Середньотемпературне мастило для важконавантажених вузлів тертя кочення та ковзання

Изобретение относится к смазочным материалам, используемым в тяжелонагруженных узлах трения подшипниках качения и скольжения, в шарнирах, опорах, резьбовых соединениях, зубчаты х и др уги х передачах и т.д. при максимальных температурах до 200-250°С. В настоящее время широко используется универсальная смазка Литол-24 [1], имеющая сравнительно большой ресурс работы, и успешно заменяет натриевые и литиевые смазки общего назначения. Смазка имеет удовлетворительные противозадирные характеристики, работает при 110-130°С и может кратковременно выдерживать температуру до 200°С. Однако во многих случаях этого недостаточно для нормальной работы механизмов и агрегатов. Смазка Литол-24, кроме всего, характеризуется хорошими консервационными свойствами, достаточно надежно защищает металлические изделия от коррозии, может закладываться в узлы трения как несменяемая смазка и является многоцелевой смазкой. По своим трибологическим характеристикам Литол24 относится к смазкам для средненагруженных узлов трения. Литол-24 может иметь разный состав, чаще всего Литол-24 готовят загущением смеси нафтеновых масел литиевым мылом 12-оксистеариновой кислоты. При изготовлении Литола-24 на смеси масел И-50А и веретенного АУ в смазку вводят вязкостную присадку - полиизобутилен П-20. Смазка на смеси масел из западносибирских нефтей (без добавки П-20) уступает смазке на бакинских маслах. Состав смазки Литол-24 (ГОСТ 21150-75) Наряду с многими положительными характеристиками смазки Литол-24, делающей ее многоцелевой, что привело к ее широкому использованию в узлах трения, многие ее характеристики не удовлетворяют более тяжелым условиям эксплуатации, что требует современная техника, из-за ограниченности заложенных в нее характеристик Таким образом, основными недостатками смазки Литоп-4 являются. - низкие противоизносные и противозадирные свойства при высоких удельных нагрузках, т.е. в тяжелонагруженных узлах трения качения и скольжения применение Литол-24 просто невозможно, - верхний температурный рабочий интервал для Литол-24 составляет 110-130°С и кратковременно до 200°С, в тяжелонагруженных узлах трения обычно развивается температура порядка 200°С и иногда до 250°С; для современной техники ресурс работы Литол-24, применяемой как несменяемая смазка, недостаточный (например, в некоторых автомобильных узлах трения 1-2 года); - Литол-24 не может быть использована для резьбовых соединения и в качестве термостойкой смазки (рабочая температура > 200°С). В основу изобретения поставлена задача создания среднетемпературной смазки для тяжелонагруженных узлов трения качения и скольжения на основе мыльных смазок типа Литол-24, 1-13 и др , в которой с ведением графита, дисульфида молибдена и фосфорорганической присадки значительно повышаются противоизносные, противозадирные и антикоррозионные свойства, а также появляется возможность использования смазки при более высоких температурах. Поставленная техническая задача решается тем, что в состав смазки Литол-24, 1-13 или другой на основе Na, Li, Са - мылов дополнительно введены графит, дисульфид молибдена и многофункциональная фосфо-рорганическая присадка, а также, с целью получения высококонсистентных смазок, в качестве загустителя вводится аэросил при следующем соотношении компонентов, мас.ч.: Графит - дешевый доступный материал. В составе смазки - основной антифрикционный наполнитель, позволяющий при кратковременном повышении температуры в узле трения до 400-450°С обеспечивать восстановительную среду, не позволяющую окислять другие компоненты смазки. Таким образом графит повышает противоизносные, противозадирные, антикоррозионные свойства смазки и повышает рабочую температуру смазки. Оптимальные количества графита 6-20 мас ч., нижний и верхний пределы определяются смазывающими свойствами графита и консистентностью смазки, которая, в свою очередь, определяется эксплуатационными требованиями, В эти х пределах эффективность графита как антифрикционной добавки высокая. Дисульфид молибдена введен в состав смазки как эффективная антифрикционная присадка, улучшающая условия работы тяжелонагруженного узла трения, повышает ресурс работы смазки, становится возможным использование смазки в резьбовых соединениях Оптимальные количества дисульфида молибдена 3-9 мас.