Пластичная смазка

Пластичная смазка

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к пластичным смазкам, в частности к пластичным смазкам, предназначенным для смазывания узлов трения машин и механизмов, работающих в условиях высоких нагрузок и скоростей скольжения.

Основным назначением смазывания является разделение движущихся относительно друг друга твердых поверхностей с целью сведения к минимуму трения и износа. Наиболее часто применяемыми материалами для этой цели являются масла и смазки. Выбор смазки определяется большей частью конкретным применением.

Пластичные смазки в основном состоят из жидкого смазывающего вещества, например масла, загустителей и различных присадок. Базовое масло может быть как естественного, так и искусственного происхождения. Консистентные смазки предпочтительно содержат от 5 до 20 вес.% загустителя.

Одними из основных загустителей, используемых в пластичных смазках, являются литиевые мыла предпочтительно стеариновой и 12-гидрооксистеариновой кислот и соединения мочевины, которые содержат в своей молекулярной структуре функциональную группу мочевины (-NHCONH-). Эти соединения, как правило, включают моно-, ди- или полисоединения мочевины.

С целью придания смазкам определенных свойств (противоизносных, противозадирных, антиокислительных, противокоррозионных и др.) в пластичные смазки могут быть включены различные присадки в количествах, обычно используемых в этой области применения.

Известны смазочные композиционные материалы для тяжелонагруженных узлов трения, которые состоят из смазочной основы и функционального наполнителя - смесь наночастиц алмаза и графита (заявка WO 93/01261 (PCT/RU 91/00134)) и неионогенное поверхностно-активное вещество в виде раздельно взятых или в сочетании: амин синтетической жирной кислоты (C₆-C₁₈), амид синтетической жирной кислоты (C₆-C₁₈), сложный эфир синтетической жирной кислоты (C₆-C₁₈), эфир высшего первичного спирта (C₁₀-C₁₆), синтетическую жирную кислоту (C₁₀-C₁₆), которые создают на поверхностях трения тонкую экранирующую пленку, предотвращающую износ и уменьшающую силу трения между контактирующими деталями.

Наиболее близким к предлагаемому является смазочный композиционный материал, содержащий дисперсную присадку, в котором в качестве смазочной основы использованы нефтяные и синтетические масла, загуститель, отличающийся тем, что в качестве дисперсной присадки используют продукт, представляющий собой нанодисперсные частицы, модифицированные фторсодержащим олигомером с молекулярной массой 2000-5000 ед. и общей формулой R_f-R₁, где R_f - фторсодержащий радикал, R₁ - концевая функциональная группа -OH; -NH₂; -COOH; -CF₃, при соотношении нанодисперсные частицы:олигомер = 100:1-1:100, при следующем соотношении компонентов, мас.%: дисперсная присадка 0,1-22, смазочная основа - остальное до 100 [Патент RU №2248389, МПК C10M 161/00; C10M 147/04; C10M 125/00; C10N 30/06; 2004 г.].

Такой смазочный композиционный материал обеспечивает высокую износостойкость узла трения и повышение эффективности смазки при эксплуатации в тяжелонагруженных узлах трения. Содержание присадки находится в диапазоне 0,1-22,0 мас.%.

К недостаткам прототипа следует отнести:

- сравнительно высокий коэффициент трения;

- недостаточную эффективность смазочной композиции в тяжелонагруженных узлах трения;

- высокое содержание нанодисперсных частиц в заявленном составе (до 22%).

Технической задачей заявляемого изобретения является повышение противозадирных и антифрикционных свойств пластичной смазки.

Поставленная задача решается тем, что предлагаемая пластичная смазка, содержащая нефтяное масло и загуститель в качестве смазочной основы и дисперсную присадку, при этом в качестве дисперсной присадки содержит дисульфид молибдена и наночастицы ультрадисперсных алмазов (УДА), модифицированных фторсодержащим олигомером общей структурной формулы (C₂F₄)_nCOF, где n=10²-10³, при соотношении ультрадисперсные алмазы:фторсодержащий олигомер 50:1-1:50 и дополнительно антиокислитель при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Ультрадисперсные алмазы,
модифицированные указанным фторсодержащим
олигомером	0,1-12,0
Дисульфид молибдена	0,1-8,0
Антиокислитель	0,3-0,5
Загуститель	10,0-15,0
Нефтяное масло	остальное

Для предлагаемой пластичной смазки используют, например, нефтяные масла с температурой застывания от минус 60 до минус 45°C и кинематической вязкостью при 50°C от 5 до 12 мм²/с, например, марок МВП, МС-8 и др.

