Результат интеллектуальной деятельности: Противоизносная присадка

Изобретение относится к машиностроению, в частности противоизносным присадкам к смазочным маслам для улучшения их трибологических свойств для подшипников скольжения и поршневых пар компрессоров, насосов, двигателей внутреннего сгорания и зацепления зубчатых передач.

Известны магнитные жидкости, которые меняют свои свойства в зависимости от напряженности магнитного поля. Они также могут служить для уменьшения коэффициента трения и интенсивности изнашивания трущихся узлов (см. Берковский Б.М., Медведев В.Ф., Крюков М.С. Магнитные жидкости. - М.: Химия, 1989 г., с. 159-166). Магнитные жидкости отличаются от традиционных смазок наличием твердых частиц, поэтому они, в основном, применяются в узлах трения подшипников качения и скольжения, в зацеплении зубчатых колес.

Наиболее близкой, по сути, является противоизносная присадка к дизельному топливу (см. патент РФ №2276681, 2006 г.), содержащая молекулы твердой пластичной смазки Fe₃O₄ (оксид железа), обладающие низким сопротивлением сдвигу, которые окружены молекулами поверхностно-активного вещества - олеиновой кислоты С₁₈Н₃₄О₂. Присадка обладает недостатком - диапазон ее рабочих температур является ограниченным (t = +5° - +80°С) и недостаточным для использования в высокотемпературных узлах трения машин и механизмов.

Техническая задача - получение противоизносной мицеллярной присадки для применения в трибосопряжениях с использованием смазочных материалов с более широким диапазоном рабочих температур.

Технический результат - повышение триботехнических и эксплуатационных характеристик присадки при минимизации концентрации присадки в смазочных материалах.

Он достигается тем, что в известной присадке, содержащей молекулы твердой пластичной смазки оксида железа Fe₃O₄ и молекулы поверхностно-активного вещества - олеиновой кислоты С₁₈Н₃₄О₂, ядро мицеллы дополнительно содержит молекулы твердой пластичной смазки диселенида молибдена MoSe₂ с окружающими их молекулами стеариновой кислоты C₁₈H₃₆O₂ дополнительно при следующем соотношении компонентов, мас.%: Fe₃O₄ - 3%, MoSe₂ - 17%, C₁₈H₃₄O₂ - 20%, С₁₈Н₃₆О₂ - 60%.

Предлагаемая присадка представляет собой жидкость из основного продукта с введением в него фазочистых магнетита и диселенида молибдена.

Магнетит представляет собой ядро мицеллы, обладающее низким сопротивлением сдвигу, и окружающих его молекул поверхностно-активного вещества - олеиновой кислоты С₁₈Н₃₄О₂. Диселенид молибдена представляет собой ядро мицеллы, обладающее низким сопротивлением сдвигу, и окружающих его молекул поверхностно-активного вещества - стеариновой кислоты С₁₈Н₃₆О₂. Молекулы данных кислот абсорбируются на поверхности частиц Fe₃O₄ и MoSe₂ в результате процесса хемосорбции.

Молекулы стеариновой кислоты C₁₈H₃₆O₂ обладают достаточно высокими температурными характеристиками и химической стабильностью по сравнению с олеиновой кислотой. Свойства данных кислот показаны в таблице 1.

С целью подтверждения улучшения свойств противоизносной присадки и достижения технического результата, были проведены сравнительные трибологические испытания присадки-прототипа и предлагаемой присадки на машине трения (см. патент РФ №115917, 2012 г.). Испытания проводили по схеме «вал-втулка», на базовом масле МС-20 (ГОСТ 21743-76) в течение 10 часов, напряженность магнитного поля составляла 10 кА/м, давление в зоне трения составляло 1,5 МПа, температура в зоне трения - 110°С. Скорость скольжения составляла 0,1 с^-1, что соответствует неустановившемуся (граничному) режиму смазки в паре трения. Материалы пары трения - баббит марки Б83 (втулка) и сталь 35 (вал). Результаты экспериментальных исследований показали высокую эффективность предлагаемой присадки и подтвердили ее повышенные триботехнические и эксплуатационные характеристики (табл. 2). Из таблицы 2 видно, что при одинаковых концентрациях присадок (0,005-0,02 мас.%), предлагаемая присадка проявляет лучшие триботехнические свойства: коэффициент трения понижается в 1,5-2 раза, интенсивность изнашивания понижается в 1,5-2,5 раза. Это подтверждает высокую температурную устойчивость предлагаемой противоизносной присадки.

Присадку получали следующим способом. В качестве дополнительной твердой пластичной смазки предложен диселенид молибдена MoSe₂, поскольку его рыночная стоимость в 30 раз меньше рыночной стоимости оксида железа Fe₃O₄. Схема получения присадки показана на чертеже. Она содержит диспергатор 1, седиментационную камеру 2, накопитель 3, смесительную камеру 4.

Оксид железа Fe₃O₄ помещали в ванну диспергатора 1 с олеиновой кислотой, а диселенид молибдена MoSe₂ помещали в ванну диспергатора 1 со стеариновой кислотой, где происходил процесс диспергирования растворов при температуре 28-30°С, при частоте 43 кГц в течение 20 часов. Затем растворы с мицеллами диселенида молибдена MoSe₂ и оксида железа Fe₃O₄ направляли в седиментационную камеру 2, где они осаждались в течение 8 часов.

Полученные растворы сливали и направляли на экспертизу по определению размера полученных мицелл. Оптимальный диапазон размеров частиц присадки 10^-7-10^-9 м. Осадок из седиментационной камеры направляли на повторную диспергацию, туда же направляли растворы после проведения процесса измерения размера частиц присадки, если они оказывались больше оптимального.

Растворы с мицеллами нужного размера направляли в накопитель 3. Из накопителя растворы поступали в смесительную камеру 4, где при температуре 25-30°С и скорости 300 об/мин их смешивали до получения конечного продукта - смазочной композиции с концентрацией MoSe₂ 0,01 мас.%. Данный температурный и скоростной режим выбран с целью интенсивного перемешивания составляющих смазочной композиции при недопущении испарения присадки в процессе смешивания. В результате получали продукт - противоизносную присадку при следующем соотношении компонентов, мас.%: Fe₃O₄ - 3%, MoSe₂ - 17%, C₁₈H₃₄O₂ - 20%, C₁₈H₃₆O₂ - 60%.

Положительный эффект - предлагаемая присадка позволяет при сравнительно низкой концентрации значительно снизить коэффициент трения и интенсивность изнашивания пар трения и повысить ресурс трибосопряжений машин и механизмов. Кроме того, введение в присадку диселенида молибдена MoSe₂, как дешевого вещества, значительно снижает себестоимость присадки.

Источники информации

1. Берковский Б.М., Медведев В.Ф., Краков М.С. Магнитные жидкости. - М.: Химия, 1989. - С. 159-166.

2. Патент РФ №115917, 2012 г.

3. Патент РФ №2276681, 2006 г. (прототип).