ч. Нижний и верхний пределы определяются смазывающими свойствами дисульфида молибдена. В данной смазке при содержании дисульфида молибдена ниже 3 мас.ч антифрикционные свойства смазки резко уменьшаются, а при содержании выше 9 мас.ч. они остаются практически неизменными Аэросил - вспененный силикагель - выполняет роль загустителя и стабилизатора, обеспечивая седиментационную устойчивость смазки, повышает температуру каплепадения, т.е. повышает начальную температуру вер хнего температурного предела работы смазки. Добавляется в тех случаях, когда по эксплуатационным характеристикам смазка должна быть высококонсистентной, содержание аэросила не должно превышать 3 мас.ч., так как высокое содержание его в случае повышения температуры приводит к задиру. Многофункциональная фосфорорганическая присадка представляет собой соли (натриевые, калиевые, литиевые или аммонийные) кислых алкилфосфатов на основе жирных спиртов. Многофункциональная присадка повышает: антикоррозионные свойства смазки, которые при повышенных температурах незначительно уменьшаются, в отличие от применения других присадок; - противозадирные и противоизносные свойства смазки, особенно в тяжелонагруженных узлах трения качения и скольжения, т.е. для данного типа присадки впервые обнаружено явление уменьшения противоизносных и противозадирных свойств с увеличением удельной нагрузки на узел трения, что делает возможным применение смазки в резьбовых соединениях. Оптимальное содержание многофункциональной фосфорорганической присадки определено лабораторными испытаниями, значительная эффективность ее проявляется при содержании выше 0,5 мас.ч., а выше 5 мас.ч. рост противоизносных и противозадирных свойств незначителен. Соли кислых алкилфосфатов представляют собой, соответственно, смесь солей моно (I)- и ди(II)алкилфосфатов: где R - алкильный радикал первичных или вторичных жирных спиртов различных фракций: Me - ионы Li+, Na , K+ или триэтаноламмонийион - (НОСН2СН2)3NН+. Предлагаемые фосфорорганические присадки обладают антикоррозионными свойствами. Антикоррозионные свойства синтезированных присадок испытывали по общепринятой методике на модельных образцах Ст.3, сталь 10 и сталь 45 размером 50x25x2 мм, Подготовка образцов - общепринятая, продолжительность испытания - 30 сут. В качестве коррозионных сред использовали дистиллированную воду; солевой водный раствор (мг/л): 30 NaCI, 70 Na 2SO4 и жесткую воду (мг/л): 64,2 Са2+, 12 Мg2+, 16 Сl-, 48 SO4, 12,55 SiO32+. Скорость коррозионного разрушения при надежности 0,8 определяли гравиметрическим методом на четырех параллельных образцах. Эффективность антикоррозионного действия присадки оценивали по степени защиты Ζ = (ρ0-ρ)/ρο · 100%, где ρ0 и ρ -скорости растворения металла в коррозионной среде, без присадки и с присадкой соответственно. Результаты испытаний приведены в табл.1. Исходя из результатов, приведенных в табл. 1, наибольший интерес, с точки зрения антикоррозионной защиты, представляют Na-соли кислых алкилфосфатов на основе ПЖС фракции С 10-С13, Na-соли кислых алкилфосфатов ВЖС фракции С 10-С20 и триэтаноламиновыесоли кислых алкилфосфатов ВЖС фракции С 10С20. Отметим, что в отличие от других присадок степень защиты уменьшается незначительно при повышении температуры коррозионной среды, а также при росте ее агрессивности (в случае присутствия в растворах электролитов - солей из-за жесткости). Для испытания