состав для модифицирования и восстановления металлических поверхностей

Формула изобретения

1. Состав для модифицирования и восстановления металлических поверхностей, содержащий серпофит и катализатор в виде мелкодисперсной смеси, отличающийся тем, что он дополнительно содержит унстит и полигональный хризотил при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Полигональный хризотил	30
Серпофит	30
Унстит	30
Катализатор	10.

2. Состав по п.1, отличающийся тем, что дисперсность смеси составляет 0,1-25 мкм.

3. Состав по п.1, отличающийся тем, что в качестве катализатора используют бемит.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к машиностроению и порошковой металлургии и может быть использовано для создания кремнийсодержащего слоя и восстановления изношенных металлических поверхностей.

Известен состав, который используется в продлении срока службы деталей трения в процессе работы механизмов и представляет собой смазочное масло, металлосодержащие присадки, например, на основе меди или цинка и абразивные частицы оксида алюминия. Частицы металла присадки осаждаются прежде всего в микронеровностях поверхности, что повышает чистоту обработки поверхностей трения. Осаждаемые вместе с частицами металла мелкодисперсные абразивные частицы обеспечивают повышение износостойкости наносимого металлического покрытия /см. А.С. СССР №1668471, от 1991 г./.

Недостатками указанного состава являются низкая прочность и коррозионная стойкость получаемых с их помощью поверхностей трения.

Наиболее близким по содержанию компонентов и техническому результату к предлагаемому составу, т.е. прототипом, является состав для модифицирования металлов и восстановления металлических поверхностей, содержащий мелкодисперсную смесь природных минералов серпофита и катализатора /см. патент России №2169208, от 31.08.2000 г./.

Недостатками прототипа являются: отсутствие коррозионной стойкости, непрочность образованного защитного покрытия и, как следствие этого, низкая эффективность.

Техническим результатом изобретения является создание состава для модифицирования и восстановления металлических поверхностей, обладающего совместимостью с любыми маслами, повышенной адгезией к маслу для предотвращения масляного голодания пар трения высокой эффективностью приработки, высокой прочностью, износостойкостью, стойкостью к коррозии, однородностью структуры.

Поставленный технический результат достигается согласно изобретению тем, что состав для модифицирования и восстановления металлических поверхностей содержит серпофит и катализатор в виде мелкодисперсной смеси, при этом он дополнительно содержит унстит и полигональный хризотил в следующем соотношении компонентов, мас.%:

полигональный хризотил	30
серпофит	30
унстит	30
катализатор	10

при этом дисперсность смеси составляет 0,1-25 мкм, а в качестве катализатора используют бемит.

Сущность изобретения заключается в использовании природных минералов серпентиновой группы: полигональный хризотил и унстит (шестислойный серпентин), имеющие одинаковую химическую формулу Mg₃[Si₂ О₅](ОН)₄ и выделяющиеся многослойностью структуры кристаллической решетки. Указанные минералы оказываются более совместимыми вследствие повышенной активности их электронов и способности при термическом воздействии изменять свой уровень нахождения внутри кристаллических решеток, что влияет на структурную однородность и неотделимость получаемого кремнийсодержащего слоя, имеющего прочную связь с восстанавливаемой поверхностью трения.

Используемый природный минерал серпофит имеет формулу 2MgO·SiO ₂·2Н₂O и содержит воду в связанном состоянии, обладает протяженной структурой своих кристаллов. Обязательной составляющей серпофита является наличие оксидов редкоземельных металлов, а также оксидов Mg, Si, Ca, Al, Си, Cr, Zn. Применение серпофита способствует усилению межмолекулярных связей в формируемом защитном слое за счет возможности замещения атомов одних элементов атомами других элементов в узлах кристаллических решеток.

Выбор дисперсности состава обусловлен имеющимися зазорами в парах трения, а также возможностью высвобождения определенного количества входящей в состав минералов воды в связанном состоянии, влияющей на поддержание повышенной температуры и давления в зонах трения на этапе приработки состава, что необходимо для процесса формирования защитного слоя.

Используемая в качестве катализатора одна из разновидностей природного гидрата глинозема - бемит, очищенный от примесей, имеет формулу AlOOH. Бемит проявляет сильные каталитические свойства за счет активного выделения воды и высвобождения Al, необходимых для создания активной среды при протекании физико-химического процесса образования защитного слоя.

Наличие достаточного количества воды в связанном состоянии влияет не только на скорость протекания реакций образования защитного слоя, но и позволяет получить дополнительный ярко выраженный эффект раскоксовывания поршневых и маслосъемных колец при обработке двигателей внутреннего сгорания. Указанное количественное соотношение компонентов состава является наиболее приемлемым как для обработки двигателей внутреннего сгорания, так и других агрегатов и механизмов и не требует какой-либо коррекции по содержанию компонентов в зависимости от вида обрабатываемого механизма. Образованный защитный слой обладает коррозионной стойкостью, большой адгезией к маслу, что предотвращает масляное голодание трущихся поверхностей.

Основные этапы изготовления состава:

- раздельное предварительное измельчение минералов до величины 200-250 мкм известными измельчающими агрегатами;

- очистка сопутствующих примесей и обогащение;

- раздельное доизмельчение минералов с использованием измельчающих мельниц;

- перемешивание компонентов в указанных процентных соотношениях;

- фильтрация или сепарация смеси согласно требуемой дисперсности;

- термоактивация состава при температуре 300-350 град.C в течение 30 мин с целью увеличения энергии активации природных минералов;

- смешивание подготовленного состава с базовым маслом и загустителем.

