Способ формирования покрытия на трущихся поверхностях

Способ формирования покрытия на трущихся поверхностях

Реферат

Предлагаемое изобретение относится к способу формирования прочного износостойкого покрытия на трущихся поверхностях узлов трения и механизмов.

Известен способ образования защитного покрытия на трущихся металлических поверхностях при исходной смеси минералов, содержащей офит 50-80 мас.%, нефрит 10-40 мас.%, шунгит 1-10 мас.%, путем измельчения компонентов до размера частиц 5-10 мкм и их перемешивания. Состав подается в узлы трения со смазкой [1].

Наиболее близким к заявленному способу является способ формирования покрытия на трущихся поверхностях, в котором проводят измельчение смеси минералов, содержащей серпентин в виде смеси хризотил-асбеста, офита, антигорита, лизордита, амфибола, пирофиллита, ПАВ, и с получением твердосмазочной композиции с дисперсностью 1-40 мкм, с последующей механоактивацией композиции размещением полученного состава между трущимися поверхностями [2].

Однако известное изобретение не обеспечивает формирования покрытия, прочносвязанного с поверхностью трения.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является многократное повышение износостойкости по всей геометрии деталей в узлах трения при эксплуатации машин и механизмов.

Для достижения технического результата предлагается способ формирования покрытия на трущихся поверхностях путем измельчения исходной смеси минералов, включающей в мас.%: серпентин 78,1-82,5, оливинит 3,5-4,5, амфибол 2,2-4,1, тремолит 2,4-2,5, нефрит 0,7-0,8, гетит 2,4-2,8, редкоземельные элементы 2,3-2,5, ПАВ 1,0-2,5, катализатор 1,5-2,5, композиция проходит механоактивацию.

Компоненты, измельченные до размера 0,001-0,1 мкм, проходят магнитную сепарацию, затем их помещают в ванну со структурированным маслом и проводят ультразвуковым генератором диспергацию, при этом в среднем 20% частиц дробят до наноразмера и полученную композицию добавляют в смазки, которые подают на трущиеся поверхности.

Сущность предлагаемого изобретения.

В основу изобретения положен способ формирования прочного износостойкого защитно-ресурсного ремонтного булатируемого покрытия и избирательной компенсации при износе поверхности трения всех трущихся механизмов на основе железа и деталей машин в процесс режима штатной эксплуатации. Способ включает измельченную исходную смесь композиции минералов, содержащую: серпентин 78,1-82,5 мас.%, оливинит 3,5-4,5 мас.%, амфибол 2,2-4,1 мас.%, тремолит 2,4-2,5 мас.%, нефрит 0,7-0,8 мас.%, гетит 2,4-2,8 мас.%, редкоземельные элементы 2,3-2,5 мас.%, ПАВ 1,0-2,5 мас.%, катализатор 1,5-2,5 мас.%. Для получения предлагаемой композиции проводят механоактивацию и магнитную сепарацию с дисперсностью 0,001-0,1 мкм, затем ультразвуковым генератором частицы дробят до наноразмера, полученную композицию добавляют в смазки и подают в узлы трения.

Для формирования защитно-ресурсного ремонтного булатируемого покрытия на контактирующих поверхностях размещают смазки механоактивируемой смеси и падают на поверхность трения, где происходит формирование защитно-ресурсного покрытия в процессе эксплуатации механизмов. Исследования по рентгенографии показали, что сформированное покрытие на деталях по своей структуре напоминает «булат», так называемый псевдобулат. Деталь сохраняет свою структуру, а соприкосаемая кромка детали приобретает сверхпрочность «булата», т.е. происходит булатирование покрытия.

Серпентин - слоистый силикат состоит из двух сеток [Si₄O₅]^2-, соединенных вместе катионами в комплектные пакеты состава [Si₄O₁₀]^4-. Наличие нескомпенсированного электростатического заряда обусловлено тем, что, с одной стороны, сетки из кремнекислородных тетраэдров имеют одну свободную валентность, что определяет появление только на одной стороне сетки тетраэдров отрицательного заряда. В сдвоенных пакетах [Si₄O₁₀]^4- отрицательные заряды обеих сеток направлены внутрь пакета и скомпенсированы катионами Mg.

