[go: up one dir, main page]

RU2484179C1 - Method of making antifriction composition - Google Patents

Method of making antifriction composition Download PDF

Info

Publication number
RU2484179C1
RU2484179C1 RU2011151407/04A RU2011151407A RU2484179C1 RU 2484179 C1 RU2484179 C1 RU 2484179C1 RU 2011151407/04 A RU2011151407/04 A RU 2011151407/04A RU 2011151407 A RU2011151407 A RU 2011151407A RU 2484179 C1 RU2484179 C1 RU 2484179C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
serpentinite
chitosan
antifriction
mixture
particle size
Prior art date
Application number
RU2011151407/04A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Лев Борисович Леонтьев
Андрей Львович Леонтьев
Николай Павлович Шапкин
Антон Леонидович Шкуратов
Original Assignee
Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Дальневосточный Федеральный Университет" (Двфу)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Дальневосточный Федеральный Университет" (Двфу) filed Critical Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Дальневосточный Федеральный Университет" (Двфу)
Priority to RU2011151407/04A priority Critical patent/RU2484179C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2484179C1 publication Critical patent/RU2484179C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)

Abstract

FIELD: machine building.
SUBSTANCE: proposed method consists in placing antifriction composition between rubbing surfaces that modifies said surfaces and contains natural dispersed serpentine-bearing material mixed in hydrodynamic cavitation disperser with hydrocarbon binder. Note here that mineral-organic layer of organic derivatives of carbon, silicon, manganese and iron is formed on said surfaces. For this, serpentinite is used modified by natural high-molecular polysaccharide, preferably, chitosan, at particle size smaller than 1 mcm at the following ratio of components in wt %: serpentinite - 96.5-97.5, chitosan - 2.5-3.5.
EFFECT: higher efficiency, durability, longer life of antifriction coat.
4 cl, 4 tbl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к смазочным композициям, в частности к составам для обработки пар трения, и может быть использовано в машиностроении для обработки пар трения, а также при эксплуатации механизмов и машин для продления межремонтного ресурса или во время ремонтно-восстановительных работ.The invention relates to lubricating compositions, in particular to compositions for processing friction pairs, and can be used in mechanical engineering for processing friction pairs, as well as in the operation of mechanisms and machines to extend the overhaul life or during repair and restoration work.

Известен способ получения состава для модифицирования металлов и восстановления металлических поверхностей, представляющий собой смесь серпентина, каолинита, метасиликата в качестве катализатора и пиролюзита в качестве кристаллизатора, взятых в следующем соотношении, мас.%: серпофит 40-70; каолинит 10-40; пиролюзит 5-10; метасиликат 5-10. Дисперсность смеси составляет 0,1-10,0 мкм (см. RU 2169208, МПК С23С 26/00, В23Р 6/00, 2001).A known method of obtaining a composition for modifying metals and restoring metal surfaces, which is a mixture of serpentine, kaolinite, metasilicate as a catalyst and pyrolusite as a crystallizer, taken in the following ratio, wt.%: Sickle 40-70; kaolinite 10-40; pyrolusite 5-10; metasilicate 5-10. The dispersion of the mixture is 0.1-10.0 μm (see RU 2169208, IPC С23С 26/00, В23Р 6/00, 2001).

Недостаток этого решения - существенная абразивность компонентов материала, отделение которых от серпентина практически невозможно или очень трудоемко, что ограничивает применение данного состава для модифицирования металлов и восстановления металлических поверхностей до случаев обработки поверхностей, имеющих задиры, нагартовки на вязких, тугоплавких металлах (в пределах допуска).The disadvantage of this solution is the significant abrasiveness of the components of the material, the separation of which from serpentine is practically impossible or very laborious, which limits the use of this composition for metal modification and metal surface restoration to the cases of surface treatment with scoring, welding on viscous, refractory metals (within the tolerance) .

Известен также способ формирования антифрикционного покрытия контактирующих трущихся поверхностей, заключающийся в размещении между ними антифрикционной композиции, модифицирующей контактирующие трущиеся поверхности, содержащей смешанныйю в гидродинамическом кавитационном диспергаторе с углеводородным связующим природный дисперсный серпентинсодержащий материал (см. RU 2361015, МПК С23С 26/00, В23Р 6/00, 2008).There is also known a method of forming an antifriction coating of contacting rubbing surfaces, which consists in placing an antifriction composition between them, which modifies the contacting rubbing surfaces, containing a natural dispersed serpentine-containing material mixed in a hydrodynamic cavitation dispersant with a hydrocarbon binder (see RU 2361015, IPC С23С 26/00, В23Р 6 / 00, 2008).