Полученная смесь природных минералов нейтральна к воздействию со стороны любого вида масел, что дает возможность использовать ее с любым базовым маслом. Для устранения эффекта коагуляции полученного мелкодисперсного состава и для удобства его ввода при применении в различных механизмах и на открытых поверхностях трения состав смешивают с базовым маслом, загущенным до консистенции пластичных смазок с температурой плавления 65-75 град.C. Подобранный по температуре плавления гелеобразный загуститель обеспечивает постепенное, мягкое и эффективное воздействие рабочего состава на обрабатываемые поверхности трения. При этом отличием является сокращение до 40 мин времени приработки и обкатки таких агрегатов, как двигатель внутреннего сгорания. Этот способ также прост и удобен для длительного хранения состава без изменения его свойств.

Изобретение иллюстрируется примерами применения состава на автотракторной технике с контролем параметров, замеряемых вакуумным методом диагностики.

ПРИМЕР 1

Предлагаемый состав был введен в штатную смазку через заливную горловину двигателя внутреннего сгорания ГАЗ-3110 (Волга) со следующими параметрами:

Двигатель - ЗМЗ-406 бензиновый,

Тип масла - полусинтетическое,

Пробег до обработки - 80 тыс.км.

Параметры до обработки
№ цилиндра		1	2	3	4
Компрессия		11,5	11,5	11,2	12,0
Полный вакуум		0,80	0,86	0,86	0,84
Остаточный вакуум		0,13	0,15	0,17	0,15
Параметры после обработки
№ цилиндра	1		2	3	4
Компрессия	13,2		13,5	13,3	13,2
Полный вакуум	0,85		0,86	0,86	0,86
Остаточный вакуум	0,19		0,20	0,20	0,18

При номинальных показателях: полного вакуума	0,84-0,86
остаточного вакуума	0,17-0,20

После пробега в 46 тыс.км указанные параметры практически не изменились.

Пример 2

Предлагаемый состав был введен в штатную смазку автомобиля

Ниссан Максима с пробегом до обработки 320 тыс.км.

Двигатель - 6-цилиндровый, бензиновый.

Тип масла - синтетика

Параметры до обработки
№ цилиндра	1	2	3	4	5	6
Компрессия	9,0	11,2	10,0	12,0	9,0	11,5
Полный вакуум	0,77	0,83	0,82	0,80	0,78	0,82
Остаточный вакуум	0,30	0,12	0,24	0,32	0,28	0,12

Видно, что на 1, 4 и 5-ом цилиндрах компрессионные кольца не только изношены, но и сильно закоксованы.

Параметры после обработки
№ цилиндра	1	2	3	4	5	6
Компрессия	14,5	14,8	15,0	15,0	14,8	15,0
Полный вакуум	0,84	0,85	0,86	0,86	0,85	0,86
Остаточный вакуум	0,22	0,21	0,20	0,20	0,21	0,20

При номинальных показателях: полного вакуума	0,84-0,86
остаточного вакуума	0,17-0,20

Через 80 тыс.км пробега показатели практически не изменились.

Пример 3.

Заявляемый состав был введен в штатную смазку автомобиля КАМАЗ-5511 с пробегом до обработки 554000 к.

Двигатель - КАМАЗ-740 дизельный

Тип масла - минеральное

Параметры до обработки
№ цилиндра	1	2	3		4	5	6	7	8
Компрессия	24,0	28,0	30,5		28,0	31,5	30,0	28,5	29,0
Полный вакуум	0,78	0,86	0,91		0,89	0,91	0,88	0,87	0,88
Остаточный вакуум	0,44	0,24	0,20		0,38	0,20	0,10	0,25	0,24
Параметры после обработки
№ цилиндра	1	2	3	4		5	6	7	8
Компрессия	31,0	31,0	30,0	31,0		31,0	30,0	31,0	31,0
Полный вакуум	0,91	0,91	0,91	0,91		0,91	0,91	0,91	0,91
Остаточный вакуум	0,16	0,14	0,14	0,14		0,15	0,14	0,15	0,15

При номинальных показателях: полного вакуума	0,92-0,94
остаточного вакуума	0,14-0,16

После пробега 93 тыс.км показания практически не изменились.

Из приведенных примеров видно, что восстановление цилиндропоршневой группы произошло практически до номинальных размеров, включая раскоксование поршневых колец.

Пример 4

Обработке реагентом восстановительного действия были подвергнуты также редукторы задних мостов и коробки передач легковых автомобилей гаража ГУ ГОЧС г.Москвы с целю устранения износа и существенного увеличения их срока службы. Результатом обработки стало устранение шумов, вызванных износом зубьев шестерен и подшипников, а также заметное улучшение ходовых качеств автомобилей в связи с уменьшением коэффициента трения.

Использование изобретения позволит получить следующие результаты:

- образование и наращивание на обрабатываемых поверхностях трения высокоизносостойкого и коррозионно-устойчивого кремнийорганического однородного неотделяемого защитного слоя, обеспечивающего восстановление поверхностей трения и увеличение ресурса их работы;

- уменьшение коэффициента трения до аномально низкого значения;

- исключение сложной технологии ремонта механизмов (например, ремонт цилиндропоршневой группы двигателя, устранение закоксовывания поршневых колец, износа гильз цилиндров и др.)

- совместимость со всеми маслами;

- высокая эффективность и сокращение времени приработки (до 40 мин) состава и обкатки агрегатов (например, двигателя внутреннего сгорания);

- предотвращение « масляного голодания» пар трения за счет образования слоя с повышенной адгезией к маслу;

- возможность устранения коррозионных последствий на парах трения неэксплуатируемых агрегатов вследствие их длительного хранения;

- многофункциональность использования состава;