(І)и ді(ІІ)алкілфосфатів: R-O-P O OMe OMe І 5 R-O R-O P-OMe O ІІ де R - алкільний залишок первинних чи вторинних жирних спиртів різних фракцій; Me - іони + + + + Li , Na , K , NH4 або триетаноламоній-іон. Запропоновані фосфорорганічні присадки мають антикорозійні властивості. Антикорозійні властивості синтезованих присадок випробували за загальноприйнятою методикою на модельних зразках Ст. 3, Ст. 10 і Ст. 45 розмірами 50×25×2 мм. Підготовка зразків загальноприйнята, тривалість випробування - 30 Діб. Як корозійне середовище використовували дистильовану воду, сольовий водний розчин (мг/л): 30NaCl, 70 Na2SO4 і жорстку воду (мг/л): 2+ 2+ 2264,2 Са , 12Mg , 16Сl , 48SO4 , 12,55SiO3 . Швидкість корозійного руйнування при надійності 0,8 визначали гравіметричним методом на чотирьох паралельних зразках. Ефективність антикорозійної дії присадки оцінювали за ступенем захисту Z=(ρ0-ρ)/ρ0·100 %, де ρ0 і ρ - швидкості розчину металу у корозійному середовищі, без присадки і з присадкою відповідно. Результати випробувань наведені в таблиці 1. Виходячи з результатів, наведених в табл.1, найбільший інтерес, з точки зору антикорозійного захисту представляють Na-солі кислих алкілфосфатів на основі ПЖС фракції С10-С13,Na-солі кислих алкілфосфатів ВЖС фракції С10-С20 і триетаноламінові солі кислих алкілфосфатів ВЖС фракції С10-C20. Відзначимо, що на відмінність від інших присадок ступінь захисту зменшується мало при підвищенні температури корозійного середовища, а також при зростанні її агресивності (у випадку присутності у розчинах електролітів - солей жорсткості). Для випробування антифрикційних властивостей солей кислих алкілфосфатів ПЖС і ВЖС, було 63812 6 приготовлено на їх основі кілька пластичних мастил шляхом загущення індустріальної оливи И-50. Випробування були проведені в порівнянні з мастилом Литол-24 і 1-13. Дослідження виконані на лабораторній машині тертя СМЦ-2 за схемою колодка-ролик. Діаметр ролика 50 мм, площа тертя 1 2 см , кутова швидкість 330 об/хв. Як видно із таблиці 2, мастила на основі солей кислих алкілфосфатів на основі ВЖС і ПЖС мають значно кращі антифрикційні властивості у порівнянні з мастилами Литол-24 і 1-13. Крім того вони забезпечують роботу вузла тертя при значно більших навантаженнях. Триетаноламінова і амонійна солі мають кращі антифрикційні властивості при високих питомих навантаженнях. Для мастила на основі амонійної солі проведені порівняльні випробування протизносних властивостей з мастилами Свинцоль-02 і Лимол, які випускаються промисловістю. Ефективність застосування мастила на основі амонійних солей видно з таблиці 3. Застосування запропонованого мастила забезпечує стійку роботу вузла тертя ковзання при важких навантаженнях. У порівнянні з мастилом Лимол вона ефективніша на порядок за протизносними властивостями при підвищених обертах. Крім того забезпечує роботу вузла тертя без розігріву у широкому інтервалі навантажень. Було показано, що Na-солі більш ефективні при роботі вузла тертя при підвищених температурах до 200-250 °C. У зв'язку з тим, що солі кислих алкілфосфатів на основі ПЖС і ВЖС більш дорогі, ніж мильні мастила, пропонується як основу дисперсійного середовища використовувати мильні мастила (Литол-24, мастило 1-13, будь-яке інше Na-, Li-, Самастило) - пластичні мастила, які забезпечують роботу середньо-навантаженого вузла тертя. Для випробування трибологічних властивостей були взяті приклади мастил, які наведені у таблиці 4. 