close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY 08470

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
BY (11) 8470
(13) C1
(19)
(46) 2006.10.30
(12)
7
(51) C 10M 169/04, 171/06
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
СМАЗОЧНАЯ КОМПОЗИЦИЯ
ДЛЯ ТЯЖЕЛОНАГРУЖЕННЫХ УЗЛОВ ТРЕНИЯ
BY 8470 C1 2006.10.30
(21) Номер заявки: a 20030922
(22) 2003.10.06
(43) 2005.06.30
(71) Заявители: Учреждение образования
"Гродненский государственный университет имени Янки Купалы"; Открытое акционерное общество "Белкард" (BY)
(72) Авторы: Струк Василий Александрович; Костюкович Геннадий Александрович; Кравченко Виктор Иванович;
Овчинников Евгений Витальевич;
Семеняко Михаил Михайлович; Авдейчик Сергей Валентинович (BY)
(73) Патентообладатели: Учреждение образования "Гродненский государственный
университет имени Янки Купалы";
Открытое акционерное общество "Белкард" (BY)
(56) Смуругов В.А. и др. Трение и износ. –
1996. - Т. 17. - № 5. - С. 694-698.
BY 5090 C1, 2003.
BY а 19991135, 2001.
SU 888534 A, 1983.
JP 03045698 A, 1991.
JP 06313186 A, 1994.
RU 2193577 C2, 2002.
RU 2106377 C1, 1998.
(57)
1. Смазочная композиция для тяжелонагруженных узлов трения на основе пластичной
смазки, содержащая полимерный модификатор, отличающаяся тем, что в качестве полимерного модификатора содержит полимерное дисперсное волокно длиной 0,01-5,0 мм и
пористостью 0,1-99,0 % при следующем соотношении компонентов, мас. %:
полимерное дисперсное волокно
0,1-25,0
пластичная смазка
остальное.
2. Смазочная композиция по п. 1, отличающаяся тем, что содержит полимерное дисперсное волокно, включающее 0,1-0,3 мас. % металлосодержащего прекурсора.
3. Смазочная композиция по п. 1, отличающаяся тем, что содержит полимерное дисперсное волокно, включающее 0,01-0,1 мас. % металла.
4. Смазочная композиция по п. 1, отличающаяся тем, что содержит полимерное дисперсное волокно, включающее 0,1-20,0 мас. % фторсодержащего олигомера.
5. Смазочная композиция по п. 1, отличающаяся тем, что содержит полимерное дисперсное волокно, включающее 0,1-5,0 мас. % маслорастворимого ингибитора коррозии.
Изобретение относится к области материаловедения в машиностроении, в частности к
смазочным композиционным материалам, применяемым в узлах трения различных машин
или механизмов или в качестве технологической среды при обработке металлов давлением для снижения износа и предотвращения явления схватывания инструмента с поверхностью обрабатываемой заготовки.
В современном машиностроении широко применяют смазки на основе нефтяных, растительных и синтетических масел, содержащие в качестве функциональных компонентов
загустители, антиоксиданты, противоизносные и противозадирные присадки, порошки
металлов, оксидов, сухих смазок, полимеров и т.д.[1]. К числу эффективных модификато-
BY 8470 C1 2006.10.30
ров смазок относят полимерные материалы в виде порошков различной дисперсности или
растворов. Такие присадки выполняют функцию реологической, противоизносной и противозадирной добавки и способствуют стабилизации вязкости смазки в условиях перепада
температур и формированию разделительного слоя в зоне фрикционного контакта, предотвращающего износ и схватывание деталей пары трения. Особенно эффективны такие
смазки в условиях действия больших контактных нагрузок и повышенных температур,
когда смазочный слой разрушается, что приводит к прямому взаимодействию микронеровностей поверхностного слоя контактирующих деталей узла вала и подшипника.
