Состав композиционного смазочного материала

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СОСТАВ КОМПОЗИЦИОННОГО СМАЗОЧНОГО МАТЕРИАЛА(71) Заявитель Учреждение образования Гродненский государственный университет имени Янки Купалы(72) Авторы Струк Василий Александрович Авдейчик Сергей Валентинович Овчинников Евгений Витальевич Костюкович Геннадий Александрович Кравченко Виктор Иванович(73) Патентообладатель Учреждение образования Гродненский государственный университет имени Янки Купалы(56)2248389 2, 2005.2395563 1, 2010.2291893 1, 2007. ГОРБАЦЕВИЧ Г.Н. Нефтехимический комплекс. - 2009. -3. - С. 56-62. СТРУК В.А. и др. Промышленность региона проблемы и перспективы инновационного развития. Материалы республиканской научно-технической конференции. - Гродно, 2011. - С. 177-182.(57) Состав композиционного смазочного материала, включающий смазочную основу на базе нефтяного или синтетического масла и загустителя и присадку, отличающийся тем,что в качестве присадки содержит смесь высокодисперсных углеродсодержащих или кремнийсодержащих частиц и продуктов термогазодинамического синтеза политетрафторэтилена при массовом соотношении 1 (0,1-100) при следующем соотношении компонентов в материале, мас.смесь высокодисперсных углеродсодержащих или кремнийсодержащих частиц и продуктов термогазодинамического синтеза политетрафторэтилена 0,1-25,0 смазочная основа остальное. Изобретение относится к области создания смазочных композиций, обладающих повышенной нагрузочной способностью, предназначенных для применения в тяжелонагруженных узлах трения и механизмов. Известны смазочные композиционные материалы для тяжелонагруженных узлов трения,которые состоят из смазочной основы (пластичной смазки или масла) и функционального наполнителя - дисперсных частиц графита, порошков металлов, оксидов металлов, дисульфида молибдена, которые создают на поверхностях трения тонкую экранирующую пленку, предотвращающую износ и уменьшающую силу трения между контактирующими деталями - подшипником и валом 1. Недостатками таких смазок являются негомогенность состава, обусловленная осаждением порошкообразной присадки из-за различия ее удельной массы и смазочной основы, технологические трудности получения высокодисперсных частиц присадки, которые имеют высокую стоимость, недостаточная активность 18073 1 2014.04.30 присадки в процессах адгезионного взаимодействия с металлическим контртелом, что препятствует образованию устойчивой экранирующей пленки. Известна смазочная композиция, применяемая для подшипников электрических машин,на основе пластичной основы (масло и мыльный загуститель), содержащая высокодисперсный коллоидный магнетит с размером частиц 80-1002. Такая смазка формирует износостойкую смазочную пленку на контактных поверхностях, которая не разрушается под действием центробежных сил и снижает износ узлов трения. Однако ультрадисперсные частицы металлов имеют высокую стоимость из-за сложной технологии получения. Кроме того, наночастицы металлов интенсивно окисляют базовое масло, что резко ухудшает его триботехнические характеристики и увеличивает интенсивность коррозионномеханического износа 3. Известен смазочный композиционный материал, в котором в качестве смазочной основы использованы нефтяные и синтетические масла, загуститель, а в качестве функциональной присадки использованы нанодисперсные частицы ультрадисперсных алмазов(УДА), ультрадисперсного алмазосодержащего графита (УДАГ) и т.п. 4. Такие смазочные композиционные материалы обеспечивают высокую износостойкость узла трения и оказывают мягкое полирующее действие на поверхностный слой деталей трения, что приводит к формированию сглаженного равновесного рельефа, обладающего оптимальными триботехническими характеристиками. Содержание присадки находится в диапазоне 1-5 мас. . Недостатками этих смазочных композиционных материалов являются склонность единичных наночастиц к образованию крупных агломератов (агрегации),которые оказывают абразивное воздействие на детали пары трения интенсивное абразивное повреждение нанодисперсными алмазосодержащими частицами поверхности относительно мягких металлов - меди и сплавов на ее основе (бронз,латуней), алюминия и сплавов на его основе недостаточная эффективность смазочной композиции при низком содержании присадки длительность процесса достижения равномерной шероховатости деталей пары трения(процесса приработки). Наиболее близким по технической сути решением является состав композиционного смазочного материала на базе нефтяных или синтетических масел и загустителя, содержащий в качестве дисперсной добавки нанодисперсные частицы, модифицированные фторсодержащими олигомерами с молекулярной массой 2000-5000 ед. при соотношении нанодисперсные частицыолигомер 10011100 и содержании в композиции 0,122,0 мас.5. Применение данного композиционного смазочного материала позволяет повысить триботехнические характеристики смазочных композиций, содержащих небольшие добавки присадки, уменьшить абразивное изнашивание смазочной пары трения с деталями,изготовленными из цветных сплавов. Однако данному композиционному смазочному материалу, принятому за прототип, присущ ряд недостатков невысокая эффективность действия фторсодержащего олигомера вследствие относительно высокого коэффициента трения формируемой на поверхностях контакта пленки относительно невысокая эффективность противоизносного действия дисперсной присадки из-за недостаточной устойчивости к процессам многоциклового передеформирования возможность агрегирования наночастиц с образованием кластерных структур, обладающих абразивным действием на контактные поверхности недостаточная устойчивость разделительного слоя, образующегося на поверхностях трения. Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание состава композиционного смазочного материала, обеспечивающего дости 2 18073 1 2014.04.30 жение технического результата, заключающегося в повышении триботехнических характеристик смазочных композиций, содержащих небольшие добавки присадки уменьшении абразивного изнашивания смазочной пары трения с деталями, изготовленными из цветных сплавов повышении эффективности смазки при эксплуатации в тяжелонагруженных узлах трения снижении интенсивного изнашивания пары в режиме приработки увеличении стабильности фрикционных характеристик. Указанный технический результат достигается тем, что в составе, включающем смазочную основу на базе нефтяного или синтетического масла, загуститель и присадку, в качестве присадки используют смесь высокодисперсных углеродсодержащих или кремнийсодержащих частиц и продуктов термогазодинамического синтеза политетрафторэтилена при массовом соотношении 1 (0,1100) при следующем соотношении компонентов, мас.смесь высокодисперсных углеродсодержащих или кремнийсодержащих частиц и продуктов термогазодинамического синтеза политетрафторэтилена 0,1-25,0 смазочная основа о остальное до 100. В качестве дисперсных частиц в заявленном составе используют частицы металлов,силикатов, оксидов, углеродсодержащих и кремнийсодержащих продуктов и других веществ, с размерами единичных частиц, кластерных агрегатов или отдельных фаз, не превышающими 100 нм. Такие частицы по классификации академика Витязя П.А. называют нанометровыми или нанофазными 6. Технология получения таких частиц различна плазмохимический синтез, термолиз прекурсора в безокислительной среде, сонохимический синтез, термоокислительная обработка, механическое диспергирование и т.п. Типичными дисперсными частицами являются коллоидный графит, углеродные танотрубки, шунгит, технический углерод (сажа), монтмориллонитовая глина, трепел, диспергированные фрагменты углеродных волокон. В качестве фторсодержащего компонента в смеси предложено использовать продукты термогазодинамического синтеза политетрафторэтилена, производимые Институтом химии ДВО РАН г. Владивосток под торговой маркой Форум. Смесь высокодисперсных углеродсодержащих и кремнийорганических частиц и продуктов термогазодинамического синтеза политетрафторэтилена получали перемешиванием в барабанном или лопастном смесителе при температуре 50-70 С. Полученную присадку в необходимом соотношении смешивают с базовой смазкой(пластичной смазкой или маслом). Для обеспечения гомогенизации состава смешивание осуществляют в специальных устройствах, обеспечивающих перетирание компонентов смазочного материала. Эффективным методом гомогенизации является применение ультразвукового воздействия на материал с помощью УЗ-диспергатора. Время гомогенизации определяется составом композиционного материала и массой приготавливаемой партии и находится в диапазоне от 10-20 мин до 3-4 ч. Гомогенность полученного состава контролируют по критериям вязкости и интенсивности рассеяния светового потока при прохождении через стеклянную пластину с нанесенным на поверхность слоем смазочной композиции определенной толщины. Заявляемое соотношение высокодисперсная частицапродукты термогазодинамического синтеза политетрафторэтилена составляет 10,01100. Заявляемое содержание высокодисперсной присадки 0,01-25,0 мас. . Существенность отличий разработанного состава композиционного смазочного материала от прототипа состоит в том, что применение присадки, в состав которой входят фторсодержащие продукты термогазодинамического синтеза политетрафторэтилена, обеспечивает 3 18073 1 2014.04.30 увеличение износостойкости узла трения при одновременном снижении коэффициента трения вследствие формирования на контактных поверхностях композиционной экранирующей пленки с низким сопротивлением сдвигу и высокой прочностью на сжатие снижение склонности высокодисперсных частиц к агрегации благодаря образованию на единичных частицах или низкоразмерных кластерах адсорбированного слоя олигомерных молекул, препятствующего непосредственному их взаимодействию уменьшение абразивного воздействия высокодисперсных модификаторов на поверхность деталей трения из цветных металлов и сплавов благодаря формированию экранирующего композиционного слоя и упрочненного приповерхностного слоя металлической детали увеличение нагрузочно-скоростных режимов эксплуатации узлов трения благодаря образованию на рабочих поверхностях композиционной экранирующей пленки на основе олигомерной матрицы, армированной наночастицами обеспечение транспортирования активной противоизносной добавки - фторсодержащих компонентов - непосредственно в зону фрикционного контакта, что увеличивает ресурс действия смазки и уменьшает вероятность возникновения явлений схватывания и задира на локальных участках взаимодействия деталей узла трения. Составы композиционных смазочных материалов приведены в табл. 1. Для приготовления составов смазывающих композиционных материалов использовали дисперсные присадки УДАГ (ТУ РБ 28619110. 