7 63812 8 Таблиця 1. Антикорозійні властивості кислих алкілфосфатів жирних спиртів і їхніх солей (ступінь захисту, Z). C, Дистильована вода, Сольовий розчин, Присадка Жорстка вода, t, °C г/л t, °C t, °C 20 60 95 20 60 95 20 60 95 Na-солі кислих алкілфосфатів на основі ПЖС: фракції С10-С13 0,1 73 69 66 65 60 48 72 62 49 1 90 94 94 80 70 61 81 70 59' 3 95 97 98 84 78 80 83 74 78 фракції С12-С16 0,1 79 72 78 56 42 51 50 44 53 1 94 90 96 60 58 62 61 59 62 3 96 97 99 78 72 70 74 71 70 фракції C10-C18 0,1 84 74 76 14 12 12 13 13 11 1 90 89 89 33 40 17 33 39 14 3 92 93 90 42 49 20 42 49 19 Кислі алкілфосфати на основі ВЖС 0,1 L43 56 33 7 12 8 7 10 8 фракції С10-С20 1 53 65 51 45 38 10 45 38 10 3 77 70 75 50 41 24 47 40 24 Na-солі кислих алкілфосфатів на основі кубових залишків ПЖС (>С20): після ректифікації 0,1 12 10 9 0 0 0 2 0 0 1 22 17 12 10 5 0 10 6 3 3 32 29 30 15 10 6 17 12 8 після дистиляції 0,1 32 43 30 7 0 0 5 0 0 1 64 60 42 31 7 5 33 10 8 3 72 71 60 40 24 10 44 24 12 Na-солі кислих алкілфосфатів на 0,1 73 88 74 72 70 71 74 70 67 основі ВЖС фракції С10-С20 1 93 96 89 94 86 84 93 85 83 3 96 99 97 97 94 95 98 96 97 Триетаноламінові солі кислих алкілфосфатів: ПЖС фракції С10-С18 0,1 50 57 47 5 0 0 7 3 0 1 77 78 73 12 6 7 15 8 7 3 84 86 82 22 12 10 24 15 12 ВЖС фракції С10-С20 0,1 81 81 73 80 78 74 83 79 76 1 94 95 95 96 93 84 95 94 82 3 97 97 95 99 96 97 99 94 96 9 63812 10 Таблиця 2. Порівняння антифрикційних властивостей пластичних мастил. Питоме навантаження Момент тертя, № пп Мастило 2 на вузол тертя, кг/см кг·см 1 Мастило 1-13 200 16 400 не працює 200 18 2 Литол-24 13 (короткочас400 но) Na-солі кислих алкілфосфатів на основі ПЖС фракції С123 200 11 С16+олива И-50 (1:2) 400 13 Na-солі кислих алкілфосфатів на основі ПЖС, кубові залиш4 200 10 ки фракції С>20+олива И-50 400 13 Na-солі кислих алкілфосфатів на основі ВЖС фракції С105 200 12 С20+олива И-50 (1:2) 400 14 Триетаноламінові солі кислих алкілфосфатів на основі ВЖС 6 200 8 фракції С10-С20+олива И-50 (1:2) 400 9 Амонійні солі кислих алкілфосфатів на основі ВЖС фракції 7 200 7 С9-С13+олива И-50 (1:2) 400 18 Таблиця 3. Протизносні властивості амонійних солей кислих алкілфосфатів для вузлів тертя ковзання. Питоме наванта- Температура, Момент Кількість Смазка ження на вузол що виникає в тертя, Знос, г обертів ро2 тертя, кг/см зоні тертя, °C кг·см лика Свинцоль (ТУ 38-101578-76) 250 200 здир 3 Лимол (ТУ38УССР 2-01-146-75) 250 120 27 5·1025000 350 150 35 здир 25000 400 190 40 здир 25000 Амонійні солі кислих алкілфос3 фатів на основі ВЖС фракції 250 38 6 0,48·1050000 С9-С13 3 350 40 8 1,5·1050000 3 400 46 9 2,2·1050000 Таблиця 4. Приклади складів мастил. Кількість компонентів, % № масДисульфід тила Графіт Аеросил Фосфорорганічна присадка молібдену Na-солі кислих алкілфосфатів на основі ПЖС 1 5 6 0 фракції С12-С16;0,5 