Недостаток этого решения - недостаточно высокие триботехнические характеристики антифрикционной композиции, необходимость использования в составе смеси достаточно дефицитного компонента - чистого серпентинсодержащего минерала (распространенного далеко не во всех регионах страны). Кроме того, авторы изобретения не приводят каких-либо данных определения триботехнических свойств композиции по принятым методикам, что не позволяет сопоставить характеристики известного материала с аналогичными характеристиками других композиций сходного назначения.The disadvantage of this solution is the insufficiently high tribological characteristics of the antifriction composition, the need to use a sufficiently deficient component in the mixture — a pure serpentine-containing mineral (which is not common in all regions of the country). In addition, the inventors do not provide any data on the determination of the tribological properties of the composition according to the accepted methods, which does not allow to compare the characteristics of the known material with similar characteristics of other compositions of similar purpose.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение триботехнических характеристик антифрикционной композиции.The task of the invention is to increase the tribological characteristics of the antifriction composition.

Технический результат, проявляющийся при решении задачи изобретения, выражается в снижении фрикционных качеств смеси за счет повышения их относительной подвижности составных частей твердых частиц композиции. Кроме того, обеспечивается возможность использования серпентинита - горной породы (содержащей серпентин) - менее дорогого и более распространенного сырья. Кроме того, обеспечивается возможность использования недорогого, промышленно выпускаемого полисахарида для модифицирования природного серпентинита. При этом создается основа, на которой формируется металлокерамическое покрытие. Благодаря этому повышаются стабильность, прочность и долговечность антифрикционного покрытия.The technical result manifested in solving the problem of the invention is expressed in a decrease in the frictional qualities of the mixture by increasing their relative mobility of the constituent parts of the solid particles of the composition. In addition, it is possible to use serpentinite - a rock (containing serpentine) - a less expensive and more common raw material. In addition, it is possible to use an inexpensive, commercially available polysaccharide to modify natural serpentinite. This creates the basis on which the cermet coating is formed. Due to this, the stability, strength and durability of the anti-friction coating are increased.

Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что способ формирования антифрикционного покрытия контактирующих трущихся поверхностей, заключающийся в размещении между ними антифрикционной композиции, модифицирующей контактирующие трущиеся поверхности, содержащей смешанный в гидродинамическом кавитационном диспергаторе с углеводородным связующим природный дисперсный серпентинсодержащий материал, отличающийся тем, что в процессе формирования антифрикционного покрытия контактирующих трущихся поверхностей на них формируют минерально-органический слой из органических производных углерода, кремния, магния, железа и марганца, для чего в качестве серпентинсодержащего материала используют серпентинит, модифицированный природным высокомолекулярным полисахаридом, предпочтительно хитозаном, при крупности твердых частиц меньше 1 мкм, при следующем соотношении компонентов в составе смеси их дисперсных твердых частиц, мас.%:The solution to this problem is provided by the fact that the method of forming an antifriction coating of contacting friction surfaces, which consists in placing an antifriction composition between them, which modifies contact friction surfaces, containing a natural dispersed serpentine-containing material mixed in a hydrodynamic cavitation dispersant with a hydrocarbon binder, characterized in that during the formation of antifriction coatings of contacting rubbing surfaces on them form mi an organic-organic layer of organic derivatives of carbon, silicon, magnesium, iron and manganese, for which serpentinite, modified with a natural high-molecular polysaccharide, preferably chitosan, is used as a serpentine-containing material, with a particle size of solid particles less than 1 micron, with the following ratio of components in the mixture dispersed solid particles, wt.%:

серпентинитserpentinite 96,5-97,596.5-97.5 хитозанchitosan 2,5-3,52.5-3.5

Кроме того, для модифицирования серпентинита готовят 1%-й раствор хитозана его растворением в 2%-ой уксусной кислоте, после чего серпентинит крупностью 1-20 мкм вводят в раствор хитозана из расчета 100 г на 270-330 мл, после чего перемешивают эту смесь в течение 3 ч, добавляя в конце 5%-й раствор аммиака до нейтрализации суспензии, затем серпентинит отфильтровывают и сушат до постоянного веса.In addition, to modify serpentinite, a 1% solution of chitosan is prepared by dissolving it in 2% acetic acid, after which serpentinite with a particle size of 1-20 μm is introduced into a solution of chitosan at the rate of 100 g per 270-330 ml, after which this mixture is mixed for 3 hours, adding at the end a 5% ammonia solution until the suspension is neutralized, then the serpentinite is filtered off and dried to constant weight.