001-95), коллоидный графит марки С-1(производства Завалаевского графитового комбината, Украина), термически расщепленный графит ТРГ (производства ОАО Гродненский механический завод), монтмориллонитовую глину, трепел (месторождение Стальное, Беларусь), шунгит, дисперсные частицы углеродного волокна (ОАО Светлогорское Химволокно). Дисперсность частиц наполнителя не превышала 3-10 нм для единичных частиц и 70-80 нм для нанокластеров или нанофазных областей. В качестве продуктов термогазодинамического синтеза политетрафторэтилена, использовали продукт, выпускаемый под торговой маркой Форум (Институт химии ДВО РАН г. Владивосток, Россия). Дисперсность единичных частиц продуктов Форум не превышает 100 нм, а кластерных структур - 1 мкм. Базовые пластичные смазки использовали в состоянии поставки. Триботехнические характеристики композиционных смазочных материалов приведены в табл. 2. Триботехнические характеристики смазок оценивали на машине трения типа УМТ по схеме вал - частичный вкладыш при скорости скольжения 1,0 м/с и нагрузке 5 МПа и фитильном способе подведения смазки к зоне трения. Нагрузку заедания определяли при скорости скольжения 1,0 м/с при однократном нанесении смазочного состава на поверхности трения. Температуру в зоне трения контролировали хромель-копелевой термопарой,спай которой размещали вблизи поверхности фрикционного контакта. Приработку пары трения осуществляли при нагрузке 5 МПа и скорости скольжения 0,5 м/с. Время приработки оценивали по стабилизации коэффициента трения и температуры. Как следует из представленных в табл. 1 и 2 данных, заявленные составы в заявленных соотношениях компонентов (составы -) превосходят по триботехническим характеристикам прототип (состав ). Превышение содержания присадки (состав ) не обеспечивает дополнительного эффекта, однако увеличивает стоимость смазочной композиции и повышает ее вязкость. Снижение содержания компонентов ниже заявленных пределов (состав ) снижает противозадирные и противоизносные характеристики композиционного смазочного состава. Разработанный состав высокодисперсной присадки эффективен в различных смазочных основах Литол-24 (состав П-ХП), Циатим-201 (состав ), Итмол 18073 1 2014.04.30 Таблица 1 Составы композиционных смазывающих материалов Содержание материала, мас.Компонент- 90 итмол. Высоко дисперсные частицы коллоидный графит 2 марки С-1 0,1 5 25 5 0,1 5 терморасщепленный графит 5 ультрадисперсный алмазографит(УДАГ) 5 5 монтмориллонит 5 оксиды металлов 5 дисперсные частицы углеродных волокон 5 Шунгит. 5 Фторсодержащий компонент олигомер Ф 1 0,5 продукты 3 термогазодинамического синтеза УПТФЭ. 0,1 5 25 0,5 10 5 5 5 5 5 5 5 Таким образом, заявляемый состав композиционного смазочного материала в заявленном соотношении компонентов превосходит прототип и базовую смазку по триботехническим характеристикам. Композиционный смазочный материал может быть использован в тяжелонагруженных узлах трения машин и механизмов, эксплуатируемых в условиях воздействия абразивных частиц, вибраций, воздействия агрессивных сред, при изменении передаваемого момента, например, в универсальном шарнире карданной передачи автомобилей и сельскохозяйственной техники. 18073 1 2014.04.30 Таблица 2 Триботехнические характеристики композиционных смазочных материалов Показатель для состава Компонент Интенсивность изнашивания,1010 для пары трения ст 45 - ст 40 Х для пары трения ст 45 БрОЦС 5-5-5. Коэффициент трения для пары трения ст 45 - ст 40 Х для пары трения ст 45 БрОЦС 5-5-5. Температура в зоне трения, К Нагрузка заедания, МПа Время приработки, мин пара трения ст 45 - ст 40. Источники информации 1. А СССР 487931, МПК 10 1/16, 1976. 2. А.с. СССР 577221, МПК 10 5/02, 1977. 3. Воробьева В.А., Лавринович Е.А., Мушинский В.А., Лесникович А.И.Влияние металлоплакирующих присадок на антифрикционные и противоизносные свойства моторного масла // Трение и износ. - 1996. - Т. 17. -6. - С. 827-831. 4. Витязь П.А., Жорник В.И., Кукареко В.А., Верещагин В.А. Влияние материала фрикционной пары на триботехнические свойства консистентной смазки, модифицированной ультрадисперсными алмазами // Трение и износ. - 2000. - Т. 21. -5. - С. 527-533. 5. Патент РФ 2248389, МПК 710 161/00 // ( 10 161/00, 14704, 12500)10 3006, 2005 (прототип). 6. Витязь П.А. Перспективные нанофазные материалы на основе ультрадисперсных алмазов. Теоретические и технологические основы упрочнения и восстановления изделий машиностроения Сб. ст. - Новополоцк, 2001. - С. 4-8. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 6