Способ диспергирования наноразмерного порошка меди в базовом моторном масле

Способ диспергирования наноразмерного порошка меди в базовом моторном масле

Реферат

Наиболее перспективным способом повышения долговечности и, соответственно, надежности агрегатов машин с замкнутой системой смазки является модифицирование смазочных материалов. Эта технология позволяет повысить износостойкость трущихся деталей с наименьшими затратами. В качестве добавок в моторное масло для улучшения работы механизмов может быть использован наноразмерный порошок меди.

Предлагаемое изобретение относится к способу получения добавок к моторным маслам на основе наноразмерного порошка меди, диспергированного с помощью ультразвука в базовом моторном масле.

Известно изобретение США «Наноструктурные сырьевые материалы для термического напыления», запатентованное в России (RU 98111495 А; С23С 4/12, В82В 1/00, В82В 3/00, 10.06.2000; заявители: Юниверсити Коннектикут (US); Рутгерс, Стейт Юниверсити Нью-Джерси (US); авторы: Питер Р. Стратт (US), Бернард Х. Кир (US), Росс Ф. Боуленд (US). Формула изобретения состоит из множества пунктов:

1. Способ получения агломерированных наноструктурных частиц, включающий: (а) диспергирование наноструктурного материала в жидкую среду посредством ультразвука; (б) добавление органического связующего к среде с получением раствора; и (в) сушку распылением раствора с получением агломерированных наноструктурных частиц.

10(17). Способ получения наноструктурных покрытий, включающий: (а) ультразвуковое диспергирование наноструктурного порошка в жидкую среду; (б) добавление органического связующего к упомянутой среде с образованием раствора; (в) сушку распылением раствора, вследствие чего образуются агломерированные наноструктурные частицы; и (г) напыление покрытия из агломерированных наноструктурных частиц на изделие с образованием наноструктурного покрытия.

12. Способ получения наноструктурного покрытия, включающий: (а) ультразвуковое диспергирование наноструктурного порошка в жидкую среду; (б) инжектирование упомянутого дисперсного раствора непосредственно в питание распылителя для термического напыления; и (в) напыление покрытия из агломерированных наноструктурных частиц на изделие с образованием наноструктурного покрытия.

Известен также состав и способ получения нанодисперсного противоизносного состава (НСПС) (RU 2008151517 А; С10М 177/00, В82В 1/00, 10.07.2010), причем НДПС представляет собой суспензию из жидкого смазочного материала и взвеси высокодисперсных минералов, при этом взвесь получается следующим образом: набор природных минералов предварительно измельчают в мельнице до порошка, проводят его магнитную сепарацию, вводят в жидкий смазочный материал, дезинтегрируют до размера частиц минералов не более 1 мкм, полученную смесь отстаивают, а образовавшуюся над отстоем суспензию используют в качестве присадки к смазочному материалу, причем набор природных минералов имеет следующее соотношение компонентов, мас. %:

Серпентин (лизардит и хризотил)	80-87
Хлорит	2-3
Магнетит	1-2
Амакинит	1-2
Кальцит	0,5-1
Рентгеноаморфная фаза	8,5-12

а непосредственно перед дезинтеграцией в жидкий смазочный материал вводятся поверхностно-активные вещества, образующие с частицами минералов в процессе их диспергирования коллоидный раствор. Перед дезинтеграцией в жидком смазочном материале порошок помещают в технологическую жидкость и проводят обработку полученной суспензии порошка и технологической жидкости с помощью ультразвука при мощности излучения не менее 5 кВт при длительности не менее 10 мин, а затем производят удаление технологической жидкости, после чего проводят диспергирование в жидком смазочном материале.

И в первом, и во втором способе используются органические связующие для получения суспензии при диспергировании ультразвуком. В состав предлагаемых материалов входят наноразмерные вещества.

Наиболее близким к заявленному изобретению относится изобретение Института физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук (ИФПМ СО РАН) «Способ получения суспензии высокодисперсных частиц металлов и их соединений и устройство для его осуществления» (RU 2012147093; B22F 9/04, B01J 3/00; 20.05.2014; авторы: Лернер Марат Израильевич (RU), Глазкова Елена Алексеевна (RU), Псахье Сергей Григорьевич (RU), Хоробрая Елена Геннадьевна (RU), Иванов Алексей Николаевич (RU), Цыганков Виктор Михайлович (RU), Цхе Александр Алексеевич (RU). Формула изобретения состоит из множества пунктов:

1. Способ получения суспензии высокодисперсных частиц металлов и их соединений, включающий механическое перемешивание порошка, представляющего собой агрегаты наноразмерных частиц, и дисперсионной среды и ультразвуковое диспергирование агрегатов, при этом механическое перемешивание и ультразвуковое диспергирование осуществляют при перемещении суспензии по замкнутому гидравлическому контуру таким образом, чтобы осуществлялось последовательно то механическое перемешивание суспензии, то ультразвуковое диспергирование.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что перемешивание осуществляют с помощью механической мешалки с частотой 250-1000 об/мин, предпочтительно 280-500 об/мин.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что ультразвуковое диспергирование осуществляют в ультразвуковой камере проточного типа при мощности излучения пьезоэлектрического преобразователя 10-100 Вт, с частотой колебаний 22 кГц, в интервале времени 5-60 мин, предпочтительно 5-30 мин.