При воздействии трения избирательная компенсация в узлах трущихся поверхностей обусловлена самоорганизующимся процессом формирования защитно-ресурсного ремонтного булатируемого покрытия. Зону контакта трущихся поверхностей рассматривают как термодинамическую систему, где происходит обмен энергии трущихся поверхностей с внешней средой защитно-ресурсного ремонтного булатируемого покрытия, при этом происходит гибридизация углерода в защитно-ресурсном ремонтном булатируемом покрытии и образование гетероатомных кристаллов. Так как температура в узлах трения трущихся деталей в микрообъемах достигает 900-1500°С, то на микроуровне происходит микровзрыв, осуществляющий легирование деталей. В процессе трения защитно-ресурсного ремонтного булатируемого покрытия происходит освобождение энергии с активным поведением ионов активированного композита с потерей кристаллизационной воды, что приводит к замещению лигантов (активных молекул) с поверхностным смещением кристаллической решетки и замещением атомов железа на атомы, из которых изготовлены восстанавливаемые детали. Этот процесс сопровождается интенсивной очисткой поверхностного слоя от загрязнений и образованием булатируемого покрытия. Происходит сильное уплотнение поверхности металла деталей. Внедрение в поверхность металла атомов сопровождается потерей кристаллизационной воды, где кристаллы становятся одновременно усилителями процесса для наращивания ремонтного булатируемого покрытия. Композиция не уносится из зоны трения, так как она магнитная и может ориентироваться по направлениям векторов электромагнитных полей, в состав входят магнитный минерал - серпентин.

В месте с тем в предлагаемую смесь минералов вводят катализатор, представляющий собой природный минерал, например силикагель, для ускорения процесса формирования покрытия в количестве 1,5-1,6 мас.%.

Композиция используется в качестве добавок к смазкам любой вязкости в железнодорожном и автомобильном транспорте, горнообогатительных комбинатах, оборудовании судов и т.п. После подачи композиции смазки на трущиеся поверхности для формирования покрытия в узле трения осуществляем несколько перезапускав, чтобы композиция растеклась по всей поверхности детали. При этом детали контактируют на очень малой площади, составляющей 0,01-0,0001 номинальной площади сопряженных поверхностей, отсюда следует чем меньше частица, тем большую площадь она занимает.

Увеличение ресурса, трущихся механизмов осуществляют путем использования сформированного защитно-ресурсного ремонтного булатируемого покрытия на узлах трения в штатной эксплуатации при добавлении в смазку композиции природных минералов.

Пример 1

Проверка эффективности способа формирования защитно-ресурсного ремонтного булатируемого покрытия и избирательно компенсации на дизеле тепловоза ТЭМ2УМ №1028 при соотношении мас.%: серпентин - 82,5, оливинит - 4,0, амфибол - 2,5, тремолит - 2,5, нефрит - 0,8, гетит - 2,5, редкоземельные элементы - 2,5, ПАВ - 1,1, катализатор - 1,6 со структурированным маслом в качестве органического связующего из расчета состава 0,01 г на 500 г штатной смазки.

Эффективность технологии оценивалась по изменению параметров дизеля после обработки цилиндропоршневой группы, кривошипно-шатунной группы, топливной аппаратуры, регулятора частоты оборотов. Измерения производятся штатным оборудованием станции реостатных испытаний с применением контрольной аппаратуры «кипарис».

Контролируемые параметры на этапе предварительных испытаний:

- давление сжатия в цилиндрах;

- давление масла;

- температура масла;

- расход топлива на режиме холостого хода.

Результаты замеров сведены в таблицу.

Параметры	До обработки	После обработки
Давления сжатия	1	2	3	4	5	6	1	2	3	4	5	6
	25	-	25	26	25	24	27	32	30	34	33	33
Давление масла	2,3 кг/см2 (позиция «0»)	2,6 кг/см2 (позиция «0»)
Температура масла	68°С (позиция «0»)	62°С (позиция «0»)
Расход топлива	7.3 кг/ч (позиция «0»)	6,375 кг/ч (позиция «0»)

Контроль параметров дизеля производится после обработки двигателя в течение часа на режиме холостого хода и работы под нагрузкой в течение 30 минут.

В результате обработки дизеля среднее давления сжатия в цилиндрах увеличилось на 6,4 кг/см² (25,6%), расход топлива на режиме холостого хода (позиция «0») снизился на 0,925 кг/см² (12,6%).

