Антифрикционная модифицирующая композиция для обработки твердой поверхности

 

Использование: образование высокопрочного антифрикционного противоизносного модифицирующего покрытия на контактирующих поверхностях металлических деталей различных машин и механизмов. Сущность изобретения: антифрикционная композиция содержит, мас.%: в качестве перфторорганического соединения - дистилляционную фракцию продукта окисления гексафторпропилена, выделенную при вакууме 3 мм рт.ст. и температуре выше 180^oС и включающую продукты общей формулы: с молекулярной массой 3000 - 5000, где n = 3 - 100, м = 0 - 100, к = 0 - 100, или дистилляционную фракцию продукта низкомолекулярной каталитической полимеризации окиси гексафторпропилена общей формулы: с молекулярной массой 3000 - 6000, где n = 10 - 40, 1,0 - 20,0, а в качестве диспергирующего вещества - алкиларилсульфонат кальция и (или) бария соответственно 1,0 - 10,0 и минеральное масло 79,0 - 89,0. Использование антифрикционной модифицирующей композиции с образованием покрытия на контактирующих поверхностях обеспечивает улучшение антифрикционных свойств, в частности, снижение коэффициента трения и интенсивности износа в зоне трения, что позволяет повысить ресурс работы деталей в двигателях внутреннего сгорания. 2 табл.

Изобретение относится к химии высокомолекулярных соединений, в частности к разработке антифрикционных композиций, используемых для обработки твердых поверхностей с целью снижения коэффициента трения и повышения износостойкости контактирующих поверхностей деталей различных машин и механизмов.

Известна антифрикционная композиция на основе тетрафторэтилена и смазочного масла, используемая в узлах трения [1].

Однако, указанная композиция образует покрытие, которое обладает невысокой адгезионной прочностью к поверхности и низкой долговечностью.

Из предшествующего уровня техники известна антифрикционная композиция, эмульгируемая в смазочных средах, на основе политетрафторэтилена в виде порошка или водной дисперсии, включающая неионогенное поверхностно-активное вещество и минеральное масло [2].

При использовании указанной композиции, эмульгированной в смазочных средах, наблюдаются следующие недостатки; невысокий уровень противоизносных и противозадирных свойств смазочной среды; повышенная коррозионная активность композиции, вызывающая усиление износа контактирующих поверхностей; относительно низкая стабильность смазочной пленки в зоне трения.

Наиболее близким по технической сущности является антифрикционная модифицирующая композиция для обработки твердой поверхности, включающая дистилляционную фракцию продукта окисления гексафторпропилена, выделенную при вакууме 3 мм рт. ст. и температуре выше 180^oC, содержащую продукты общей формулы: где n = 3 - 100, m = 0 - 100, К = 0 - 100 в количестве 1,5 - 3,0 мас.%, диспергирующее вещество в количестве 16,0 - 26,0 мас.% и минеральное масло в количестве 71,0 - 82,5 мас.% [3].

Недостатком известной композиции является недостаточно высокая антифрикционная способность в интервале средних нагрузок от 800 до 1400 H (40 - 70 кгс/см²), возникающих в условиях работы двигателя внутреннего сгорания.

Задачей данного изобретения является создание композиции, позволяющей улучшить антифрикционные свойства, в частности, снизить коэффициент трения и интенсивность износа в зоне трения во всем интервале нагрузок.

Данная техническая задача решается тем, что антифрикционная композиция, включающая перфторорганическое соединение, диспергирующее вещество и минеральное масло, в качестве перфторорганического соединения содержит дистилляционную фракцию продукта окисления гексафторпропилена, выделенную при вакууме 3 мм рт. ст. и температуре выше 180^oC, содержащую продукты общей формулы: ,
с молекулярной массой 300 - 5000,
где

n = 3 - 100, m = 0 - 100, К = 0 - 100,
или дистиллированную фракцию продукта низкомолекулярной каталитической полимеризации окиси гексафторпропилена общей формулы:

с молекулярной массой 3000 - 6000, где n = 10 - 40, а в качестве диспергирующего вещества - алкиларилсульфонат кальция и (или) бария при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Указанная дистилляционная фракция - 1,0 - 20,0
Диспергирующее вещество - 1,0 - 10,0
Минеральное масло - 79,0 - 89,0
Указанная дистилляционная фракция, представляющая собой набор перфторкарбоновых кислот, выпускается по ТУ 6-57-757953-188-82 или по ТУ 38.403.532-91.

Сульфонаты металлов должны отвечать требованиям ТУ 38.40190.7-92 или ТУ 38.101 334-73.

Минеральное масло может быть представлено одним из нижеследующих масел:
Масло моторное М-6₃/10Г₁ - ГОСТ 85-81-78
Масло трансмиссионное ТАД-17и - ГОСТ 23652-79
Масло гидравлическое МГ-8А - ТУ 38-1011135-87
Масло индустриальное И-20А - ГОСТ 20799-75
Масло компрессионное К-12 - ГОСТ 5546-86
Масло турбинное Tn30 - ГОСТ 9972
Следует отметить, что только перфторкарбоновые кислоты с молекулярной массой 3000 - 6000 в составе предлагаемой композиции способны образовывать на твердых поверхностях адсорбционный слой толщиной до 160 ангстрем, который и обеспечивает технический эффект. Толщина данного слоя зависит от многих факторов, в том числе: от температуры эксплуатации, молекулярной массы перфторорганического соединения и т. д. Кроме того, от молекулярной массы фторорганического соединения зависят коллоидно-химические свойства композиции - гидрофобно-гидрофильный баланс, необходимым требованиям отвечают композиции, в состав которых входит перфторорганическое соединение с молекулярной массой от 3000 до 6000.