В качестве загустителя используют полимочевинный загуститель [Данилов А.М. "Пластичные смазки на полимочевинах", М.: ЦНИИТЭНЕФТЕХИМ, 1995 г.] или литиевое мыло стеариновой или 12-оксистеариновой кислоты.

Дисульфид молибдена MoS₂ используют марки Molykote Microsize с размером частиц основной части 0,65-0,75 мкм, может быть использован высокодисперсный порошкообразный дисульфид молибдена иных марок.

В качестве антиокислительной добавки используют, например, дифениламин - ГОСТ 194-80, фенил-β-нафтиламин (Нафтам-2) - ГОСТ 39-79. Могут быть использованы иные аналогичные известные для этих целей вещества.

В качестве фторсодержащего олигомера общей структурной формулы (C₂F₄)_nCOF, где n=10²-10³, используют ультрадисперсный порошкообразный политетрафторэтилен (ТУ 0257-001-02698192-94) - порошкообразный продукт белого цвета, без запаха, полученный термогазодинамическим способом из отходов производства фторопласта-4 (ГОСТ 10007-80), размер частиц 1±0,5 мкм.

В качестве наночастиц ультрадисперсных алмазов используют водную суспензию наноалмазов детонационного синтеза из смеси тринитротолуол-гексоген с размером частиц 4-6 нм, например, производства ФГУП «Комбинат» Электрохимприбор» по ТУ 95-98 Ж83-Р1229 - Продукт ультрадисперсный углеродсодержащий очищенный ПУУО-Вх:

содержание основного вещества в твердой фазе, % - 96,0;

содержание несгораемых примесей в твердой фазе, % - 2,2;

содержание окисляемых форм углерода в твердой фазе, % - 1,6;

содержание твердой фазы в водной суспензии - 13,3%.

Согласно современным представлениям очищенные УДА представляют собой материал, состоящий из частиц 4-6 нм, каждая из которых имеет алмазное ядро, покрытое внешней стабилизирующей оболочкой из углерод-кислородных функциональных групп, и очень сложную поверхностную структуру, и находятся в составе агрегатированных различным образом частиц. Такие частицы объединяются в кластеры размером 20-60 нм, которые в свою очередь образуют более крупные разрушаемые УЗИ агрегаты до нескольких сотен нанометров (Долматов В.Ю. Ультрадисперсные алмазы детонационного синтеза. Получение, свойства, применение. СПб.: Изд-во СПбГПУ, 2003, 344 с.).

Модифицирование ультрадисперсных алмазов осуществляется путем их обработки дисперсией (10-20 мас.%) фторсодержащего олигомера общей структурной формулы (C₂F₄)_nCOF, где n=10²-10³, в подходящем разбавителе (спирте, ацетоне и т.п.) с последующим удалением растворителя упариванием.

Для интенсификации процесса модифицирования ультрадисперсных алмазов целесообразно использование для интенсификации процесса ультразвукового процессора (например, УЗП-125). Время гомогенизации определяется составом композиционного материала и массой приготавливаемой партии и находится в диапазоне от 10-20 мин до 3-4 часов.

Отличием предлагаемого изобретения от прототипа является то, что в качестве наночастиц используют ультрадисперсные алмазы, модифицированные фторсодержащим олигомером общей структурной формулы (C₂F₄)_nCOF, где n=10²-10³, при соотношении ультрадисперсные алмазы:фторсодержащий олигомер 50:1-1:50, и дополнительно дисперсная присадка содержит дисульфид молибдена. При заявленном количественном соотношении компонентов предлагаемая дисперсная присадка обеспечивает:

- увеличение износостойкости композиционного смазочного материала с модифицированными ультрадисперсными алмазами вследствие хемосорбции олигомерных молекул на поверхности контртела и образование устойчивого перенесенного слоя, состоящего из дисперсных частиц дисульфида молибдена, ультрадисперсного алмаза и частиц изнашивания ПТФЭ;

- увеличение гидролитической стабильности дисульфида молибдена к термоокислительной деструкции.

Заявленная совокупность существенных признаков предлагаемого состава ранее не была известна из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «новизна».

Ультрадисперсные алмазы (УДА), модифицированные фторсодержащим олигомером, в сочетании с загустителем - литиевым мылом стеариновой или 12-оксистеариновой кислоты или полимочевинным загустителем, нефтяным маслом и антиокислительной добавкой проявляет ранее неизвестные для нее свойства - антифрикционные, а в сочетании с дисульфидом молибдена проявляется синергетический эффект, обусловленный межмолекулярным взаимодействием компонентов смазочной композиции между собой. Технический результат заключается в неожиданно высоких противозадирных и антифрикционных свойствах предлагаемого состава, проявляющихся одновременно.

Обнаруженный авторами заявленного изобретения синергизм смазывающего действия системы дисульфид молибдена - ультрадисперсные алмазы (УДА), модифицированные фторсодержащим олигомером общей структурной формулы (C₂F₄)_nCOF, где n=10²-10³, позволяет сделать вывод о соответствии заявленного изобретения критерию «изобретательский уровень».

Предлагаемая пластичная смазка может быть приготовлена из известных материалов по общепринятой технологии приготовления пластичных смазок и использована в промышленности. Вышеизложенное позволяет сделать вывод о соответствии заявленной композиции критерию «промышленная применимость».

Заявляемую пластичную смазку готовят следующим способом.

Для осуществления заявляемого изобретения было приготовлено 5 составов по изобретению (примеры 1-5). Сравнительный состав - пример 6 (контрольный) - получали аналогично составам по изобретению, но с заменой заявляемого фторсодержащего олигомера общей структурной формулы (C₂F₄)_nCOF, где n=10²-10³, на фторсодержащий олигомер согласно патенту №2248389 (прототип) с молекулярной массой 2000-5000 ед. и общей формулой R_f-R₁, или R_f-R_f, где R_f - фторсодержащий радикал вида:

или -[CF₂-CF₂]_n-[CF₂-CF₂]_n-, n=2-40, R₁ - концевая функциональная группа -OH; -NH₂; -COOH; -CF₃, а также с исключением дисульфида молибдена.

Смазку на основе литиевого мыла получают путем добавления к нефтяному маслу, содержащему модифицированные ультрадисперсные алмазы, стеариновой или 12-оксистеариновой кислоты LiOH·H₂O, нагревают смесь до 150°C, удаляют водяной пар и до охлаждения реакционной массы осуществляют нагрев до 220°C. Затем смазку охлаждают до 130°C и небольшими порциями замешивают высокодисперсный порошкообразный дисульфид молибдена и дифениламин. Охлаждают реакционную смесь до температуры окружающей среды при перемешивании, производят гомогенизацию с получением конечного продукта. Составы по примерам 2, 4 (по изобретению) и 6 (контрольный) приведены в таблице 1.

Таблица 1
Составы пластичных смазок
Наименование компонентов	Примеры по изобретению, мас.%	Контрольный, мас.%
1	2	3	4	5	6
1. Антиокислитель
- Дифениламин	0,4	0,5	0,3	0,3		0,5
- Фенил-β-нафтиламин					0,4
2. Дисульфид молибдена	5,0	8,0	4,0	0,1	5,0	-
3. Загуститель, в частности:	12,0	12,0	15,0	10,0	10,0	12,0
- литиевое мыло стеариновой кислоты	-	-	-	+	-	-
- литиевое мыло 12-оксистеариновой кислоты	+	-	-	-	-	+
- полимочевинный	-	+	+	-	+	-
4. Фторсодержащий олигомер	4,0	5,0	0,1	0,24	4,0	-
общей структурной формулы (C2F4)nCOF, где n=102-103	+	+	+	+	+	-
Rf-COOH: ПФПЭК (ММ=3000-5000)	-	-	-	-	-	0,1
5. Ультрадисперсные алмазы	3,0	0,1	5,0	12,0	7,0	5,0
Нефтяное масло	75,6	74,4	75,6	77,36	73,6	82,9
ВСЕГО, мас.%:	100.00	100.00	100.00	100.00	100.00	100.00

Смазки на основе полимочевины получают путем нагрева 4,4'-дифемилметандиизо-цианата в базовом масле, содержащем модифицированные ультрадисперсные алмазы, до 70°C с последующим добавлением октадециламина. Перед охлаждением смеси до 80°C ее нагревают до 150°C. Затем небольшими порциями замешивают высокодисперсный порошкообразный дисульфид молибдена и дифениламин. Охлаждают реакционную смесь до температуры окружающей среды при перемешивании, производят гомогенизацию с получением конечного продукта. Составы по примерам 1, 3 и 5 (по изобретению) приведены в таблице 1.

В контрольном примере 6 использовали продукт «Композиция ПФПЭК» (ТУ 2612-011-58949915-2006), представляющий собой раствор высокомолекулярной (ММ 3000-5000) перфторполиэфиркарбоновой кислоты (ПФПЭК) во фторорганических растворителях.

Каждый приготовленный состав пластичной смазки (примеры 1-6) подвергали испытаниям на машине трения СМТ-1 по схеме Вал-Втулка. Вал 40Х сырой, длиной 1=0,030 м, D_нар=0,0356 м. Втулка 20ХН3А каленая, длиной l=0,025 м, D_вн=0,0360 м, HRc32, с шероховатостью R_a=0,38. Число оборотов вала - 300 в минуту. Нагружение пары производили ступенчато через каждые 500N с замером момента трения после его стабилизации. Для каждого состава заявляемой пластичной смазки определяли следующие показатели:

- нагрузку задира;

- средний коэффициент трения.

Результаты испытаний заявляемых пластичных смазок для составов по примерам 1-6, приведены в таблице 2.

Анализ результатов проведенных испытаний позволяет сделать следующие выводы. Можно видеть, что во всех случаях использования составов по изобретению (примеры 1-5) позволяет получить существенное уменьшение коэффициента трения и увеличить нагрузку задира. Трибологические свойства составов по изобретению значительно превосходят трибологические свойства смазки, описанной в прототипе, и смазки, полученной по контрольному примеру 6.

Это свидетельствует о высоком качестве предлагаемой смазки, позволяющей обеспечить надежную работу данного узла трения даже при высоких нагрузках. Значительное повышение противозадирных и противоизносных свойств является следствием синергетического действия присадок, содержащихся в составах заявляемой смазки.

Заявляемая пластичная смазка обладает высокими антифрикционными и противозадирными характеристиками, что подтверждается результатами испытания на установке СМТ-1 при повышенной нагрузке. Высокие триботехнические свойства, достигаемые заявленной пластичной смазкой, позволяют расширить области ее применения и увеличить ресурс работы узлов трения машин и механизмов.

1. Пластичная смазка, содержащая нефтяное масло и загуститель в качестве смазочной основы, нанодисперсные частицы, модифицированные фторсодержащим олигомером в качестве дисперсной присадки, отличающаяся тем, что дополнительно содержит антиокислитель, а в качестве дисперсной присадки содержит дисульфид молибдена и ультрадисперсные алмазы, модифицированные фторсодержащим олигомером общей структурной формулы (C₂F₄)_nCOF, где n=10²-10³ при соотношении ультрадисперсные алмазы:фторсодержащий олигомер 50:1-1:50 при следующем соотношении компонентов, мас.%:

ультрадисперсные алмазы, модифицированные
указанным фторсодержащим олигомером	0,1-12,0
дисульфид молибдена	0,1-8,0
антиокислитель	0,3-0,5
загуститель	10,0-15,0
нефтяное масло	остальное

2. Пластичная смазка по п.1, отличающаяся тем, что в качестве антиокислителя используют дифениламин.

3. Пластичная смазка по п.1, отличающаяся тем, что в качестве антиокислителя используют фенил-β-нафтиламин.

4. Пластичная смазка по п.1, отличающаяся тем, что в качестве загустителя используют литиевое мыло стеариновой или 12-оксистеариновой кислоты.

5. Пластичная смазка по п.1, отличающаяся тем, что в качестве загустителя используют полимочевинный загуститель.