Кроме того, антифрикционную композицию получают в виде тонкодисперсной суспензии, с крупностью твердых частиц, предпочтительно от 0,05 мкм до менее 1 мкм. Кроме того, в качестве связующего используют, предпочтительно, дизельное топливо, при этом модифицированный серпентинит вводят в дизельное топливо из расчета 220-300 г смеси на литр, и подвергают гидродинамической кавитационной диспергации с частотой около 200 Гц предпочтительно не менее 30 минут.In addition, the antifriction composition is obtained in the form of a fine suspension, with a particle size of solid particles, preferably from 0.05 μm to less than 1 μm. In addition, preferably diesel fuel is used as a binder, while modified serpentinite is introduced into diesel fuel at the rate of 220-300 g of mixture per liter and subjected to hydrodynamic cavitation dispersion with a frequency of about 200 Hz, preferably at least 30 minutes.

Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками прототипа и аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию «новизна».A comparative analysis of the features of the claimed solution with the features of the prototype and analogues indicates the compliance of the claimed solution with the criterion of "novelty."

Признаки отличительной части формулы изобретения обеспечивают решение следующих функциональных задач:The features of the characterizing part of the claims provide the solution to the following functional tasks:

Признак «…в процессе формирования антифрикционного покрытия контактирующих трущихся поверхностей на них формируют минерально-органический слой из органических производных углерода, кремния, железа, магния и марганца…» обеспечивает возможность формирования на поверхности защищаемой детали высокопрочного слоя защитной пленки, поскольку эта пленка - металлокерамика, содержащая окислы железа, кремния, магния и других элементов.The sign "... in the process of forming the antifriction coating of the contacting rubbing surfaces, they form a mineral-organic layer of organic derivatives of carbon, silicon, iron, magnesium and manganese ..." provides the possibility of forming a high-strength layer of a protective film on the surface of the protected part, since this film is cermet, containing oxides of iron, silicon, magnesium and other elements.

Признак «…в качестве серпентинсодержащего материала используют серпентинит…» обеспечивает возможность использования серпентинита - горной породы (содержащей серпентин) - менее дорогого и более распространенного сырья.The sign "... use serpentinite as a serpentine-containing material ..." makes it possible to use serpentinite - a rock (containing serpentine) - a less expensive and more common raw material.

Признак, указывающий на то, что серпентинит используют «модифицированный природным высокомолекулярным полисахаридом» обеспечивает формирование в межслоевом пространстве серпентинита дополнительных плоскостей скольжения, что усиливает его антифрикционные свойства.A sign indicating that serpentinite is used "modified by natural high molecular weight polysaccharide" ensures the formation of additional slip planes in the interlayer space of serpentinite, which enhances its antifriction properties.

Признак, указывающий на то, что в качестве природного высокомолекулярного полисахарида используют хитозан, обеспечивает возможность использования недорогого, промышленно выпускаемого вещества для модифицирования природного серпентинита.A sign indicating that chitosan is used as a natural high molecular weight polysaccharide makes it possible to use an inexpensive, commercially available substance for modifying natural serpentinite.

Признак, указывающий на то, что крупность частиц твердого в суспензии меньше 1 мкм, обеспечивает минимизацию проявлений абразивности антифрикционной композиции, модифицирующей контактирующие трущиеся поверхности.A sign indicating that the particle size of the solid in the suspension is less than 1 μm, minimizes the manifestations of the abrasiveness of the antifriction composition, which modifies the contacting friction surfaces.

