РЕМОНТНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНАЯ ДОБАВКА К ЖИДКИМ И ПЛАСТИЧНЫМ СМАЗОЧНЫМ МАТЕРИАЛАМ

Изобретение относится к области смазочных материалов, конкретно, к добавкам к смазочным маслам и пластичным смазкам и может найти применение в машиностроении как средство для ремонта и восстановления изношенных узлов и агрегатов во время эксплуатации за счет создания на поверхностях трения износостойких покрытий.

В современном машиностроении известны технологии восстановления ресурса машин и механизмов, которые включают способы обработки поверхностей трения машин и механизмов в процессе эксплуатации. К таким технологиям можно отнести ряд существующих способов восстановления поверхностей трения, общими признаками которых является введение в рабочую среду, например, в жидкие и пластичные смазочные материалы, определенных добавок на основе неорганических материалов (Войтов В.А. и др. Технологии триботехнического восстановления. Обзор и анализ перспектив // Проблемы трибологии. – 2003. - №2. - С. 86-94).

Благодаря этому при приработке рабочих поверхностей трения в процессе эксплуатации машин и механизмов, на рабочих поверхностях образуется металлокерамическое покрытие, слои которого замещают изношенные участки рабочих поверхностей и имеют значительно большую износостойкость и лучшие антифрикционные свойства, чем основной материал рабочих поверхностей.

Известен композиционный триботехнический материал, который представляет собой смесь шунгита в соединении с фторсодержащим олигомером в полиамидной матрице (патент RU №2401855 С1 «Композиционный триботехнический материал», МПК C09D 177/02, от 27.03.2009 г.). Позитивный эффект проявляется в том, что частицы шунгита выполняют роль многофункционального модификатора, что обеспечивает формирование на поверхностях трения износостойких пленок, которые повышают триботехнические характеристики.

Недостатком известного состава является то, что композиционный триботехнический материал применяется в парах трения только с полиамидной матрицей. Кроме этого фторсодержащий олигомерный полимер способствует пенообразованию во время циркуляции масла в системах смазки, что приводит к быстрому окислению масла и сокращению сроков его замены.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является ремонтно-восстановительная присадка к смазочным материалам, содержащая каолин в диапазоне 2-3 мас. %, дисульфид молибдена 10…15 мас. %; фуллерены и производные фуллеренов 0,1…1,0 мас. %, остальное высокоолеиновое растительное масло с содержанием олеиновой кислоты не менее 70…80 мас. % (патент UA 103670 U «Ремонтно-восстановительная присадка к смазочным материалам», МПК С10М 103/00, от 25.12.2015 г.) - прототип.

Предложенный состав ремонтно-восстановительной присадки способствует формированию на поверхностях трения покрытий аморфного строения, которые имеют высокую износостойкость и низкий коэффициент трения.

Минеральное вещество - каолин, во время трения шаржируется в рабочие поверхности трения. За счет одновременного действия катализаторов и фуллеренов на поверхностях трения образуются металлические мыла (пластичные, легкоплавкие пленки аморфного строения), содержащие метастабильные оксиды минеральных веществ и полимерные слои пленок, которые связывают шаржированные оксиды, препятствуя их выкрашиванию с поверхностей трения.

Наличие в составе ремонтно-восстановительной присадки дисульфида молибдена позволяет повысить противозадирные свойства узлов трения во время приработки, а наличие фуллеренов и их производных - повысить противоизносные свойства.

Недостатком известной ремонтно-восстановительной присадки к смазочным материалам является то, что она содержит абразивоподобные компоненты (оксид алюминия), способные повышать скорость изнашивания при приработке поверхностей трения и ухудшать противозадирные свойства смазочных материалов.

В основу изобретения положено создание состава ремонтно-восстановительной добавки к жидким и пластичным смазочным материалам для безразборного восстановления поверхностей трения изношенных узлов и агрегатов машин и механизмов.