Использование предлагаемой композиции в двигателях, механизмах позволяет снизить износ узлов трения в 2-5 раз, уменьшить потери на трения в 3 раза, осуществить восстановление компрессии в ДВС без их разборки.

Пример 2

Марка автомобиля - ТАТРА.

Проверка эффективности способа формирования защитно-ресурсного ремонтного булатируемого покрытия и избирательной компенсации в узлах трущихся поверхностей при соотношении в мас.%: серпентин - 80,0, оливинит - 4,0, тремолит - 2,5, амфибол - 2,5, нефрит - 0,8, гетит - 2,7, редкоземельные элементы - 2,5, ПАВ - 2,5, катализатор - 2,5 со структурированным маслом в качестве органического связующего из расчета состава 0,05 г на литер штатной смазки.

Обработка проводилась 2 раза.

Общий пробег - показания спидометра 630000 км. Вторая обработка после пробега 95000 тыс.км.

Достигнуты, следующие результаты.

1. Довление масла:

замеры проводились на прогретом двигателе до 40°С

	Р холостого хода (кгс/см2)	Р при средних оборотах (кгс/см2) n=1000 об/мин	Р при tax оборотах (кгс/см2)
Замеры до первой обработки с пробегом 630000 км	1,0	3,0	3,0
Замеры после первой обработки	3,0	3,8	3,8
Замеры после пробега 30000 км	3,9	4,0	4,0
Замеры до второй обработки пробег 95000 км	2,0	3,9	4,1
Замеры после второй обработки через 8000	2,1	4,0	4,1

2.Отмечен рост компрессии по цилиндрам

№ цилиндра	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	Сред
Замеры до первой обработки 23.09.2002 г.	22,5	20,0	22,5	20,5	20,0	24,0	22,0	23,0	22,0	24,0	22,5
Замеры после первой обработки через 2500 км	25,0	23,0	25,0	23,0	24,0	25,0	25,0	24,5	24,5	25,0	24,45
Замеры после пробега 30000 км 20.05.2003 г.	27,0	26,0	27,5	24,5	27,0	26,0	26,0	27,0	27,0	28,0	26,6
Замеры до второй обработки 95000 км пробег 17.09.2004 г.	29,0	29,0	30,0	30,0	30,0	29,0	29,0	29,0	29,0	29,0	29,8
Замеры после второй обработки через 8000 км пробег 18.11.2004 г.	29,5	29,5	30,5	30,0	30,0	29,5	30,5	29,5	29,5	29,5	29,8

Средний рост компрессии по цилиндрам составил 1.6%.

Происходит снижение СО, СН, снижается расход топлива на 30%, что позволяет улучшить в целом роботу всех деталей и самого двигателя, т.е. произошло восстановление без разборки.

Использованные источники информации

1. Патент РФ №2135638, МПК С23С 26/00, С10М 125/00, опубл. 27.08.99 г.

2. Патент РФ №2179270, МПК F16С 33/14, опубл. 10.02.2002 г.

Способ формирования покрытия на трущихся поверхностях путем измельчения исходной смеси минералов, включающей серпентин, амфибол, офит и ПАВ, механоактивацию полученной твердосмазочной композиции, размещением полученного состава между трущимися поверхностями, отличающийся тем, что осуществляют формирование защитно-ресурсного ремонтного булатируемого покрытия путем изготовления измельченной композиции, содержащей исходную смесь минералов в составе: серпентин, оливинит, амфибол, тремолит, нефрит, гетит, редкоземельные элементы, ПАВ, катализатор, получая твердосмазочную композицию, затем проводят механоактивацию, магнитную сепарацию с дисперсностью 0,001-0,1 мкм и в структурированном масле осуществляют ультразвуком диспергацию, при этом порядка 20% частиц доводят до наноразмера, затем полученную твердосмазочную композицию добавляют в смазку и смазку подают на трущиеся поверхности при следующем содержании минералов в смеси, мас.%:

серпентин	78,1-82,5
оливинит	3,5-4,5
амфибол	2,2-4,1
тремолит	2,4-2,5
нефрит	0,7-0,8
гетит	2,4-2,8
редкоземельные элементы	2,3-2,5
ПАВ	1,0-2,5
катализатор	1,5-2,5