По этим же причинам в качестве поверхностно-активного вещества используются сульфонаты с молекулярной массой от 300 до 600. При этом удовлетворяются требования по коллоидно-химическим свойствам, растворимости и т.д., т.е. обеспечиваются необходимые технические характеристики композиции.

Значение радикалов R и Ar определяются суммарной молекулярной массой сульфонатов Ba и Ca, при этом число ароматических ядер в сульфонатах мало влияет на моющие и диспергирующие свойства.

Для приготовления композиции исходные компоненты в жидком виде загружают в одну емкость и подвергают тщательному механическому перемешиванию в течение 1 ч. при температуре 20^oC.

Полученная микроэмульсия - однородная прозрачная или слегка опалесцирующая в слое толщиной 1 см жидкость стабильна и не расслаивается при хранении в течение 2 мес. в интервале температур от 10 до 50^oC.

Примеры состава модифицирующих композиций приведены в табл. 1.

Триботехническим испытаниям подверглись новые модифицирующие композиции под NN 1, 2, 5 и 8 из табл. 1, приготовленные на основе товарного индустриального масла И-20А, выпускаемого по ГОСТ 20799-75.

Методика оценки антифрикционных свойств.

Оценку антифрикционных свойств проволоки по квалификационной методике, утвержденной решением Госстандарта N 540/1-175 от 17.10.90 и включенной в комплекс квалификационных методов оценки моторных масел и присадок для автотракторных дизелей.

Испытания проводили на машине трения 2070 СМТ-1 по схеме трения "вращающийся диск - неподвижная колодка". Диск размером 48 мм был изготовлен из ст. 45 с последующей термообработкой рабочей поверхности до HRc=50-55 ед. , исходная чистота поверхности Ra = 0,5 - 0,6 мкм. Колодка изготовлена из серого чугуна СЧ-20 твердостью HB = 175 - 200 ед., исходная чистота поверхности Ra = 2,5 - 3,2 мкм. Вращающийся диск на 3 - 5 мм погружен в масляную ванночку емкостью 125 см³ и при вращении переносит масло на неподвижную колодку.

Перед испытаниями пара трения обкатана на масле М-10Г2 до достижения стабилизации коэффициента трения и температуры масла в ванночке. Испытание 2-х образцов композиции, а также чистого моторного масла М-10Г2 и контрольной композиции PREMIER-SUPER, проводили в следующем режиме: частота вращения - 300 мин; скорость скольжения - 0,785 м/с; нормальная нагрузка - 1600 H; удельная нагрузка - 8 МПа; продолжительность одного опыта - 4 ч. Антифрикционные свойства композиции оценивали по величине момента трения, коэффициент трения и температуры масла в конце 4 ч. испытания.

Методика оценки противоизносных свойств.

Оценку противоизносных свойств проводили по исследовательской методике, разработанной институтом Машиноведения АН РФ. За основу методики принята схема трения с переменной площадью контакта. Испытания проводили по схеме "вращающийся диск - неподвижный диск". Подвижный диск был изготовлен из ст. 45 с термообработкой до твердости рабочей поверхности HRc = 50 - 55 ед., чистота поверхности Ra = 0,5 - 0,6 мкм. Неподвижный диск изготовлен из серого чугуна СЧ-20 твердостью HB = 175 - 200 ед. и чистотой поверхности Ra = 2,5 - 3,2 мкм.

Режим испытаний: частота вращения - 300 мин; скорость скольжения - 0,785 м/с, нормальная нагрузка - 1000 H, продолжительность опыта - 3 ч. Противоизносные свойства композиций оценивали по величине ширины полосы износа на неподвижном диске (с помощью лупы Амслера с точностью 0,01 мм).

Результаты сравнительных испытаний представлены в табл. 2.

Триботехнические испытания новой модифицирующей композиции на основе перфторкарбоновой кислоты показали ее высокую эффективность в моторном масле М-10Г2 и других минеральных маслах.

Новая модифицирующая композиция улучшает противоизносные и противозадирные свойства в зоне трения при нормальных и повышенных температурах.

Использование новой композиции снижает шум работы двигателя, уменьшает расход топлива и масел, облегчает запуск двигателя при низких температурах и увеличивает ресурс обработанных деталей.

Формула изобретения

Антифрикционная модифицирующая композиция для обработки твердой поверхности, включающая перфторорганическое соединение, диспергирующие вещества и минеральное масло, отличающаяся тем, что в качестве перфторорганического соединения композиция содержит дистилляционную фракцию продукта окисления гексафторпропилена, выделенную при вакууме 3 мм рт.ст. и температуре выше 180^oС и содержащую продукты общей формулы

с мол.м. 3000 - 5000,
где

n = 3 - 100, m = 0 - 100, k = 0 - 100,
или дистилляционную фракцию продукта низкомолекулярной каталитической полимеризации окиси гексафторпропилена общей формулы

с мол.м. 3000 - 6000,
где n = 10 - 40,
а в качестве диспергирующего вещества - алкиларилсульфонат кальция и (или) бария при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Указанная дистилляционная фракция - 1 - 20
Диспергирующее вещество - 1 - 10
Минеральное масло - 79 - 89о

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2