Наличие в смазке полимерных частиц обеспечивает существенный противоизносный
и противозадирный эффект благодаря деформированию частиц полимерного наполнителя
и образованию разделительного слоя более высокой прочности по сравнению с граничным слоем смазки. Важное значение при этом имеют размер и форма частиц, молекулярная масса, деформационно-прочностные характеристики, стойкость к окислению и
термомеханической деструкции и т.п. [2]. Однако существуют значительные технологические трудности получения высокодисперсных полимерных порошков или их модифицирования, например, γ-облучением, с целью повышения эксплуатационных характеристик.
Прототипом изобретения являются смазочные составы на основе масел или смазок
различного состава, содержащие в качестве функциональной полимерной добавки дисперсные полимерные волокна на основе вискозы, полиакрилонитрила, оксалона при содержании 2-5 мас. % [2].
Введение в базовую смазку полимерных волокон позволяет увеличивать прочность
разделительного слоя, снизить коэффициент трения и износ деталей при их фрикционном
контакте. Наибольший эффект обеспечивают волокна вискозы или полиакрилонитрила
(ПАН). Составы смазочных композиций с ПАН-волокнами выбраны в качестве прототипа.
Состав по прототипу, наряду с положительными характеристиками, имеет ряд недостатков, к которым относятся достаточно высокие деформационно-прочностные показатели
единичных волокон, препятствующие образованию разделительной пленки в зоне контакта,
низкая загущающая способность волокон, препятствующая получению гомогенного материала, низкая способность волокон к адсорбции смазочных компонентов.
Задача настоящего изобретения состоит в создании смазочной композиции для тяжелонагруженных узлов трения с высокими показателями противоизносного и противозадирного действия.
Поставленная задача достигается тем, что смазочная композиция для тяжелонагруженных узлов трения на основе пластичной смазки в качестве полимерного модификатора
содержит полимерное дисперсное волокно длиной 0,01-5 мм и пористостью 0,1-99 % при
следующем соотношении компонентов, мас. %:
полимерное дисперсное волокно
0,1-25,0
пластичная смазка
остальное.
Причем полимерное дисперсное волокно может включать 0,1-0,3 мас. % металлосодержащего прекурсора или 0,01-0,1 мас. % металла, или 0,1-20,0 мас. % фторсодержащего
олигомера, или 0,1-5,0 мас. % маслорастворимого ингибитора коррозии.
Отличительными признаками заявляемого состава по сравнению с прототипом являются использование пористого полимерного волокна, поры которого содержат функциональный модификатор, выделяющийся непосредственно в зоне фрикционного контакта.
Механизм действия состава в зоне фрикционного контакта состоит в следующем. Введение высокопористого дисперсного волокна в смазку приводит к адсорбции низкомолекулярного компонента и заполнению пор смазочным компонентом. Это приводит к
положительному влиянию модификатора на смазочную композицию:
- наблюдается загущающий эффект в смазке, способствующий достижению стабильных реологических и прочностных характеристик,
- низкомолекулярный компонент смазки (масло или жидкофазный модификатор)
выступает в качестве модификатора полимерной частицы, способствуя ее передеформи2
BY 8470 C1 2006.10.30
рованию без разрушения с образованием прочной разделительной пленки в зоне фрикционного контакта,
- функциональный модификатор (антиоксидант, ингибитор коррозии, олигомер и т.п. )
локализуется в частице полимерного носителя и расходуется только по прямому назначению при попадании в зону фрикционного контакта. Это повышает эффективность действия смазки при существенно меньшем содержании дорогостоящих и дефицитных
функциональных присадок в смазке,
- повышенная деформируемость полимерных дисперсных волокон препятствует явлению заклинивания элементов подшипников качения (роликов, игл, шариков) вследствие
заполнения зазоров полимерным модификатором,
- пористые дисперсные волокна способны к поглощению абразивных частиц, попадающих в зону трения, препятствуя их неблагоприятному воздействию на контактирующие детали.
Таким образом, заявляемый состав обладает совокупностью признаков, обеспечивающих достижение положительного синергического эффекта. Действие дисперсных пористых волокон подобно действию аналога-микрокапсул из полимерных органических или
неорганических матриц, полость которых заполнена функциональным компонентом [3, 4].