Na-солі кислих алкілфосфатів на основі ПЖС, 2 9 12 0 кубові залишки фракції С>20;2 Na-солі кислих алкілфосфатів на основі ВЖС 3 6 10 1 фракції С10-С20;1,5 Триетаноламінові солі кислих алкілфосфатів на 4 3 20 0 основі ВЖС фракції С10-С20;3 Амонійні солі кислих алкілфосфатів на основі 5 8 15 3 ВЖС фракції С9-С13;3 В таблиці 5 наведено дані про проведені протизносні випробування нових складів мастил при питомому навантаженні на вузол тертя, що дорі 2 Мильне мастило Мастило 1-13;88,5 Литол-24;77 УТ-1;80,5 Уніол-1;74 Індустріальне 137;71 № внює 400 кг/см , при якому використання якдисперсійного середовища мильного мастила не можливо (має місце здир). 11 63812 12 Таблиця 5. Протизносні властивості мастил, що заявляються, в вузлах тертя ковзання (питоме навантаження на вузол тертя 400 кг/см). № мас- Температура, що створю- Температура, що виникає Момент терКількість обеЗнос, г тила ється у вузлі тертя, °C у вузлі тертя, °C тя, кг-см ртів ролика 3 1 20 40 5 0,5·1050000 3 200 210 9 1,0·1050000 3 2 20 35 7 0,8·1050000 3 250 270 13 1,1·1050000 3 3 20 38 8 1,1·1050000 3 200 215 15 1,3·1050000 3 4 20 30 6 0,9·1050000 3 200 207 9 1,0·1050000 3 5 20 42 7 0,7·1050000 3 250 260 14 1,3·1050000 Обробка статистичних даних за протизносними властивостями консистентних мастил на основі Na-, Li-, Са-мил, а також результати випробувань протизносних властивостей запропонованого мастила різних складів дозволяють стверджувати, що його протизносні властивості вищі в 9-13 разів в порівнянні з мастилами типу Литол-24,1-13, що збільшує у відповідне число разів строк служби пар тертя, а також підтверджується прикладами реалізації мастил. Приклади реалізації мастил. Приклад № 1. Мастило № 1 на основі пластичного мастила 1-13. Використовувалось в підшипниках циркуляційних вентиляторів ВЦ 7.25.01.000 СБ, які встановлені в печах відпалу рулонів листової сталі в листопрокатному виробництві Липецького металургійного комбінату. Характеристики вентилятора наступні: - частота обертання валу - 1500 об/хв.; - підшипник верхній - № 2226; - підшипник нижній - № 314,217; - робоча температура у підшипнику - 100 °C; Комп’ютерна верстка І. Скворцова - короткочасний перегрів - до 200 °C Одноразова закладка мастила у вузли тертя вентилятора забезпечила роботу обладнання на протязі 35000 годин, що перевищує ресурс роботи при використанні традиційного мастила більш, ніж у 8 разів. Приклад № 2. Мастило № 2 на основі пластичного мастила Литол-24. Використовувалось в підшипниках ступиці передніх коліс автомобіля ГАЗ-24 з червня 1982 року; заміна і добавлення мастила не робились до 1 грудня 2005 року. Характеристики підшипників: внутрішній - № 7806А, роликовий конічний; зовнішній - № 7305 А, роликовий конічний. Пробіг на 1 грудня 2005 року склав 320 тис.км, стан роликів і кілець, досліджених на інструментальному мікроскопі, відповідає стану аналогічних підшипників автомобілів ГАЗ-24 з пробігом 15-20 тис. км звикористанням рекомендованого мастила Литол-24. Таким чином, ресурс роботи з розробленим мастилом перевищує ресурс роботи з Литол-24 приблизно в 13 разів. Підписне 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