×
20.02.2019
219.016.beae

Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НАНОДИСПЕРСНОГО ПРОТИВОИЗНОСНОГО СОСТАВА (НДПС) И СОДЕРЖАЩАЯ ЕГО СМАЗОЧНАЯ КОМПОЗИЦИЯ

Вид РИД

Изобретение

№ охранного документа
0002399650
Дата охранного документа
20.09.2010
Аннотация: Изобретение относится к машиностроению, в частности к способу получения нанодисперсного противоизносного состава, используемого в смазочном материале для узлов трения как из сплавов на основе железа, так и цветных металлов. Сущность: предварительно измельченный до порошка минерал вводят в технологическую жидкость и проводят обработку полученной суспензии с помощью ультразвука при мощности излучения не менее 5 кВт при длительности не менее 10 минут. Затем технологическую жидкость удаляют, а оставшийся состав диспергируют в жидком смазочном материале, содержащем поверхностно-активное вещество, образующее с частицами минерала коллоидный раствор. Полученную смесь отстаивают и образовавшуюся над отстоем суспензию используют в качестве присадки к основному смазочному материалу. Природный минерал содержит в мас.%: серпентин (лизардит и хризотил) 80-87, хлорит 2-3, магнетит 1-2, амакинит 1-2, кальцит 0,5-1, рентгеноаморфная фаза 8,5-12. Предпочтительно в качестве технологической жидкости используют воду, или спирт, или керосин. Смазочная композиция содержит основной смазочный материал и состав, получаемый в соответствии с описанным способом. Технический результат - снижение износа узлов трения в 3-4 раза, уменьшение потерь на трение в 3-4 раза, что приводит к повышению КПД машин и оборудования, снижению расхода смазочных материалов. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 1 табл., 2 ил.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к составам смазочных материалов для узлов трения как из сплавов на основе железа, так и цветных металлов, а также способам получения подобных составов.

Сущность изобретения: состав содержит смазочный материал, поверхностно-активное вещество, образующее с частицами минерала коллоидный раствор, и измельченный природный минерал с дисперсностью не более 1,0 мкм, содержащий, мас.%: серпентин (лизардит и хризотил) 80-87, хлорит 2-3, магнетит 1-2, амакинит 1-2, кальцит 0,5-1, рентгеноаморфная фаза 9-12. Способ получения: предварительно диспергированный минерал вводят в технологическую жидкость, в которой осуществляют дальнейшее диспергирование состава до наноразмерного уровня, после чего технологическую жидкость удаляют, а оставшийся состав помещают в жидкий смазочный материал, содержащий поверхностно-активное вещество, образующее с частицами минерала коллоидный раствор, проводят окончательную диспергацию минерала с помощью ультразвука, полученную смесь отстаивают, а образовавшуюся над отстоем суспензию используют в качестве присадки к основному смазочному материалу.

Технический результат - использование состава в двигателях, механизмах и устройствах позволяет снизить износ узлов трения в 3-4 раза, уменьшить потери на трение в 3-4 раза, тем самым повысить КПД машин и оборудования, уменьшить расход смазочных материалов, увеличить период между смазочными работами.

Состав может быть использован в качестве добавки к смазочным маслам двигателей внутреннего сгорания, механизмов, устройств, к дизельному топливу или в качестве твердосмазочных материалов, и может найти применение в автомобильном и железнодорожном транспорте, оборудовании морских и речных судов, оборудовании горно-обогатительных комбинатов, в насосном оборудовании газо- и нефтепроводов и т.п.

Известны металлоплакирующие смазочные материалы [Гаркунов Д.Н. Триботехника. Износ и безызносность. М.: Изд-во МСХА, 2001 г., 616 с.], позволяющие сформировать на участках фактического контакта защитные пленки на основе мягких металлов: меди, олова, свинца, цинка, серебра и других. Благодаря формированию пленки уменьшается удельное давление в контакте и интенсивность изнашивания сопряженных поверхностей деталей.