4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что предпочтительно диспергирование осуществляют при мощности излучения пьезоэлектрического преобразователя от 80 до 100 Вт.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что скорость перемещения суспензии в замкнутой гидравлической системе составляет 0,06-0,15 м/с, предпочтительно 0,1-0,12 м/с.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в замкнутой гидравлической системе создают небольшое избыточное давление от 1,0 до 1,2 атм.

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что температуру суспензии поддерживают постоянной.

8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при диспергировании наноразмерного порошка алюминия или алюмонитридной композиции (AL/ALN) температуру суспензии поддерживают не выше 30°C, предпочтительно 20-22°C.

9. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для достижения эффективной дезагрегации используют суспензию с исходной концентрацией наноразмерных частиц 0,1-10,0 мас. %, предпочтительно 0,5-3 мас. %.

10. Устройство для получения суспензии высокодисперсных частиц металлов и их соединений содержит емкость-смеситель, в которой установлено средство для механического перемешивания, и ультразвуковую проточную камеру, последовательно соединенные между собой трубопроводами и средством для перемещения суспензии по замкнутой гидравлической системе.

11. Устройство по п. 10, отличающееся тем, что в качестве средства для перемещения суспензии по замкнутой гидравлической системе содержит самовсасывающий аппарат роторно-пульсационного воздействия (РПА).

12. Устройство по п. 10, отличающееся тем, что в качестве средства для перемешивания содержит механическую мешалку предпочтительно лопастного типа.

13. Устройство по п. 10, отличающееся тем, что устройство дополнительно содержит средства для контроля расхода суспензии, температуры, уровня жидкости в емкости-смесителе, датчик давления в трубопроводе.

В последнем варианте используется ультразвук для диспергирования наноструктурного порошка в жидкую среду, но для проведения процесса используется пьезоэлектрический преобразователь с мощностью излучения от 80 до 100 Вт. Также в нем не указываются:

- использование акустической кавитации для достижения эффективной дезагрегации и диспергирования;

- использование магнитострикционного преобразователя с присоединенными волноводами;

- использование в качестве наноструктурного материала наноразмерного порошка меди, полученного на базе ИТПМ и ИЯФ СО РАН.

Суть изобретения:

Предлагаемое изобретение относится к способу получения добавок к моторным маслам на основе наноразмерного порошка меди, диспергированного с помощью ультразвука в базовом моторном масле. После смачивания наноразмерного порошка меди базовым моторным маслом процесс деагломерации и диспергирования осуществляется с помощью энергии ультразвуковых колебаний диспергатора ИЛ100-6/1, создающего режим акустической кавитации в обрабатываемой среде на резонансной частоте ≈ 23 кГц. Мощность ультразвуковой установки 630 Вт. Наноразмерный порошок меди получают на базе ИТПМ и ИЯФ СО РАН. Средний размер частиц порошка составляет 120 нм.

Для интенсификации процесса диспергирования наночастиц меди в базовое моторное масло был использован ультразвуковой диспергатор, работающий в режиме эффекта акустической кавитации, возникающей при распространении ультразвука в среде. Ультразвуковая установка ИЛ100/6 (ООО «Ультразвуковая техника - Инлаб» г. Санкт-Петербург). Установка состоит из: ультразвукового генератора ИЛ10-0,63; магнитострикционного преобразователя; сменных волноводов. Процесс протекает следующим образом:

- в емкость заливается жидкость;

- подбирается резонансная частота для данной жидкости;

- добавляется наноразмерный порошок меди в необходимом количестве;

- волновод полностью погружается в жидкость;

- проводится процесс диспергирования.

Время воздействия ультразвука зависит от объема обрабатываемой жидкости и концентрации диспергируемого порошка. В результате получается взвесь наноразмерного порошка меди в базовом моторном масле, которая отличается по свойствам от аналогичной взвеси, полученной при простом смешивании нанопорошка с указанной жидкостью. Были проведены сравнительные эксперименты, которые показали, что при обработке акустической кавитацией степень деагломерации частиц повышается, а скорость седиментации взвеси уменьшается. Таким образом, повышается качество получаемых медьсодержащих добавок. В качестве обрабатываемой жидкости используется базовое моторное масло, потому что оно совместимо со всеми известными марками моторных масел. Медьсодержащие добавки рекомендуется использовать в новых двигателях внутреннего сгорания в период приработки. При этом технический результат отображает суть изобретения, которое заключается в повышении качества медьсодержащей модифицирующей добавки за счет повышения степени деагломерации и диспергирования наноразмерного порошка меди со средним размером частиц 120 нм в базовом моторном масле. Представленный эффект достигается за счет ультразвуковой обработки взвеси в режиме акустической кавитации на резонансной частоте порядка 23 кГц.

Способ получения модифицирующей медьсодержащей добавки для смазочного материала, включающий добавление наноразмерного порошка меди со средним размером частиц 120 нм в базовое моторное масло, смачивание порошка базовым моторным маслом и диспергирование посредством ультразвуковых колебаний в режиме акустической кавитации на резонансной частоте порядка 23 кГц.