Состав композиционного смазочного материала

(51)10 161/00 НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СОСТАВ КОМПОЗИЦИОННОГО СМАЗОЧНОГО МАТЕРИАЛА(71) Заявитель Открытое акционерное общество Белкард(72) Авторы Струк Василий Александрович Костюкович Геннадий АлександровичЛюты МартинКравченко Виктор Иванович Скаскевич Александр Александрович Авдейчик Сергей Валентинович Овчинников Евгений Витальевич(73) Патентообладатель Открытое акционерное общество Белкард(57) Состав композиционного смазочного материала, включающий смазочную основу на базе нефтяного или синтетического масла и загустителя и дисперсную присадку, отличающийся тем, что содержит дисперсную присадку в виде нанодисперсных частиц, модифицированных фторсодержащим олигомером молекулярной массы 2000-5000 общей формулы- 1 ,где- перфторированный алкильный радикал, возможно содержащий атомы кислорода,1 - концевая функциональная группа -, -2, - или -3,при массовом соотношении нанодисперсных частиц и олигомера (1-100)(1-100), при следующем соотношении компонентов в материале, мас.дисперсная присадка 0,1-22,0 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 1-3. 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 7832 1 2006.02.28 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 высокодисперсной коллоидный магнетит с размером частиц 80-100 А 3. 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 коррозионно-механического износа 4. Наиболее близким к предлагаемому является 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. 5. 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 прототипа 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). Задачами изобретения являются повышение триботехнических характеристик смазочных композиций, содержащих небольшие добавки присадки уменьшение абразивного изнашивания смазочной пары трения с деталями, изготовленными из цветных сплавов повышение эффективности смазки при эксплуатации в тяжелонагруженных узлах трения снижение интенсивного изнашивания пары в режиме приработки увеличение стабильности фрикционных характеристик. Поставленная задача решается тем, что состав композиционного смазочного материала, включающий смазочную основу на базе нефтяного или синтетического масла и загустителя и дисперсную присадку, содержит дисперсную присадку в виде нанодисперсных частиц, модифицированных фторсодержащим олигомером молекулярной массы 20005000 общей формулы- 1,где- перфторированный алкильный радикал, возможно содержащий атомы кислорода,1 - концевая функциональная группа -ОН, -2, -СООН или -3,при массовом соотношении нанодисперсных частиц и олигомера (1-100)(1-100), при следующем соотношении компонентов в материале, мас.дисперсная присадка 0,1-22,0 смазочная основа остальное. В качестве нанодисперсных частиц в заявленном составе используют частицы металлов, силикатов, оксидов, углеродсодержащих продуктов и других веществ с размерами единичных частиц, кластерных агрегатов или отдельных фаз, не превышающими 100 нм. 2 7832 1 2006.02.28 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. Модифицирование нанодисперсных частиц осуществляется путем их обработки разбавленным (1-2 мас. ) раствором фторсодержащего олигомера в подходящем растворителе (фреоне, хладоне, спирте, воде и т.п.). Состав растворителя обусловлен строением и молекулярной массой выбранного олигомера. Для интенсификации процесса модифицирования целесообразно процесс проводить при перемешивании в емкости, снабженной лопастной, винтовой, магнитной или другой мешалкой. Возможно использование для интенсификации процесса ультразвукового диспергатора (например, УЗДН-2 Т). Обработанную 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 фторсодержащего олигомера и нанодисперсных частиц в модифицированной присадке находится в пределах (1-100)(1-100). Заявляемое содержание модифицированного нанодисперсного наполнителя в базовой смазке составляет 0,122,0 мас. . Существенность отличий предлагаемого изобретения от прототипа состоит в том, что модифицирование нанодисперсных частиц фторсодержащим олигомером обеспечивает 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 нанодисперсных частиц к агрегации, благодаря образованию на единичных частицах или низкоразмерных кластерах адсорбированного слоя олигомерных молекул, препятствующего непосредственному их взаимодействию уменьшение абразивного воздействия нанодисперсных 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, рамированной наночастицами обеспечение транспортирования активной противоизносной добавки - фторсодержащего олигомера - 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. 7832 1 2006.02.28 Таблица 1 Составы композиционных смазывающих материалов 1 Смазочная основа Литол-24 Солидол-С Циатим-201 2 Наполнитель Ультрадисперсные алмазы (УДА) Ультрадисперсный графит (УДАГ) шихта Коллоидный графит С-1-сиалон Нанодисперсная медь Термически расщепленный графит (ТРГ) 3 Фторсодержащий олигомер Марки Ф-1 Марки Ф-14 Марки В-1 Марки Эпилам Для приготовления составов смазывающих композиционных материалов использовали нанодисперсные наполнители УДА, УДАГ (ТУ РБ 28619110. 001-95), коллоидный графит марки С-1 (производства Завалаевского графитового комбината, Украина), -сиалоны(производства Института механики полимеров, Латвия), нанодисперсную медь (полученную разложением прекурсора в безокислительной среде), термически расщепленный графит ТРГ (производства РУНПП Гродненский механический завод). Дисперсность частиц наполнителя не превышала 3-10 нм для единичных частиц и 70-80 нм для нанокластеров или нанофазных областей. В качестве фторсодержащих олигомеров использовали продукты с торговыми марками Фолеокс и Эпилам (производства Института прикладной химии, Санкт-Петербург). Базовые пластичные смазки использовали в состоянии поставки. Триботехнические характеристики смазочных материалов приведены в табл. 2. 7832 1 2006.02.28 Таблица 2 Триботехнические характеристики смазок ХарактеристиПротока тип Интенсивность изнашивания,1010 Для пары трения ст 450,25 ст 40 Х Для пары трения ст 45 задир БрОЦС 5-5-5 Коэффициент трения Для пары трения ст 450,10 ст 40 Х Для пары трения ст 45 задир БрОЦС 5-5-5 Температура в зоне трения, К 373 Показатель для смазок Заявляемые составы 5 6 7 8 9 10 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. Температуру в зоне трения контролировали хромоникелевой 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 данных табл. 2, заявленные составы 1-13 в заявленных соотношениях превосходят по триботехническим характеристикам как базовую смазку (состав 18), так и прототип при одинаковом массовом содержании присадки (состав 3). Превышение содержания присадки более заявленного предела 22 мас.(состав 15) или не обеспечивает достижение дополнительного эффекта, или не оказывает заметного положительного действия. Превышение заявленного соотношения в присадке (нанодисперсный нанолнительфторсодержащий олигомер) более заявленного 1001 (состав 16) или снижение заявленного 1100 (состав 17) резко снижает эффективность действия присадки. Фторсодержащий модификатор эффективен при различных видах наночастиц или смеси (состав 11). 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 услови 5 7832 1 2006.02.28 ях воздействия абразивных частиц, вибраций, воздействия агрессивных сред, при изменении передаваемого момента, например, в универсальном шарнире карданной передачи автомобилей и сельскохозяйственной техники. Источники информации 1. А.с. СССР 487931, МПК С 10 М 1/16, 1976. 2. А.с. СССР 179409, МПК С 10 М 5/02, 1964. 3. А.с. СССР 577221, МПК С 10 М 5/02, 1977. 4. 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. 5. 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. 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