Признак, указывающий на то, что «для модифицирования серпентинита готовят 1%-й раствор хитозана его растворением в 2%-ой уксусной кислоте, после чего серпентинит крупностью 1-20 мкм вводят в раствор хитозана из расчета 100 г на 270-330 мл., после чего перемешивают эту смесь в течение 3 ч, добавляя в конце 5%-й раствор аммиака до нейтрализации суспензии, затем серпентинит отфильтровывают и сушат до постоянного веса», обеспечивает заданную степень модифицирования серпентинита, при которой обеспечивается повышение его антифрикционных качеств за счет формирования в межслоевом пространстве серпентинита дополнительных плоскостей скольжения.A sign indicating that “for the modification of serpentinite, a 1% solution of chitosan is prepared by dissolving it in 2% acetic acid, after which serpentinite with a particle size of 1-20 μm is introduced into the chitosan solution at the rate of 100 g per 270-330 ml. then mix this mixture for 3 hours, adding at the end a 5% ammonia solution to neutralize the suspension, then the serpentinite is filtered off and dried to constant weight ”, provides a given degree of modification of serpentinite, which ensures an increase in its antifriction qualities due to framing in the interlayer space of serpentinite of additional slip planes.

Признаки, указывающие на то, что «антифрикционную композицию получают в виде тонкодисперсной суспензии с крупностью твердых частиц, предпочтительно от 0,05 мкм до менее 1 мкм», обеспечивают эффективность работы композиции и ее гидродинамическую кавитационную активацию. При этом заданный диапазон дисперсности твердых частиц определен опытным путем, причем нижний предел 0,05 мкм фактически является индикатором отсутствия в смеси частиц с крупностью 1 и более мкм. Основное предназначение диапазона - исключение из состава суспензии твердых частиц, работающих как абразив, наносящих царапины (соизмеримые по своей глубине с крупностью частиц), поскольку по нашим данным крупности частиц от 1 мкм и выше являются существенно твердыми материалами, способными разрушить любое металлическое покрытие и металл.Signs indicating that "the antifriction composition is obtained in the form of a fine suspension with a particle size of solid particles, preferably from 0.05 μm to less than 1 μm," ensure the efficiency of the composition and its hydrodynamic cavitation activation. Moreover, the specified range of dispersion of solid particles is determined empirically, and the lower limit of 0.05 microns is actually an indicator of the absence in the mixture of particles with a particle size of 1 or more microns. The main purpose of the range is the exclusion from the composition of the suspension of solid particles working as an abrasive that cause scratches (comparable in depth to the particle size), since according to our data, particle sizes from 1 μm and above are essentially solid materials that can destroy any metal coating and metal .

Признаки, указывающие на то, что «в качестве связующего используют, предпочтительно, дизельное топливо», обеспечивают возможность использования распространенного жидкого углеводородного связующего.Signs indicating that “preferably diesel fuel is used as a binder” make it possible to use a common liquid hydrocarbon binder.

Признаки, указывающие, что «модифицированный серпентинит вводят в дизельное топливо из расчета 220-300 г смеси на литр и подвергают гидродинамической кавитационной диспергации с частотой около 200 Гц предпочтительно не менее 30 минут», определяют режимные параметры способа, обеспечивающие получение антифрикционной композиции.Signs indicating that “modified serpentinite is introduced into diesel fuel at the rate of 220-300 g of mixture per liter and subjected to hydrodynamic cavitation dispersion with a frequency of about 200 Hz, preferably at least 30 minutes,” determine the process parameters that provide an antifriction composition.

Заявленный способ иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 схематически показано строение модифицированного серпентинита; на фиг.2-3 приведены данные, полученные с помощью атомно-силового микроскопа - показана морфология поверхности образца (фиг.2 - гальванического хрома; фиг.3 - хрома, упрочненного серпентинитом, модифицированным хитозаном).The claimed method is illustrated by drawings, where figure 1 schematically shows the structure of the modified serpentinite; figure 2-3 shows the data obtained using an atomic force microscope - shows the surface morphology of the sample (figure 2 - galvanic chromium; figure 3 - chromium hardened by serpentinite modified with chitosan).

Для реализации заявленного способа используют известное оборудование, обеспечивающее дезинтеграцию компонентов композиции и их последующую гидродинамическую кавитационную активацию.To implement the inventive method using known equipment that provides the disintegration of the components of the composition and their subsequent hydrodynamic cavitation activation.

В качестве ингредиентов композиции используют серпентинит, хитозан и дизтопливо.Serpentinite, chitosan and diesel fuel are used as composition ingredients.