Применение высокопористых полимерных волокон обеспечивает аналогичный эффект
капсулирования функциональных компонентов, однако имеет более простую технологию
получения и низкую температуру десорбции компонента из носителя. Кроме того, само
волокно выполняет, как отмечено выше, функцию противоизносной и противозадирной
добавки.
В табл. 1 приведены составы смазочных композиций конкретного исполнения и рассмотрены их характеристики в сравнении с прототипом.
Таблица 1
Составы смазочных композиций
компонент
полимерное волокно
- углеродное
- полиакриловое
- целлюлозное
- полисульфоновое
металлосодержащий
прекурсор
- формиат меди
- аминный комплекс
фторосодержащий
олигомер
- Ф-14
- АК1
маслорастворимый
ингибитор коррозии
- МСДА
- ИФХАН
металл
- медь
смазочная основа
- Литол-24
- Циатим-201
- ГРМ
Содержимое в составе, мас. %
Заявляемые составы
Прототип
I
II
III
IV
V
2,0
-
0,1
2
5
10 25 30
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
98
VI VII
VIII
IX
X
XI
XII
XIII
2
2
2
2
2
2
-
0,02
-
0,1
-
0,2
-
0,3
-
0,01
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
0,01
99,9 98 95 90 75 70 97,98 97,9 97,8 97,7 97,99 97,99
-
3
BY 8470 C1 2006.10.30
Таблица 1 (продолжение 1)
компонент
XIV XV
полимерное волокно
- углеродное
- полиакриловое
- целлюлозное
- полисульфоновое
металлосодержащий
прекурсор
- формиат меди
- аминный комплекс
фторосодержащий
олигомер
- Ф-14
- АК1
маслорастворимый
ингибитор коррозии
- МСДА
- ИФХАН
металл
- медь
смазочная основа
- Литол-24
- Циатим-201
- ГРМ
Содержимое в составе, мас. %
Заявляемые составы
XVI XVII XVIII XIX XX XXI XXII XXIII XXIV XXV
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
-
-
-
-
0,1
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
25
-
0,05
-
1,0
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
0,1
-
0,2
-
-
-
-
-
-
-
-
78
-
73
-
97,95
-
97
-
97,9
-
0,05
0,1 0,005
97,95 97,9 97,995 97,8
-
97,9
-
0,1 1,0 20
-
97,9 97
-
Таблица 1 (продолжение 2)
компонент
полимерное волокно
- углеродное
- полиакриловое
- целлюлозное
- полисульфоновое
металлосодержащий
прекурсор
- формиат меди
- аминный комплекс
фторосодержащий
олигомер
- Ф-14
- АК1
маслорастворимый
ингибитор коррозии
- МСДА
- ИФХАН
металл
-медь
смазочная основа
- Литол-24
- Циатим-201
- ГРМ
Содержимое в составе, мас. %
Заявляемые составы
XXVIII
XXIX
XXX
XXVI
XXVII
XXXI
XXXII
2
2
2
2
2
2
2
-
-
-
-
-
-
0,1
-
-
-
-
-
-
-
3,0
-
5,0
-
7,0
-
0,05
-
-
-
-
-
-
-
-
3,0
-
-
95
-
93
-
91
-
97,95
-
95
-
98
-
97,9
4
BY 8470 C1 2006.10.30
Таблица 1 (продолжение 3)
компонент
XXXIII
полимерное волокно
- углеродное
- полиакриловое
- целлюлозное
-полисульфоновое
металлосодержащий
прекурсор
- формиат меди
- аминный комплекс
фторосодержащий
олигомер
- Ф-14
- АК1
маслорастворимый
ингибитор коррозии
- МСДА
- ИФХАН
металл
-медь
смазочная основа
- Литол-24
- Циатим-201
- ГРМ
Содержимое в составе, мас. %
Заявляемые составы
XXXIV
XXXV
XXXVI
XXXVII
XXXVIII
2
-
2
-
2
-
2
-
2
-
0,05
-
-
-
-
-
-
-
-
-
1,0
-
-
-
-
3
-
-
-
-
-
-
-
-
0,05
-
98
-
98
-
95
-
97
-
97,95
-
99,95
-
Для получения композиций использовали волокна различного состава и пористости:
- углеграфитовое волокно Викум (производства ОАО "Светлогорское Химволокно") с
пористостью 0,01-10 %. Пористость определяли по адсорбции жидкой среды согласно методике [2],
- волокна полисульфона (марки Фортрон) с пористостью 80-99 %,
- волокна целлюлозы отбеленной листьевых пород с пористостью 50-80 %
(ГОСТ 28172-89Б),
- волокна хлопковой целлюлозы с пористостью 30-40 % (ГОСТ 395-79). Для сравнения
использовали в качестве модификаторов смазок порошки полиэтилена низкого давления и
полипропилена.