антифрикционных свойств солей кислых алкилфосфатов ПЖС и ВЖС на их основе было приготовлено несколько пластических смазок путем загущения индустриального масла И-50. Испытания проведены в сравнении со смазками Литол-24 и 1-13. Исследования выполнены на лабораторной машине трения СМЦ-2 по схеме колодка-ролик. Диаметр ролика 50 мм, площадь трения 1 см 2, угловая скорость 330 об/мин. Как видно из табл.2, смазки на основе солей кислых алкилфосфатов на основе ВЖС и ПЖС обладают лучшими антифрикционными свойствами по сравнению со смазками Литол-24 и 1-13. Кроме того, они обеспечивают работу узла трения при более тяжелых нагрузках. Триэтаноламинная и аммонийные соли обладают лучшими антифрикционными свойствами при высоких удельных нагрузках. Для смазки на основе аммонийной соли проведены сравнительные испытания противоизносных свойств с промышленно выпускаемыми противоизносными смазками Свинцоль-02 и Лимол. Эффективность применения смазки на основе аммонийных солей видна из табл.3. Применение предлагаемой смазки обеспечивает устойчивую работу узла трения скольжения при тяжелых нагрузках. В сравнении со смазкой Лимол она эффективнее на порядок по противоизносным свойствам при повышенных оборотах. Кроме того, обеспечивает работу узла трения без разогрева в широком интервале нагрузок. Было показано, что Na-соли более эффективны при работе узла трения при повышенных температурах + до 200-250°С. В связи с тем, что соли кислых алкилфосфатов на основе ПЖС и ВЖС более дорогостоящие, чем мыльные смазки, предлагается в качестве основы -дисперсионной среды использовать мыльные смазки (Литол-24, смазку 1-13 или любую другую Na- Li-, Са-смазку) - пластические смазки, обеспечивающие работу средненагруженного узла трения. Для испытаний трибологических свойств были взяты примеры смазок, приведенные в табл.4. Проведены противоизносные испытания новых составов смазок при удельных нагрузках на узел трения, равный 400 кг/см , при которых используемые в качестве дисперсионной среды мыльные смазки не работают (наблюдается задир) (табл.5). Обработка статистических данных по лротивоизносным свойствам консистентных смазок на основе U-, Na-, Са-мылов, а также результаты испытаний противоизносных свойств предложенной смазки различных составов позволяет утверждать, что ее противоизносные свойства выше в 9-13 раз смазок типа Литол-24,113, что увеличивает в соответствующее число раз срок службы трущи хся пар и что подтверждается примерами реализации смазок. Примеры реализации смазок 1. Смазка №1 на основе пластической смазки 1-13. Использовалась в подшипниках циркуляционных вентиляторов ВЦ 7.25.01.000 СБ, которые установлены на печах отжига рулонов листовой стали в листопрокатном производстве Липецкого металлургического комбината. Характеристики вентилятора следующие: - частота вра щения вала 1500 об/мин; - подшипник верхний 2226; - подшипник нижний 314,217; - рабочая температура в подшипнике 100°С; - кратковременный перегрев до 200°С. Однократная закладка смазки в узлы трения вентилятора обеспечила работу оборудования в течение 35000 часов по состоянию на 1.12.95 г., что превышает ресурс работы при использовании традиционной смазки более чем в 8 раз. 2. Смазка № 2 на основе пластичной смазки Литол-24. Использовалась в подшипниках ступицы передних колес автомобиля ГАЗ-24 с июня 1982 года, замена и добавление смазки не производилось. Характеристики подшипников: - внутренний - N° 78.6А, роликовый конический; - внешний - № 7305А, роликовый конический. Пробег на 1 декабря 1995 года составил 220 тыс.км, состояние роликов и колец, исследованное на инструментальном микроскопе, соответствует состоянию аналогичных подшипников автомобилей ГАЗ-24 с пробегом 15-20 тыс.км с использованием рекомендуемой смазки Литол-24. Таким образом, ресурс работы с разработанной смазкой превышает ресурс работы с Литолом-24 приблизительно в 13 раз.