Серпентинит - горная порода, содержащая серпентин, имеющая следующий элементный состав:Serpentinite is a rock containing serpentine that has the following elemental composition:

SiO2 SiO 2 MgOMgO Fe2O3 Fe 2 O 3 CaOCao MnOMnO H2OH 2 O 37.637.6 28.528.5 17.517.5 2.62.6 2.32.3 11.211.2

Его брутто-формула: 4.5MgO·0.7Fe2O3·0.3 CaO·0.2MnO·4SiO2·4H2O. Крупность размола серпентинита (до его обработки в диспергаторе) - до 1-10 мкм.Its gross formula is: 4.5MgO · 0.7Fe 2 O 3 · 0.3 CaO · 0.2MnO · 4SiO 2 · 4H 2 O. The size of the grinding of serpentinite (before it is processed in the dispersant) is up to 1-10 microns.

Хитозан имеет следующие характеристики:Chitosan has the following characteristics:

МолекулярнаяMolecular η 1% р-ра,η 1% solution, СтепеньPower Содержание, %Content% масса, Дmass, D ммг/секmmg / s дезацетилированияdeacetylation Н2OH 2 O СFROM NN <200000<200000 88.088.0 84.084.0 8.88.8 41.841.8 7.57.5

Используется обычное дизельное топливо.Uses ordinary diesel fuel.

Серпентинит, подготавливаемый к модифицированию, размалывают до крупности до 2-10 мкм (одновременно для модифицирования серпентинита готовят 1%-й раствор хитозана его растворением в 2%-ой уксусной кислоте). Далее размолотый серпентинит вводят в раствор хитозана из расчета 100 г серпентинита на 270- 330 мл раствора хитозана. Далее смесь размещают в емкости, снабженной механической мешалкой с приводом (на чертежах не показаны), и обеспечивают перемешивание смеси в течение 3 ч. По окончанию процесса перемешивания добавляют 5%-й раствор аммиака до получения смесью рН 8. Далее серпентинит отфильтровывают известным образом и сушат до постоянного веса. Структура модифицированного серпентинита (см. фиг.1) отличается от исходной, поскольку полисахарид внедряется в межслоевое пространство силиката, изменяя ее.Serpentinite, prepared for modification, is ground to a particle size of 2-10 microns (at the same time, a 1% solution of chitosan is prepared by modifying serpentinite by dissolving it in 2% acetic acid). The ground serpentinite is then introduced into the chitosan solution at the rate of 100 g of serpentinite per 270-330 ml of chitosan solution. Next, the mixture is placed in a container equipped with a mechanical stirrer with a drive (not shown in the drawings), and the mixture is stirred for 3 hours. At the end of the mixing process, add 5% ammonia solution until the mixture reaches pH 8. Next, the serpentinite is filtered off in a known manner and dried to constant weight. The structure of the modified serpentinite (see Fig. 1) differs from the initial one, since the polysaccharide is introduced into the interlayer space of the silicate, changing it.

Рентгенофазовый анализ проводили на дифрактометре "Advance-D8" фирмы "Bruker". Данные рентгенофазового анализа (РФА) подтверждают предположение о модификации межслоевого пространства. О заполнении межслоевого пространства в серпентините свидетельствует отсутствие отражения при d=14Å, которое имеется в исходном. Известно (см. Уитли Т. Определение молекулярной структуры. Из-во Мир: Москва. 1970. 293 с), что интенсивность брэгговского отражения отвечает плотности заполнения слоя атомами. Интенсивность РФА модифицированного серпентинита резко падает за счет аморфного полисахарида. При этом имеется неизменное количество отражений за счет атомных плоскостей непосредственно в силикатном слое, и их интенсивность близка к интенсивности в исходном серпентините.X-ray phase analysis was performed on an Advance-D8 diffractometer (Bruker). The data of x-ray phase analysis (XRD) confirm the assumption of a modification of the interlayer space. The absence of reflection at d = 14Å, which is present in the initial one, indicates the filling of the interlayer space in serpentinite. It is known (see Wheatley T. Determination of molecular structure. Because of World: Moscow. 1970. 293 s) that the intensity of Bragg reflection corresponds to the density of filling the layer with atoms. The intensity of the XRD of modified serpentinite decreases sharply due to the amorphous polysaccharide. Moreover, there is an unchanged number of reflections due to atomic planes directly in the silicate layer, and their intensity is close to the intensity in the initial serpentinite.

Для приготовления композиции готовят смесь дисперсных твердых частиц, включающую модифицированный серпентин в заявленных пропорциях (серпентинит (96,5-97,5, масс.%), модифицирующий полисахарид (2,5-3,5 масс.%), предпочтительно хитозаном, при исходной крупности частиц до 2-10 мкм.To prepare the composition, a mixture of dispersed solid particles is prepared, including modified serpentine in the stated proportions (serpentinite (96.5-97.5, wt.%), Modifying polysaccharide (2.5-3.5 wt.%), Preferably chitosan, with initial particle size up to 2-10 microns.

Далее эту смесь дисперсных твердых частиц вводят в дизельное топливо из расчета 220 -300 г смеси на литр дизтоплива и подвергают обработке в гидродинамическом кавитационном диспергаторе с частотой около 200 Гц предпочтительно не менее 30 минут, обеспечивая конечную крупность твердых частиц в суспензии предпочтительно в пределах от 0,05 мкм до 1 мкм.Further, this mixture of dispersed solid particles is introduced into diesel fuel at the rate of 220-300 g of the mixture per liter of diesel fuel and processed in a hydrodynamic cavitation dispersant with a frequency of about 200 Hz, preferably at least 30 minutes, providing a final particle size of the solid particles in suspension, preferably in the range from 0 , 05 μm to 1 μm.

Для сравнительных триботехнических испытаний образцы изготавливали из стали ХВГ в форме роликов диаметром 45 мм, шириной 10 мм, часть образцов покрывали хромовым покрытием толщиной 12-15 мкм.Перед проведением испытаний образцы полировали алмазной пастой до Ra=0,063 мкм.For comparative tribotechnical tests, the samples were made of CVG steel in the form of rollers with a diameter of 45 mm, a width of 10 mm, some of the samples were coated with a 12-15 μm thick chrome coating. Before testing, the samples were polished with diamond paste to Ra = 0.063 μm.

Модифицирование поверхности вращающегося образца проводили путем натирания при нагрузке 300 Н в течение 5 мин. Толщина модифицированного слоя достигает 2-3 мкм.The surface modification of a rotating sample was carried out by rubbing at a load of 300 N for 5 min. The thickness of the modified layer reaches 2-3 microns.

Испытания на универсальной машине модели УМТВК проводили по схеме «ролик - ролик» в условиях граничного трения при постоянной скорости скольжения 0,628 м/с. В качестве неподвижного образца использовался ролик из стали ХВГ твердостью 60-61 HRC. Смазку пары трения осуществляли капельным способом (40-50 капель в минуту). Для смазки применялось дизельное топливо марки Л-0,5 по ГОСТ 305-82. В качестве искусственного загрязнителя использовалась кварцевая пыль дисперсностью 1-5 мкм. Концентрация загрязнителя в топливе составляла - 1%. Время испытаний каждой пары трения составляло 4 часа. Нагрузка изменялась от 100 до 500 Н.Tests on a universal machine model UMTVK were carried out according to the "roller - roller" scheme in the conditions of boundary friction at a constant sliding speed of 0.628 m / s. A roller made of HVG steel with a hardness of 60-61 HRC was used as a stationary sample. Lubrication of a friction pair was carried out by the drop method (40-50 drops per minute). For lubrication, diesel fuel of the L-0.5 brand was used in accordance with GOST 305-82. As an artificial pollutant, quartz dust with a particle size of 1-5 microns was used. The concentration of pollutant in the fuel was - 1%. The test time for each friction pair was 4 hours. The load varied from 100 to 500 N.

Таблица 1Table 1 Результаты сравнительных триботехнических испытанийComparative tribological test results Пара тренияFriction pair Нагрузка, НLoad, N Время испытаний, чTest time, h tmax, °Ct max , ° C kтр k tr Средняя скорость изнашивания, г/чAverage wear rate, g / h покрытияcoverings ХВГHVG ХВГ-хромHvg chrome 100one hundred 0,50.5 4949 0,1710.171 0,00180.0018 0,00680.0068 200200 0,50.5 6464 0,1420.142 0,00120.0012 0,00500.0050 300300 1,01,0 7878 0,1480.148 0,00120.0012 0,00150.0015 500500 2,02.0 110110 0,1740.174 0,00080,0008 0,00140.0014 ХВГ - хром, упрочненный серпентинитомCVH - serpentinite hardened chromium 100one hundred 0,50.5 4242 0,1130.113 00 0,00040,0004 200200 0,50.5 5252 0,1280.128 0,00060,0006 0,00100.0010 300300 1,01,0 6464 0,1280.128 0,00130.0013 0,00250.0025 500500 2,02.0 88 0,1280.128 0,00130.0013 0,00110.0011 ХВГ - хром, упрочненный серпентинитом, модифицированным хитозаномCVH - chrome hardened by serpentinite modified with chitosan 100one hundred 0,50.5 4040 0,1130.113 00 0,00030,0003 200200 0,50.5 5151 0,1230.123 0,00030,0003 0,00080,0008 300300 1,01,0 6262 0,1220.122 0,00050,0005 0,00190.0019 500500 2,02.0 9595 0,1220.122 0,00050,0005 0,00100.0010