В качестве базовых смазок использовали пластичные смазки типа Литол-24, Циатим201, Солидол-УС, Гудроны соапстока растительных масел (ГРМ).
Полимерный модификатор в виде дисперсных волокон или порошка с размером частиц 0,01-5 мм вводили механическим перемешиванием в базовую смазку. Содержание
модификатора составляло от 0,1 до 25 мас. %. Для модифицирования полимерных волокон использовали:
- металлосодержащие прекурсоры (терморазлагающиеся соли металлов и органических кислот - муравьиной, щавелевой, а также карбонилы и комплексные соединения солей металлов и алифатических аминов - моноэтаноламина, триэтаноламина и т.п. ). В
качестве прекурсоров применяли формиат меди, карбонил железа, формиат свинца, аминный комплекс на основе карбоната меди и моноэтанол амина.
- фторсодержащие олигомеры типа "Фолеокс", "Эпилам", имеющие структурную формулу Rf - Rl, Rl - функциональная группа, - СООН, NH2, - СОСН3; Rf - радикал. Молекулярная
масса олигомера составляла 2000-5000 ед. Олигомеры использовали в виде 2-5 мас. %
растворов в хладоне, спирте или воде. Марки использованных олигомеров Ф1, Ф14, АК-1.
5
BY 8470 C1 2006.10.30
- маслорастворимые ингибиторы коррозии донорного, акцепторного типа МС ДА,
ИФХАН, СИМ, КП или их синергические смеси АКОР, НГ-203 и др.
Пористое волокно предварительно термообрабатывали при температуре 100-200 °С в
течение 3-5 часов для удаления влаги, а затем модифицировали целевым компонентом.
Для получения металлосодержащего волокна его предварительно обрабатывали металлосодержащим прекурсором, высушивали до удаления растворителя, а затем термообрабатывали в инертной среде при температуре на 5-10 °С, превышающей температуру
разложения прекурсора.
Характеристики смазок приведены в таб. 2.
Таблица 2
Характеристики смазочных составов
компонент
прототип
I
II
коэффициент трения при
- первом
- пятом
- десятом
цикле режима "старт-стоп"
коэффициент трения в
установленном режиме
трения
интенсивность
изнашивания J × 1011 при
V = 1,0 м/с
Р = 5 Мпа
время заедания при одноразовом смазывании при
V = 1,0 м/с
Р = 40 МПа мин
III
Содержимое в составе, мас. %
заявляемые составы
IV V VI VII VIII IX X
XI
XII XIII
0,05
0,06
0,08
0,06 0,05 0,05 0,06 0,08 0,09 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,45
0,09 0,05 0,06 0,06 0,08 0,09 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05
0,13 0,05 0,08 0,08 0,08 0,10 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05
0,06
0,09 0,05 0,06 0,06 0,08 0,09 0,05 0,05 0,04 0,05 0,05 0,05
1,5
0,9 0,09 0,05 0,1
0,2 0,3 0,07 0,05 0,06 0,07 0,05 0,08
30
30
40
40
50
60
30
50
70
80
80
45
50
Таблица 2 (продолжение 1)
компонент
XIV
коэффициент трения
при
- первом
- пятом
- десятом
