способ формирования покрытия на трущихся поверхностях

Формула изобретения

Способ формирования покрытия на трущихся поверхностях, включающий измельчение исходной смеси минералов, включающей серпентин и амфибол, механоактивацию полученной твердосмазочной композиции со связующим, размещение полученного состава между трущимися поверхностями и последующую его приработку, отличающийся тем, что используют исходную смесь минералов, содержащую серпентин в виде смеси хризотил-асбеста, офита, антигорита и лизардита, взятых в массовых частях соответственно 1: 2,5-4,0: 1,5-3,0: 2,0-3,5, и дополнительно пирофиллит, измельчение ведут с добавлением ПАВ и получением твердосмазочной композиции с дисперсностью 1-40 мкм, при этом размещенный между трущимися поверхностями состав содержит, мас. %:

Твердосмазочная композиция - 0,5 - 2,5

Связующее - 97,5 - 99,5

и твердосмазочная композиция содержит ингредиенты в следующем соотношении, мас. %:

Амфибол - 2 - 5

Пирофиллит - 8 - 10

ПАВ - 5 - 15

Серпентин - Остальное

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к машиностроению, в частности к способу формирования покрытия на трущихся поверхностях, и может быть использовано для формирования прочного износостойкого пленочного покрытия в узлах трения топливных, гидравлических, прецизионных систем, зубчатых и цепных передач, систем с циркуляционной смазкой, включая подшипники качения, применяемых в различных отраслях промышленности и сельского хозяйства.

В последние годы появился ряд технических решений [см. , например, RU 2035636 С1, 20.05.1995] , согласно которым для формирования покрытий на трущихся поверхностях используют твердосмазочные композиции, включающие природные гидросиликаты магния, как-то: серпентин, тальк. Наличие указанных соединений в композиции при определенных условиях ее приготовления, введение между трущимися поверхностями в смеси со связующими, последующая приработка приводят к образованию на трущихся металлических поверхностях покрытий, существенно изменяющих их износ.

Известен также способ формирования покрытия на трущихся поверхностях, заключающийся в том, что между трущимися поверхностями элементов пары трения размещают предварительно активированную смесь абразивно-подобного порошка в органическом связующем, после чего поверхности трения элементов прирабатывают, при этом используют активированную смесь, содержащую следующие ингредиенты, мас. %: природный серпентинит 0,5-40,0; серу 0,1-5,0; ПАВ 1-40, с дисперсностью 0,1-2 мкм [RU 2059121 Cl, 27.04.1996] .

Ближайшим аналогичным решением по технической сущности и достигаемому эффекту является способ формирования покрытия на трущихся поверхностях, включающий измельчение исходной смеси минералов, содержащей серпентин, энстатит и магнетит или их сочетания, по меньшей мере, с одним минералом, выбранным из амфибола, биотита, ильменита, петландита, пирротина, талька, халькопирита или самородной серы, механоактивацию полученной твердосмазочной композиции со связующим, размещение полученного состава между трущимися поверхностями и последующую его приработку, при этом используют смесь минералов с дисперсностью 0,01-1,0 мкм, и размещаемый между трущимися поверхностями состав содержит, мас. %: смесь минералов 3,3, связующее 96,7 [RU 2057257 C1, 27.03.1996] .

Известный способ позволяет увеличить механическую прочность поверхности металла, снизить коэффициент трения, устранить дефекты поверхности и повысить антикоррозионную стойкость.

Однако, как показали эксперименты авторов предполагаемого изобретения, известный способ не обеспечивает формирования прочносвязанного с поверхностью трения слоя, и, стало быть, задача повышения прочности и долговечности покрытия, а, следовательно, и задача уменьшения износа трущихся поверхностей и минимизация коэффициента трения по-прежнему сохраняет актуальность.

Для решения поставленной задачи предложен настоящий способ формирования покрытия на трущихся поверхностях, включающий измельчение исходной смеси минералов, содержащей серпентин в виде смеси хризотил-асбеста, офита, антигорита и лизардита, взятых в массовых частях соответственно 1: 2,5-4,0: 1,5-3,0: 2,0-3,5, а также амфибол и пирофиллит, с добавлением ПАВ и получением твердосмазочной композиции и дисперсностью 1-40 мкм, с последующей механоактивацией композиции со связующим, размещением полученного состава между трущимися поверхностями и его приработкой, при этом размещаемый между трущимися поверхностями состав содержит мас. %: твердосмазочная композиция 0,5-2,5, связующее 97,5-99,5, причем твердосмазочная композиция содержит ингредиенты в следующем соотношении, мас. %: амфибол 2-5, пирофиллит 8-10, ПАВ 5-15, серпентин - остальное.