Анализ результатов испытаний показал, что меньшие величины коэффициента трения и износа имеет композиция - хром, упрочненный серпентинитом, модифицированным хитозаном во всем диапазоне нагрузок. Величина износа покрытия уменьшается более, чем в 2 раза. При этом скорость изнашивания сопряженной детали также уменьшается.An analysis of the test results showed that the composition - chromium hardened by serpentinite modified with chitosan over the entire load range has lower values of the coefficient of friction and wear. The amount of wear of the coating is reduced by more than 2 times. In this case, the wear rate of the mating part also decreases.

Для определения триботехнических характеристик в условиях жесткого нагружения исследуемых материалов были проведены дополнительные испытания (табл.2 и 3) в течение 1 ч при нагрузке 500 Н. Время приработки при нагрузке 300 Н составляло 5 минут. В качестве параметра оптимизации были взяты: износостойкость покрытия и сопряженной детали, коэффициент трения после приработки.To determine the tribotechnical characteristics under conditions of hard loading of the studied materials, additional tests were carried out (Tables 2 and 3) for 1 h at a load of 500 N. The running-in time at a load of 300 N was 5 minutes. As an optimization parameter were taken: the wear resistance of the coating and the associated parts, the coefficient of friction after running in.

Таблица 2table 2 Результаты сравнительных триботехнических испытаний при жестком нагружении сопряженияThe results of comparative tribological tests with hard loading of the interface Состав покрытияCoating composition Величина износа покрытия, мгThe amount of wear of the coating, mg Величина износа стали ХВГ, мгThe amount of wear of steel CVG, mg Суммарная величина износа трибосопряжения, мгThe total value of the wear of tribological conjugation, mg Коэффициент трения после приработкиFriction coefficient after running in ХромChromium 1,81.8 7,27.2 9,09.0 0,2090.209 Хром, упрочненный серпентинитомSerpentinite hardened chrome 1,01,0 1,91.9 2,92.9 0,1200,120 Хром, упрочненный серпентинитом, модифицированным природным полисахаридомChromium-hardened serpentinite modified with natural polysaccharide 0,50.5 1,81.8 2,32,3 0,1200,120

Таблица 3Table 3 Изменения коэффициентов трения в процессе триботехнических испытаний при жестком нагружении сопряженияChanges in the friction coefficients during tribotechnical testing under hard loading of the interface Состав покрытияCoating composition Время испытаний, минTest time, min 55 1010 15fifteen 20twenty 30thirty 4040 50fifty 6060 ХромChromium 0,2660.266 0,2740.274 0,2370.237 0,2170.217 0,2200.220 0,2200.220 0,2170.217 0,2120.212 Хром, упрочненный серпентинитомSerpentinite hardened chrome 0,1660.166 0,1510.151 0,1630.163 0,1370.137 0,1490.149 0,1240.124 0,1270.127 0,1200,120 Хром, упрочненный серпентинитом, модифицированным природным полисахаридомChromium-hardened serpentinite modified with natural polysaccharide 0,1660.166 0,1370.137 0,1430.143 0,1430.143 0,1370.137 0,1180.118 0,1200,120 0,1200,120

На основании проведенных триботехнических испытаний установлено, что применение серпентинита, модифицированного хитозаном, для условий трения при больших нагрузках позволяет снизить износ покрытия в 2 раза (табл.2), величины коэффициента трения в процессе испытаний имеют меньший разброс значений и величины.Based on the tribotechnical tests, it was found that the use of chitosan-modified serpentinite for friction under high loads reduces the coating wear by 2 times (Table 2), the values of the friction coefficient during the tests have a smaller scatter of values and values.