цикле режима
"старт-стоп"
коэффициент трения
в установленном
режиме трения
интенсивность изнашивания J × 1011 при
V = 1,0 м/с
Р = 5 Мпа
время заедания при
одноразовом смазывании при
V = 1,0 м/с
Р = 40 МПа мин
Содержимое в составе, мас. %
Заявляемые составы
XV XVI XVII XVIII XIX XX XXI XXII XXIII XXIV XXV
0,04 0,05 0,05 0,05
0,05 0,055 0,05 0,05
0,05 0,05 0,05 0,05
0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05
0,05 0,045 0,040 0,040 0,040 0,05 0,05 0,05
0,05 0,045 0,045 0,045 0,045 0,045 0,045 0,05
0,04 0,05 0,05 0,055 0,05
0,04 0,040 0,040 0,040 0,04
0,05
0,05
0,05 0,05 0,08 0,06
0,07 0,05 0,03 0,04 0,08
0,05
0,07
60
40
70
90
45
90
0,05
75
6
60
80
120
120
50
BY 8470 C1 2006.10.30
Таблица 2 (продолжение 2)
компонент
коэффициент трения при
- первом
- пятом
- десятом
цикле режима
"старт-стоп"
коэффициент трения в
установленном режиме
трения
интенсивность
изнашивания
J × 1011 при
V = 1,0 м/с
Р = 5 Мпа
время заедания при одноразовом смазывании при
V = 1,0 м/с
Р = 40 МПа мин
Содержимое в составе, мас. %
Заявляемые составы
XXVIII
XXIX
XXX
XXVI
XXVII
XXXI
XXXII
0,05
0,05
0,05
0,05
0,05
0,05
0,05
0,05
0,05
0,05
0,05
0,05
0,05
0,05
0,05
0,05
0,05
0,05
0,05
0,05
0,055
0,05
0,05
0,05
0,05
0,05
0,05
0,05
0,04
0,04
0,05
0,08
0,04
0,08
0,07
40
40
40
40
40
50
60
Таблица 2 (продолжение 3)
компонент
XXXIII
коэффициент трения
при
- первом
- пятом
- десятом
цикле режима
"старт-стоп"
коэффициент трения в
установленном режиме
трения
интенсивность изнашивания J × 1011 при
V = 1,0 м/с
Р = 5 Мпа
время заедания при
одноразовом смазывании при
V = 1,0 м/с
Р = 40 МПа мин
Содержимое в составе, мас. %
Заявляемые составы
XXXIV
XXXV
XXXVI
XXXVII
XXXVIII
0,05
0,06
0,07
0,05
0,06
0,07
0,05
0,06
0,07
0,05
0,06
0,07
0,05
0,06
0,06
0,06
0,10
0,15
0,06
0,06
0,06
0,06
0,05
0,09
0,07
0,09
0,05
0,06
0,06
1,7
40
40
40
60
60
10
Триботехнические испытания смазок проводили на машине трения типа УМТ-1 и
СМТ-2М по схеме "вал-частичный вкладыш". В качестве вала использовали ролик диаметром 40 мм и шириной 10 мм из стали 45, закаленной до HRC = 42-46 ед., с шероховатостью Ra≤0,32 мкм. В качестве вкладыша применяли сектор с номинальной площадью 2 см2
из стали 60ПП с твердостью HRC = 48-61 ед. с шероховатостью Ra≤0,32 мкм. Исследова7
BY 8470 C1 2006.10.30
ния проводили в режиме "старт-стоп" и непрерывном движении при скорости скольжения
1,0 м/с и нагрузке 10 МПа. Коррозионные характеристики поверхности трения оценивали
по поляризационным кривым, полученным с использованием потенциостата ПИ-50-1.1 в
трехэлектродной электрохимической ячейке с использованием платинового вспомогательного электрода и электрода сравнения, заполненного насыщенным раствором КС1.