Технический результат достигается тем, что ремонтно-восстановительная добавка к жидким и пластичным смазочным материалам содержит дисульфид молибдена, фуллерены и производные фуллеренов, высокоолеиновое растительное масло с содержанием олеиновой кислоты не менее 60…80 мас. % и шунгит при следующем соотношении компонентов, мас. %:

при этом содержание добавки в смазочном материале составляет 1,0-10,0 мас. %.

Материал шунгит представляет собой смесь силикатов до 57 мас. % и аморфноподобного углерода до 28 мас. %, остальное, до 15 мас. % - примеси оксидов других металлов. Специфическое строение шунгита характеризуется наличием нанодефектов, что способствует повышенной адсорбционной активности частиц шунгита по отношению к жидким материалам. Незначительные электрические поля, которые формируются нескомпенсированным электрическим зарядом, образуют ориентации полярных макромолекул, которые находятся на периферии частицы шунгита, благодаря образованию адсорбционных связей, что приводит к формированию пространственной армирующей структуры в объеме покрытия.

Кроме того, наличие в шунгите аморфного углерода значительно снижает эффект абразивного действия силикатов.

Во время приработки пары трения под действием контактных напряжений и высоких температур на пятнах фактического контакта обеспечивается ориентация плоскостей аморфного углерода и образование пространственных структур в виде износостойких пленок. Это ведет к восстановлению изношенных участков поверхностей трения образовавшимся многослойным аморфным покрытием. При этом происходит постоянное обновление износостойкого покрытия на поверхностях трения по мере его износа.

Применение минеральных веществ - шунгита в композиции с дисульфидом молибдена и фуллеренами, которые растворяются в высокоолеиновом растительном масле, позволяет достичь синергетического эффекта, результатом которого является образование пространственных аморфных структур на поверхностях трения с последующим их наращиванием и обновлением, имеющих высокую износостойкость и низкий коэффициент трения.

Кроме того, использование фуллеренов для формирования покрытия на изношенных поверхностях позволяет восстанавливать поверхности, изготовленные из любого материала, например всех марок сталей и чугунов, сплавов на основе меди, алюминия, титана.

Заявленное соотношение ингредиентов ремонтно-восстановительной добавки исследовано на оптимум, который составил 3,0…55 мас. % минеральных веществ и растительное высокоолеиновое масло - остальное, при содержании добавки в жидких и пластичных смазочных материалах в количестве 1,0…10 мас. %.

При процентном содержании в добавке минеральных веществ, меньшем чем 3,0 мас. %, и при содержании добавки в смазочном материале менее 1,0 мас. % происходит недостаточное взаимодействие упомянутых минеральных веществ на изношенной поверхности трения, в результате чего полученное покрытие имеет относительно низкую износостойкость.

При большем чем 55 мас.% содержании минеральных веществ в добавке и при содержании добавки в смазочном материале более 10 мас. %, происходит быстрое образование пленок на поверхностях трения и волнообразное изменение скорости изнашивания, что также уменьшает износостойкость полученного покрытия.

Предлагаемый состав ремонтно-восстановительной добавки к жидким и пластичным смазочным материалам проходит следующие стадии изготовления.

1. Подготовка сырья, контроль качества сырья согласно сертификатам или паспортам качества.

2. Измельчение шунгита и дисульфида молибдена до размеров частиц не более 1 мкм. Контроль качества измельчения.

3. Перемешивание ингредиентов и растворение фуллеренов в растительном масле с помощью кавитации в ультразвуковой ванне.

Возможность использования предложенного состава ремонтно-восстановительной добавки к моторным маслам и пластичным смазкам с достижением технического результата проверена лабораторными исследованиями и эксплуатационными испытаниями.

Лабораторные исследования проводили на четырехшариковой машине трения согласно ГОСТ 9490-75 «Материалы смазочные. Метод определения трибологических характеристик на четырехшариковой машине трения».

Для исследований были выбраны три вида смазочных материалов - моторные масла М-10Г2к, М-10ДМ и пластичная смазка Литол-24. Лабораторные исследования проводили с базовыми смазочными материалами и смазочными материалами, содержащими ремонтно-восстановительную добавку.

Состав и содержание ремонтно-восстановительной добавки в смазочных материалах при лабораторных исследованиях:

1. Добавка с содержанием минеральных веществ меньше чем 3,0 мас. % и при ее содержании в смазочных материалах менее 1,0 мас. % (меньше, чем оптимум).

2. Добавка с содержанием минеральных веществ больше чем 55 мас. % и при ее содержании в смазочных материалах более 10 мас. % (больше, чем оптимум).

3. Добавка с содержанием минеральных веществ 3,0…55 мас. % и при ее содержании в смазочных материалах 1,0…10 мас. % (оптимум).

Показатели трибологических характеристик, таких как показатель износа D_и, критическая нагрузка Р_к, нагрузка сваривания Р_с, полученные при лабораторных исследованиях выбранных смазочных материалов и смазочных материалов с ремонтно-восстановительной добавкой, приведены в таблицах 1-3.

Анализ данных, приведенных в таблицах, 1-3 показал, что:

1. При содержании ремонтно-восстановительной добавки меньше, чем определенный оптимум (таблица 1), трибологические характеристики смазочных материалов и смазочных материалов с ремонтно-восстановительной добавкой не отличаются.

2. При содержании ремонтно восстановительной добавки больше, чем определенный оптимум (таблица 2), трибологические характеристики смазочных материалов с ремонтно-восстановительной добавкой:

- ухудшаются по показателю износа D_и, который характеризует противоизносные свойства смазочных материалов, - на 6,6…14,5%;

- не изменяются по критической нагрузке Р_к, которая характеризует диапазон работы противоизносных присадок;

- ухудшаются по нагрузке сваривания Р_с, которая характеризует наличие противозадирных свойств, на 6,0…10,4%.

3. При оптимальном составе и содержании ремонтно-восстановительной добавки (таблица 3) трибологические характеристики смазочных материалов с ремонтно-восстановительной добавкой улучшаются:

- по показателю износа D_и на 20…33,3%;

- по критической нагрузке Р_к на 25…27%;

- по нагрузке сваривания Р_с на 33,3…42%.

Таким образом, лабораторные исследования подтвердили улучшение трибологических характеристик смазочных материалов с ремонтно-восстановительной добавкой.

Эксплуатационные испытания проводили на дизельных двигателях внутреннего сгорания КамАЗ-740. Перед применением ремонтно-восстановительной добавки во всех восьми цилиндрах, на прогретом двигателе, с помощью компрессиметра измеряли компрессию, которая была неравномерной по цилиндрам и составляла 2,28…2,34 МПа.

Введение ремонтно-восстановительной добавки проводили при замене моторного масла в двигателе.

После пробега грузовыми автомобилями 500 км, на прогретом двигателе, проводили измерения компрессии во всех цилиндрах. Величина компрессии составила 2,80 МПа, которая является номинальной для данной модели двигателя.

Испытания ремонтно-восстановительной добавки в составе пластической смазки Литол-24 проводили в лабораторных условиях на шариковых радиально-упорных подшипниках №202. Для испытаний выбирали подшипники с наработкой 4000…5000 часов, с радиальным зазором от 0,1…0,2 мм. После введения оптимального состава ремонтно-восстановительной добавки в пластичную смазку в количестве 10 мас. % и испытании под нагрузкой в течение 100 часов радиальный зазор составил 0,03…0,04 мм, что указывает на значительное уменьшение радиального зазора и подтверждает восстановление изношенных поверхностей трения при использовании предлагаемой добавки.

Проведенные эксплуатационные испытания подтвердили эффективность ремонтно-восстановительной добавки для восстановления изношенных поверхностей трения.

Заявленная ремонтно-восстановительная добавка к жидким и пластичным смазочным материалам может быть изготовлена в условиях современного промышленного производства на стандартном оборудовании с применением стандартных химических компонентов. Благодаря уникальным свойствам она может найти широкое применение при эксплуатации транспортных средств, машин и механизмов.