Металлоплакирующие смазочные материалы по фазовому признаку подразделяются на гомогенные и гетерогенные. Первые в качестве присадок содержат растворимые в базовой смазочной среде соединения металлов, вторые содержат металл или его окислы в виде порошков. Однако эти материалы обладают рядом недостатков (зависимость эффективности формирования пленки от концентрации металлов в среде, низкая устойчивость дисперсии металлических порошков, высокая степень чистоты порошков и другие), из-за которых их применение ограничивается главным образом пластичными смазками для определенных узлов трения.

В последние годы появился ряд технических решений [Патент РФ №2043393, С10М 125/04, Бюл. №25 от 10.09.95; Патент РФ №2127299, С10М 125/10, Бюл. №7 от 10.03.99; Патент РФ №2131451, С10М 125/26, Бюл. №16 от 10.06.99; Патент РФ №2179270, F16C 33/14, Бюл. №4 от 20.02.2002; Патент РФ №2179270, F16C 33/14, Бюл. №4 от 20.02.2002], согласно которым в качестве наполнителя твердосмазочных композиций используются слоистые природные гидросиликаты: тальк, серпентин, нефрит, доломит и другие. Наличие порошка указанных соединений в смазочной композиции при определенных условиях ее изготовления и введения между трущимися поверхностями и их приработки приводит к образованию на трущихся металлических поверхностях защитной пленки, существенно уменьшающей их износ. Некоторые авторы полагают, что защитный слой представляет собой сервовитную пленку [Патент РФ №2127299, С10М 125/10, Бюл. №7 от 10.03.99; Патент РФ №2131451, С10М 125/26, Бюл. №16 от 10.06.99].

Благодаря многочисленным экспериментам состав минеральной смеси удалось оптимизировать, и его компоненты отражены в таблице 1. Данный состав практически соответствует композиции [Патент РФ №2179270, F16C 33/14, Бюл. №4 от 20.02.2002].

Таблица 1
Фазовый состав порошка
Выявленная фаза Химическая формула Содержание, мас.%
Серпентин (лизардит и хризотил) Mg[Si4O10](OH)8, 80-87
Хлорит (MgAlFe)2[(Si, Al)8O20](OH)16 2-3
Магнетит Fe3O4 1-2
Амакинит (Mg, Fe)(OH)2 1-2
Кальцит CaMg(CO3)2 0,5-1,0
Рентгеноаморфная фаза 9-12

Однако использование этого технического решения также встречает определенные трудности, связанные с тем, что размер частиц минерала находится в области, существенно превышающий размеры шероховатости, - 10 мкм. Это приводит к ряду отрицательных последствий.

Первым из этих последствий является то, что на стадии приработки частицы подобных размеров могут вызывать тяжелые формы изнашивания приповерхностных слоев, такие как пропахивание, микрорезание и т.д. Очевидно, что это приводит к неоправданно высокой температуре на стадии приработки, повышенному износу и возможности заедания.

Вторым существенным недостатком рассматриваемого технического решения [Патент РФ №2243252, С10М 125/00, Бюл. №36 от 27.12.2004] является неустойчивость получаемой в результате изготовления состава суспензии. При этом основная часть порошка выпадает в осадок и не может быть рационально использована.

Для преодоления указанных недостатков может быть использовано следующее техническое решение в Патенте РФ №2264440, С10М 177/00, Бюл. №32 от 20.11.2005. Его главным отличием является то, что после получения фракции с размером менее 10 мкм, порошок помещается в жидкостной дезинтегратор, в котором размер частиц доводится до значений менее 1 мкм. При этом полученную смесь отстаивают, а образовавшуюся над отстоем суспензию используют в качестве присадки. С помощью подобного технологического приема обеспечивается субмикронная дисперсность частиц минерала, благодаря чему преодолевается первое из отрицательных последствий технического решения в Патенте РФ №2243252, С10М 125/00, Бюл. №36 от 27.12.2004, в котором используются частицы размером до 10 мкм.