Как следует из представленных в таблице 2 данных, заявленные составы (II-VI, VIII-X,
XIII-XV, XVIII, XIX-XXI, XXIV, XXVI-XXVII, XXX-XXXVII) по триботехническим характеристикам превосходят прототип, так как обеспечивают более низкую интенсивность
изнашивания, большее время до схватывания при одноразовом смазывании. Уменьшение
заявленного содержания полимерного модификатора 0,1-25 мас. % (состав XXXIII) или
его превышение (состав VII) или снижает эффект, или не обеспечивает дополнительного
увеличения износостойкости.
Дополнительная обработка пористого волокна металлосодержащим прекурсором (составы IX-XI) в заявленном содержании снижает коэффициент трения и увеличивает время
заедания. Снижение содержания прекурсора ниже 0,1 мас. % (состав VIII) или его превышение более 0,2 мас. % (состав XI) или снижает противозадирный эффект, или не увеличивает его дополнительно.
При введении в состав металлосодержащего волокна при заявленном содержании металла (составы XIII-XV) дополнительно увеличивает износостойкость и время заедания
при смазочном голодании. Снижение содержания меди менее 0,01 мас. % (состав XVI)
или его превышение свыше 0,1 мас. % (состав XVII) или не дает значительно эффекта, или
не увеличивает дополнительно триботехнические показатели смазки.
При введении в состав волокна фторсодержащего олигомера (составы XIX-XXI) наблюдается существенное увеличение времени заедания при эксплуатации в режиме смазочного голодания. Снижение содержания олигомера менее 0,1 мас. % (состав XXIII) или
его превышение более 20 мас. % (состав XXIV) не обеспечивает оптимального сочетания
триботехнических характеристик.
Модифицирование пористого волокна маслорастворимым ингибитором коррозии (ИК)
(составы XXV-XXVII) существенно снижает коррозионно-механический износ пары трения.
При меньшем содержании ИК (состав XXIX) или большем заявленного (состав XXVIII)
противоизносное действие ИК или недостаточно или дополнительно не проявляется.
Положительный эффект действия дисперсного пористого волокна сохраняется и при
замене полисульфонового волокна на углеродное (составы XXXIII, XXXV, XXXVII) или
целлюлозное (составы XXXIV, XXXVI) с пористостью от 0,1-10 % до 30-80 % соответственно. Таким образом, заявленные пределы пористости от 0,1 до 99 % обеспечивают эффект.
Снижение пористости (состав I) приводит к действию модификатора без обеспечения
синергического эффекта. Дополнительное увеличение пористости приводит к потере
прочностных характеристик пористых волокон и их разрушению.
Положительный эффект модифицирования смазок пористым волокном исходным или
обработанным функциональными добавками сохраняется и при использовании различных
смазок Литол-2, Циатим-201 (состав XXXI), ГРМ (состав XXXII) и при изменении состава
ингибитора (состав XXX). Таким образом, заявленное сочетание компонентов в заявленных соотношениях обеспечивает синергический эффект.
Смазочная композиция для тяжелонагруженных узлов трения прошла лабораторные,
стендовые и натурные испытания в узлах трения универсальных шарниров карданных передач с крутящим моментом не менее 15000 Н⋅м на ОАО "Белкард", а также при изготовлении трубчатых заготовок методом холодной вытяжки на РУП "Гродненский
механический завод" и рекомендовано к промышленному использованию.
8
BY 8470 C1 2006.10.30
Источники информации:
1. Синицин В.В. Подбор и применение пластических смазок. - М, 1974. - С.416.
2. Смуругов В.А., Русый В.Х., Шелобод Л.И., Савкин В.Г., Халапсина Т.И. Смазочноохлаждающая технологическая среда для операций холодной вытяжки труднодеформируемых металлов // Трение и износ (Friction and Wear). Т 17. - № 5. - 1996. - С. 694-698
(прототип).
3. Латышев В.Н., Наумов А.Г., Чиркин С.А. О механизме высвобождения СОТС из
микрокапсул в процессе фрикционного взаимодействия металлических поверхностей //
Трение и износ (Friction and Wear). Т 20. - № 4. - 1999. - С. 433- 438.
4. А.с. СССР 1541015, МПК С 10М, 1996 (аналог).
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
9
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
183 Кб
Теги
08470, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа