Смазка для обработки металлов давлением

Смазка для обработки металлов давлением

Реферат

Изобретение относится к консистентным смазкам, применяемым при обработке металлов давлением, в процессе холодной штамповки, волочения, прокатки черных и цветных металлов, а также может применяться в машиностроения для смазки узлов трения машин и оборудования.

Известно, что для волочения стальной проволоки через фильеру в качестве смазки используются мыльные порошки, соли жирных кислот, растительный и животный жир с загустителями, парафин. (И.Л. Перлин, М.З. Ерманок / Теория волочения М.: Металлургия, - 1971. - с.101). Недостатком данных смазок являются недостаточно высокие антифрикционные и износостойкие свойства.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является смазка для обработки металлов давлением, которая принята за прототип (RU 2281972 C1, МПК C10M 69/04, опубл. 20.08.2006 г.). Смазка содержит, мас.%: аспирационную пыль извести 14-18, аспирационную пыль известняка 2-10 и мыло щелочного металла с влажностью 10-20 мас.% - остальное.

Недостатком смазки являются недостаточно высокие антифрикционные и противозадирные свойства.

Задачей настоящего изобретения является повышение антифрикционных и защитных (противозадирных) свойств смазки за счет включения добавок в виде углеродного материала «Таунит» с углеродистыми нанотрубками, или алюминиевой пудры.

При обработке металлов давлением, в том числе волочении проволоки, прутков, труб, смазки применяются для уменьшения трения, износа, предохранения от коррозии, для снижения нагрева волоки.

Технический результат достигается за счет того, что смазка для обработки металлов давлением содержит мыло щелочного металла с влажностью 10-20 мас.%, в отличие от прототипа она дополнительно содержит нанотрубки графена со средним размером частиц 10-30 нм, модифицированные Mg(NO₃)₂×6H₂O, причем весовое соотношение частиц графена и добавки составляет 1:1, или алюминиевую пудру с размером частиц 1-2 мкм, при следующем соотношении компонентов, масс.%:

нанопорошок графена	1-1,5
или алюминиевая пудра	2,5-5,5
мыло щелочного металла с влажностью 10-20 мас.%	остальное

Углеродный наноматериал «Таунит», который предлагается использовать в составе смазки для уменьшения трения, износа, предохранения от коррозии, получают в результате механо-химического воздействия. (Э.Г. Раков, Нанотрубки и фуллеры. Серия новая университетская библиотека, М.: Логос, 2006. - с.285, Э. Газит, Нанотехнологии: необъятные перспективы развития, М.: Научный мир, 2011 г, 245 с.). При этом образуются зародыши, которые представляют собой наночастицы металлов и деформированные графеновые слои, содержащие пятиугольные циклы, а также полностью разупорядоченный углерод. Последующий отжиг вызывает формирование многослойных углеродистых нанотрубок двух типов: диаметром менее и более 20 нм. Источником первых является полностью разупорядоченный углерод, вторых - частицы катализатора. В том и ином случае вырастают закрытые нанотрубки графена.

Многослойные углеродистые нанотрубки типа «Таунит» представляют собой углеродный материал с количеством графеновых слоев не более 30, диаметром волокон от 10 до 120 нм, длиной менее 2 мкм и количеством структурированного углерода не менее 95%(А. Ткачев, С. Мищенко / Промышленное производство графенового наноструктурированного материала «Таунит» // Научно-технический Журнал «Наноиндустрия», - 2007, №2).

Если в предлагаемой смазке содержание углеродного наноматериала «Таунит» меньше или больше 1-1,5%, то смазка не эффективна по своим антифрикционным и противозадирным свойствам и не обеспечивает необходимое качество поверхности металлов при обработке давлением.

Кроме того, если в предлагаемой смазке применена алюминиевая пудра и ее содержание меньше или больше 2,5-5,5%, то она не обладает эффективностью для применения при обработке металлов давлением.

Пример 1. Для приготовления смазки с нанотрубками графена в варочную емкость загружают 15-30% нефтяного масла (например, цилиндровое масло) и вспомогательного жирового компонента. Образовавшуюся смесь перемешивают в течение 1,5 часов и нагревают до температуры 70-80°C. Полученный концентрат разбавляют горячей водой до температуры 60-70°C. При интенсивном перемешивании происходит омыление жидкости. После этого температуру повышают до 130°C для выпаривания воды и доводят до концентрации 50%. После этого образовавшийся компонент охлаждают до комнатной температуры.

Нанотрубки графена типа «Таунит» измельчают в диссольвере DISPERMAT (Германия) со скоростью 300 об/мин в течении 3 часов в изопропиловом спирте до обеспечения удельной поверхности 13 г/м^2.. Суспензию готовят следующим образом: в 150 г изопропилового спирта вводят 15 г нанопорошка графена со средним размером частиц 10-30 нм. Далее частицы графена положительно заряжают, добавляя Mg(NO₃)₂×6H₂O. Весовое соотношение частиц графена и добавки - 1:1. Полученную суспензию диспергируют на диспергаторе УЗГ-0.4/22 в течении 5 мин. После обработки получается однородная суспензия Mg - абсорбированных частиц графена, которую сливают в емкость. Далее разбавление до требуемой концентрации производят холодной водой с перемешиваем пропеллерной мешалкой.

Пример 2. Для приготовления смазки с алюминиевым порошком приготовление компонентов смазки, исключая нанотрубки графена типа «Таунит», производят аналогично примеру 1.

Порошок из алюминиевой пудры получают при размоле кусочков алюминия на шаровой мельнице в течении 50-60 мин с образованием чешуек метала плотностью помола 5000 г/см² (ГОСТ 5494-95). Такая плотность помола обеспечивает получение алюминиевой пудры с размером частиц 1-2 мкм.

Затем на аналитических весах изготавливают навеску алюминиевой пудры 100 мг, смешивают с водой и сливают в емкость. Далее производят разбавление холодной водой до требуемой концентрации с перемешиваем пропеллерной мешалкой.

Результаты сравнения свойств смазочной композиции с добавлением наноматериала «Таунит» или алюминиевой пудры со смазкой ЦИАТИН-201 представлены в таблице.

Таблица
Смазка	Коэффициент трения	Коэффициент налипания	Диаметр пятна износа, мм	Шероховатость поверхности, Ra, мкм
ЦИАТИН-201	0,34	0,41	-	-
Изобретение:
Нанопорошок графена	0,28	0,38	0,51	2,5
Алюминиевая пудра	0,29	0,40	0,66	3,6

Как видно из таблицы, использование предлагаемого состава смазки с наноматериалом «Таунит» или с алюминиевой пудрой способствует снижению коэффициента трения при обработке металла давлением на 14,7-17,6% и коэффициента налипания на 2,5-7,3%.

Смазка для обработки металлов давлением, содержащая мыло щелочного металла с влажностью 10-20 мас.%, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит нанотрубки графена со средним размером частиц 10-30 нм, модифицированные Mg(NO₃)₂×6H₂O, причем весовое соотношении частиц графена и добавки составляет 1:1, или алюминиевую пудру с размером частиц 1-2 мкм, при следующем соотношении компонентов, масс.%:

нанопорошок графена	1-1,5
или алюминиевая пудра	2,5-5,5
мыло щелочного металла с влажностью 10-20 мас.%	остальное