Предлагаемый способ предусматривает использование связующего на любой основе: масла (моторного, индустриального и др. ), топлива, минеральных масел (жидких смесей высококипящих углеводородов, t_кип 300-600^oC), синтетических масел (кремнийорганических жидкостей, эфиров фосфорной, адипиновой и других кислот, полиалкиленгликолей и др. ) или солидолов, а также любых поверхностно-активных веществ (ПАВ), использующих в качестве диспергаторов при измельчении.

Триботехнический эффект предлагаемого способа достигается в равной мере на различных связующих и ПАВ, благодаря качественному и количественному составу природной минеральной смеси.

Дополнительные термо-рентгенографические исследования показывают, что под давлением высоких нагрузок и температур в контактных зонах кристаллизационная вода в составе кристаллогидратов замещается атомами углерода из углеводородного связующего.

Внедряясь в поверхность металла с потерей кристаллизационной воды, кристаллы становятся одновременно катализатором процесса цементации поверхностного слоя и скелетом для наращивания приповерхностных слоев. В зависимости от характера нагрузки, режима трения и физико-химических свойств поверхности возможны разные варианты ее модификации:

цементация (насыщение углеродом поверхностного слоя металла с образованием твердого раствора карбида железа);

SP3 - гибридизация углерода в поверхностном слое (образование алмазоподобной структуры углерода);

образование сверхтвердых карборундовых приповерхностных слоев характерного темно-зеленого и серого цвета, являющихся кристаллическим продуктом соединения кремния с углеродом.

Комбинации этих процессов сопровождаются интенсивной очисткой поверхностного слоя от загрязнений и образованием ярко выраженной регулярной структуры приповерхностного слоя (типа хоновой сетки) с заведомым улучшением реологии, грузоподъемности и долговечности контакта, снижением коэффициента трения в 15 раз и компенсацией износа поверхностей пар трения.

Введение состава в узел трения производят через штатную систему смазки (подачи топлива) или методом напыления на поверхности контактных зон с определенной периодичностью и последующей кратковременной обкаткой при минимальных нагрузках и скоростях для равномерно распределения. Основной процесс идет в режиме штатной эксплуатации узла.

Экспериментальные данные показывают, что дисперсность состава определяется областью применения, поэтому измельчение исходной смеси минералов выполняют в 3-х вариантах:

1) не более 5 мкм - для топливных, гидравлических и особо точных систем;

2) не более 28 мкм - для систем с циркуляционной смазкой и подшипников качения;

3) не более 40 мкм - для зубчатых и цепных передач, механизмов открытого типа (шестерни, цепные передачи).

Пример

Для приготовления твердосмазочной композиции были использованы следующие компоненты: серпентин в виде смеси из 8 г хризотил-асбеста, 28 г офита, 20 г антигорита и 24 грамма лизардита (в мас. ч. соответственно 1: 3,5: 2,5: 3), 5 г амфибола. 10 г пирофиллита, 5 г ПАВ (ОП-7). Компоненты смешивают в атриторе, контролируя степень помола. Твердосмазочную композицию в количестве 2 г подвергают механоактивации ультразвуком с связующим на основе масла И-8, взятом в количестве 198 г, что соответствует составу, размещаемому между трущимися поверхностями, мас. %:

твердосмазочная композиция 1, связующее 99.

Испытания, проведенные на машине трения СМЦ-2 по схеме "дисколодка" (диск из стали 45 БрОЦС5-5-5) в индустриальном масле И-8 (объем ванночки 200 мл) при удельной нагрузке 8 МПа и скорости скольжения 0,92 м/с, показали:

1. За период приработки пары трения потеря массы ролика составила 0,0002 г, а потеря массы колодки - 0,0160 г;

2. В период установившегося режима трения за 30 мин потеря массы ролика составила 0,0001 г, а колодки - 0,0032 г;

3. После введения состава за 30 мин масса ролика увеличилась на 0,0022 г, а потеря массы колодки составила всего 0,0004 г.

4. Величина момента сил трения уменьшилась в 14-15 раз по сравнению с периодом установившегося режима трения

Результаты экспериментальных работ по внедрению технологии согласно изобретению свидетельствуют об экономии энергоресурсов в различных отраслях: например, на новых токарных станках, помимо снижения шумов и вибраций, расход электроэнергии сокращен на 35-40%; производительность компрессора 202 ВП-10/8У4 увеличилась на 20%, возросло давление на первой ступени, при этом потребляемая мощность электроэнергии выросла не более чем на 3%, виброаккустические характеристики значительно улучшились; отмечено общее снижение уровня шума в разных режимах работы токарных станков 16К 20 при уменьшении радиального биения шпинделя с 5 мкм до 0,5 мкм.

Особо следует отметить возможность вибродиагностики дефектных узлов для последующей их замены в случае использования технологии согласно изобретению.

При применении заявленной технологии на двигателях внутреннего сгорания, результаты - экономия топлива до 30%, состояние ДВС значительно улучшено, а большинство приобрело значения (по результатам диагностики) выше паспортных параметров.