Тем не менее, данное техническое решение в Патенте РФ №2264440, С10М 177/00, Бюл. №32 от 20.11.2005 не обеспечивает устранения второго недостатка - неустойчивости получаемой суспензии. Дело в том, что измельчение частиц до субмикронных размеров не предотвращает, а только замедляет процесс осаждения. Поэтому в случае отстаивания смеси основным параметром, определяющим концентрацию частиц в жидкости, является время. При этом скорость седиментации частиц такова, что для осаждения большей части частиц достаточно времени хранения в несколько дней.

Известны методы стабилизации коллоидных растворов, используемых как смазочные композиции, с помощью введения в них поверхностно-активных веществ. В частности, стабилизация присадок к смазочному материалу в виде нанодисперсных металлов, обеспечивающая удовлетворительную седиментационную устойчивость, достигается в результате хемосорбции наночастицами жирных кислот с образованием соответствующих солей [Воробьева С.А., Лавринович Е.А., Мушинский В.В. и др. Трение и износ. 1996 (17). №6, с.827-831]. При этом помимо стабилизации коллоида здесь достигается и общее улучшение антифрикционности за счет увеличения толщины адсорбционного слоя при попадании мицелл на трущиеся поверхности.

Аналогичный подход использован при реализации технического решения, описанного в заявке №2007117786/20(019363) от 09.06.07 (прототип). Введение в жидкий смазочный материал на стадии окончательного диспергирования минерального порошка солей жирных кислот позволило не только стабилизировать образовавшийся при этом коллоидный раствор, но и повысить антифрикционное действие присадки.

Однако при этом остается достаточно сложная проблема достоверного подтверждения и реального использования нанодисперсного уровня диспергирования минерального порошка. Дело в том, что диспергирование с помощью ультразвука в среде жидкого смазочного материала до наноразмерного уровня связано с рядом проблем. К ним относится, в первую очередь, вязкая диссипация энергии ультразвукового излучения, неизбежно возникающая при распространении ультразвуковых волн в вязкой среде, каковой является жидкий смазочный материал. Результатом подобной диссипации является снижение эффективности ультразвукового воздействия на частицы минерального порошка и, соответственно, затруднения при достижении необходимого нанодисперсного уровня размеров получаемых после воздействия частиц минерального порошка. Данное обстоятельство существенно осложняется тем, что контролировать размер частиц, образующихся в результате ультразвукового диспергирования в жидком смазочном материале, технически достаточно затруднительно ввиду следующих причин. Во-первых, уровень прозрачности большинства смазочных материалов, как правило, недостаточно высок для получения необходимого контраста при оценке размеров достаточно мелких частиц при использовании методов, включающих просвечивание суспензии, содержащей данные частицы. Это усугубляется тем, что состав среды, в которой осуществляется диспергирование, в соответствии с заявкой №2007117786/20(019363) от 09.06.07 (прототип), входят соли жирных кислот мягких металлов. Данные составляющие приводят к тому, что суспензия окончательно теряет прозрачность. При этом размеры частиц, получаемые в результате ультразвукового диспергирования, проконтролировать просвечивающими методами становится просто невозможно. В то же время использование других методов определения размеров данных частиц крайне осложнено трудностью извлечения их из образовавшегося коллоидного раствора. Таким образом, техническое решение, содержащееся в заявке №2007117786/20(019363) от 09.06.07, не может гарантировать, что размеры частиц, получаемые в соответствии с данным техническим решением, находятся именно в нанодисперсном диапазоне. Это, в свою очередь, существенно затрудняет не только контроль за технологическим процессом производства состава, но и делает практически невозможной оптимизацию состава по параметру его дисперсности в силу невозможности не только регулировать, но и контролировать его.

В связи с данным обстоятельством процесс оптимизации состава в техническом решении №2007117786/20(019363) от 09.06.07 осуществляется с помощью проведения триботехнических испытаний, которые вводятся как неотъемлемый элемент в технологический процесс изготовления состава. Это усложняет и удорожает рассматриваемую технологию.

Для преодоления перечисленных недостатков предлагается новое техническое решение - способ получения нанодисперсного противоизносного состава. Это техническое решение позволяет гарантировано довести дисперсность входящих в состав минеральных частиц до наноразмерного уровня и обеспечить практически полный переход исходного минерального порошка в коллоидный раствор. Такая нанодисперсная модификация состава существенно улучшает его эксплуатационные свойства.

Указанный эффект достигается следующим образом. После предварительного диспергирования минерального порошка в мельнице и пропускания его через сита порошок помещают в технологическую жидкость, с которой порошок в результате перемешивания образует суспензию. Основные требования к подобной технологической жидкости состоят в том, чтобы она обладала достаточной прозрачностью, могла быть легко разделена с минеральным порошком и в то же время имела как можно меньшую вязкость. Наличие этих качеств обеспечивает необходимые требования к процессу диспергирования без потери существенной доли мощности на вязкое трение в жидкости, кроме того, обеспечивает относительно простой и надежный контроль дисперсности минерального порошка за счет просвечивающих методов, а также обеспечивает требование разделения порошка с технологической жидкостью. В качестве такой жидкости в данном техническом решении предлагается вода, спирт и его водные растворы, а также керосин.

Поясним данное решение на примере воды. Диспергирование ультразвуком в воде минерального порошка осуществляется значительно эффективнее, чем в смазочных маслах в силу малой вязкости воды и ее относительно большого удельного веса, что существенно влияет на мощность ультразвуковой волны при одной и той же мощности генератора. Важным фактором контроля за дисперсностью минерального порошка является хорошая прозрачность и химическая и адсорбционная нейтральность воды, что позволяет использовать ее как в просвечивающих методах анализа дисперсности, так и в электронной микроскопии. Для примера на рис.1 приводится электронно-микроскопическая фотография реплики водной суспензии серпентина, прошедшей ультразвуковую обработку.

Как видно из фотографии, дисперсность полученных частиц лежит в наноразмерной области, чем обеспечивается достижение положительного эффекта. Для наглядной интерпретации данных по анализу подобных электронно-микроскопических фотографий используется метод построения кривых распределения, который позволяет оценить не только индивидуальную форму и размеры получаемых частиц, но и статистические показатели их распределения по размерам. Как видно из рис.2, распределение частиц по размерам имеет четко обозначенное среднее значение, которое лежит строго в нанодисперсном диапазоне.

Таким образом, использование воды как технологической жидкости позволило достаточно строго проконтролировать получаемые размеры частиц дисперсной фазы в предлагаемом составе. Именно это позволило оптимизировать мощность и время ультразвукового воздействия, имея в качестве параметра оптимизации размеры частиц минерального порошка. Как указывается в формуле изобретения, мощность ультразвукового излучения должна составлять не менее 5 кВт, а длительность его воздействия на суспензию минерального порошка и технологической жидкости - не менее 10 минут.

Использование данной технологии позволило достичь существенных положительных эффектов при использовании предлагаемого нанодисперсного противоизносного состава в реальных сопряжениях. В частности, авторами проводились испытания состава в конкретных тепловозных дизелях на Воронежском тепловозоремонтном заводе. Результаты испытания следующие.

Через заливочную горловину рамы картера дизеля 2А-5Д49 после достижения маслом температуры примерно 80 градусов был введен нанодисперсный противоизносный состав в количестве 150 г. Затем в течение 10 часов проводились реостатные испытания тепловоза в штатном режиме. По окончании указанного периода были проведены замеры давления сгорания в килограммах на сантиметр квадратный на 15-й позиции контроллера (максимальная мощность) по каждому из цилиндров двигателя. Результаты замера по цилиндрам правого ряда - 140, 140, 130, 118, 135, 140, 135, 150 (с первого по восьмой цилиндр). То же по цилиндрам левого ряда - 135, 130, 140, 135, 135, 135, 130, 135, 140. Перед реостатными испытаниями данный двигатель проходил обкатку и приемо-сдаточные испытания. Результаты замеров давления сгорания при тех же условиях на приемо-сдаточных испытаниях по правому ряду - 116, 110, 116, 118, 116, 116, 116, 118, по левому ряду - 114, 116, 118, 114, 116, 116, 116, 118. Нетрудно видеть, что по сравнению с приемо-сдаточными испытаниями после введения нанодисперсного противоизносного состава давление сгорания повысилось не менее чем на 10% по каждому цилиндру. Эти данные указывают на то, что в процессе работы нанодисперсного противоизносного состава на поверхностях трущихся деталей двигателя образовалась противоизносная пленка, что привело к соответствующему уменьшению зазоров, повышению давления сгорания и росту мощности дизеля при том же расходе топлива. Эти данные показывают высокую эффективность работы нанодисперсного противоизносного состава и получению, таким образом, предполагаемого положительного эффекта.

Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 11-20 из 436.
27.05.2013
№216.012.45d4

Система цифровой оперативно-технологической связи железнодорожного транспорта

Изобретение относится к технике электросвязи и может найти применение на железнодорожном транспорте для организации оперативно-технологической связи. Технический результат заключается в оптимизации канальных ресурсов первичных сетей оперативно-технологической связи за счет формирования кольца...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002483453
Дата охранного документа: 27.05.2013
10.06.2013
№216.012.47ca

Система контроля поверхности катания железнодорожной колесной пары

Изобретение относится к области измерительной техники и предназначено для автоматического контроля технического состояния рельсового подвижного состава в процессе его эксплуатации. Система контроля поверхности катания колеса железнодорожной колесной пары содержит две группы датчиков...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002483958
Дата охранного документа: 10.06.2013
27.06.2013
№216.012.500e

Секция газотурбовоза

Изобретение относится к области железнодорожного транспорта и касается усовершенствования конструкции газотурбовозов, включающих секции, оборудованные криогенными емкостями для газового или жидкого топлива газотурбинных силовых установок. Секция газотурбовоза содержит главную раму секции,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002486087
Дата охранного документа: 27.06.2013
10.07.2013
№216.012.53ac

Способ технического обслуживания и текущего ремонта подвижного состава железнодорожного транспорта

Поступивший на техническое обслуживание (ТО) и текущий ремонт (ТР) подвижной состав железнодорожного транспорта диагностируют с помощью стационарной стендовой системы диагностирования на переходных диагностических режимах испытаний. На основе анализа полученных диагностических признаков...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002487023
Дата охранного документа: 10.07.2013
10.07.2013
№216.012.53ae

Способ контроля технологического процесса опробования тормозов подвижного состава железных дорог

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля оборудования подвижного состава железных дорог, а именно для измерения давления в тормозной магистрали в процессе контроля технологического процесса опробования тормозов. Способ заключается в измерении...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002487025
Дата охранного документа: 10.07.2013
10.07.2013
№216.012.53b1

Смеситель-испаритель для топливных систем газотурбовозов

Изобретение относится к устройствам усовершенствования локомотивов, в частности газотурбовозов, в части устройств смешивания газообразных и жидких, в том числе криогенных, компонентов газового топлива. Смеситель-испаритель для топливных систем газотурбовозов содержит цилиндрический корпус с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002487028
Дата охранного документа: 10.07.2013
10.07.2013
№216.012.53b3

Вагон - насосная станция пожарного поезда

Изобретение относится к пожарному оборудованию, в частности, пожарных поездов. Вагон-насосная станция пожарного поезда включает железнодорожный вагон (1) с основанием (2), установленным на ходовых тележках с колесами и сцепками (5), насосами и трубопроводами для подачи жидкости, как минимум, от...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002487030
Дата охранного документа: 10.07.2013
10.07.2013
№216.012.53b5

Межсекционное соединение криогенных систем газотурбовоза

Межсекционное соединение криогенных систем газотурбовоза относится к сцепке специального назначения железнодорожных транспортных средств, работающих на криогенном топливе. Изобретение состоит из двух прямолинейных гибких двухстенных гофрированных трубопроводов (1), (2) равной длины,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002487032
Дата охранного документа: 10.07.2013
10.07.2013
№216.012.53b8

Устройство интеллектуальной бортовой аппаратуры маневровой автоматической локомотивной сигнализации

Изобретение относится к автоматике и телемеханике на железнодорожном транспорте. Устройство интеллектуальной бортовой аппаратуры маневровой автоматической локомотивной сигнализации содержит контроллер управления, модуль индикации, модуль управления, модуль навигационных сигналов, радиомодем...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002487035
Дата охранного документа: 10.07.2013
10.07.2013
№216.012.53b9

Устройство построения энергосберегающих графиков движения поездов

Заявленное изобретение относится к области железнодорожной автоматики и предназначено для использования в системах регулирования движения поездов. Устройство построения прогнозных энергосберегающих графиков движения поездов содержит взаимосвязанные блоки: получения информации о текущем поездном...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002487036
Дата охранного документа: 10.07.2013
Показаны записи 1-6 из 6.
20.07.2014
№216.012.defe

Способ азотирования деталей машин с получением наноструктурированного приповерхностного слоя и состав слоя

Изобретение относится к машиностроению, в частности к способу азотирования деталей узлов трения скольжения с получением наноструктурированного приповерхностного слоя. Проводят предварительную термообработку деталей путем закалки при температуре 920-940°C, последующего высокого отпуска с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002522872
Дата охранного документа: 20.07.2014
10.08.2014
№216.012.e6db

Способ изготовления деталей машин с получением субмикро- и наноструктурированного состояния диффузионного приповерхностного слоя при азотировании

Изобретение относится к машиностроению, в частности к способам повышения механических свойств приповерхностных слоев деталей машин из сплавов на основе железа с получением субмикро- или наноструктурированного состояния диффузионных слоев. Способ включает сборку пакета из попеременно...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002524892
Дата охранного документа: 10.08.2014
10.11.2014
№216.013.0563

Способ комбинированной химико-термической обработки деталей машин из теплостойких сталей

Изобретение относится к машиностроению, в частности к способу комбинированной химико-термической обработки деталей машин. Способ комбинированной химико-термической обработки деталей машин из теплостойких сталей включает циклическую цементацию деталей и закалку. Перед циклической цементацией...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002532777
Дата охранного документа: 10.11.2014
10.11.2014
№216.013.0565

Способ и устройство для ускоренного азотирования деталей машин с использованием импульсов электромагнитного поля

Изобретение относится к машиностроению, в частности к способу ионоазотирования деталей машин с использованием импульсов электромагнитного поля. Обеспечивают подачу в камеру для азотирования реакционного газа, его нагрев с одновременным генерированием в камере переменного электромагнитного поля...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002532779
Дата охранного документа: 10.11.2014
10.04.2016
№216.015.302a

Способ и устройство для ускоренных испытаний червячных редукторов

Изобретение относится к машиностроению, в частности к способу и устройству для испытаний червячных редукторов. В предлагаемом способе ускоренного испытания червячной пары червячного редуктора в качестве пары скольжения сначала проводят первичную макроприработку сопряжения пары скольжения. В...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002580207
Дата охранного документа: 10.04.2016
29.03.2019
№219.016.f25a

Способ получения и состав смазочной композиции для формирования противоизносных и антифрикционных свойств приповерхностных слоев трущихся деталей

Изобретение относится к машиностроению, в частности к составам смазочных материалов для узлов трения как из сплавов на основе железа, так и цветных металлов, а также способам получения подобных составов. Способ получения смазочной композиции для формирования противоизносных и антифрикционных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002351640
Дата охранного документа: 10.04.2009
+ добавить свой РИД