При использовании заявленной композиции проявляются несколько эффектов, обеспечивающих повышение антифрикционных свойств композиции:When using the claimed composition, several effects are manifested that provide an increase in the antifriction properties of the composition:

- уменьшение нагрузки скольжения относительно друг друга силикатных слоев модифицированного серпентинита;- reducing the sliding load relative to each other silicate layers of modified serpentinite;

- образование антифрикционного слоя за счет внедрения в кристаллическую решетку испытуемого материала ионов кремния, магния и марганца, при этом создается основа, на которой формируется металлокерамическое покрытие. Доказательством этого является исследование полученного покрытия с помощью рентгено-электронной спектроскопии и атомно-силовой микроскопии (АСМ). Морфологию поверхности образца исследовали с помощью атомно-силового микроскопа марки NTMDT Solver Р46.- the formation of an antifriction layer due to the incorporation of silicon, magnesium and manganese ions into the crystal lattice of the test material, and a base is created on which a ceramic-metal coating is formed. The proof of this is the study of the obtained coating using x-ray electron spectroscopy and atomic force microscopy (AFM). The surface morphology of the sample was studied using an NTMDT Solver P46 atomic force microscope.

Рентгеновский фотоэлектронный спектр получали на сверхвысоком вакуумном фотоэлектронном спектрометре фирмы "Omicron" (Германия) с полусферическим электростатическим анализатором (радиус кривизны 125 мм). В качестве источника - рентгеновская пушка с магниевым анодом (линия MgKα 1253.6 эв).The X-ray photoelectron spectrum was obtained on an ultrahigh vacuum photoelectronic spectrometer (Omicron, Germany) with a hemispherical electrostatic analyzer (radius of curvature 125 mm). The source is an X-ray gun with a magnesium anode (MgK line α 1253.6 eV).

Перед исследованием с помощью АСМ и РЭС поверхность образца очищали от органической пленки травлением аргоном трижды непосредственно в камере фотоэлектронного спектрометра при вакууме 10-7 torr и напряжении 1000 вольт в точке.Before the study using AFM and XPS, the surface of the sample was cleaned of the organic film by argon etching three times directly in the chamber of a photoelectron spectrometer at a vacuum of 10 -7 torr and a voltage of 1000 volts at a point.

Полученный состав металлокерамической пленки на глубине до 100 нм выражается в атомных процентах:The resulting composition of the cermet film at a depth of 100 nm is expressed in atomic percent:

- для серпентинита С=47.60, О=22.93, Cr=18.35, Na=2.31, Si=3.47, Mn=1.95, Fe=1.85, Al=1.54,- for serpentinite C = 47.60, O = 22.93, Cr = 18.35, Na = 2.31, Si = 3.47, Mn = 1.95, Fe = 1.85, Al = 1.54,

для серпентинита, модифицированного хитозаном, С=58.20, Cr=10.85,0=21.83, Si=3.72, Na=1.78, Al=1.37, Fe=1.15, Mn=1.10.for chitosan modified serpentinite, C = 58.20, Cr = 10.85.0 = 21.83, Si = 3.72, Na = 1.78, Al = 1.37, Fe = 1.15, Mn = 1.10.

Высокое содержание углерода, кремния, марганца и алюминия свидетельствует об образовании антифрикционного металлокерамического покрытия, которое хорошо просматривается на снимке поверхности, модифицированной композицией серпентинита и хитозана, сделанной с помощью АСМ (фиг.3).The high content of carbon, silicon, manganese and aluminum indicates the formation of an antifriction cermet coating, which is clearly visible on a surface image modified with a composition of serpentinite and chitosan made using AFM (Fig. 3).

Оптимальной топографией, обеспечивающей хорошую маслоудерживающую поверхность, обладает поверхность хрома после ее упрочнения серпентинитом, модифицированным полисахаридом (фиг.3). Профили микронеровностей, полученные перпендикулярно направлению упрочнения после упрочнения органоминеральной композицией на основе серпентинита, близки к практически ровной линии (табл.4). Периодические микронеровности, расположенные на поверхности по направлению упрочнения и не имеющие острых выступов, обеспечивают получение поверхности, обладающей хорошей смазкоудерживающей способностью в условиях трения при граничной смазке, и высокую износостойкость. Благодаря минимальному удельному давлению на сопряженные поверхности и обеспечению наличия смазки уменьшается износ поверхности, сопряженной с композиционным покрытием, а также коэффициент трения и температура в трибоконтакте.The optimal topography, providing a good oil-retaining surface, has a chromium surface after hardening with serpentinite modified with a polysaccharide (figure 3). Microroughness profiles obtained perpendicular to the direction of hardening after hardening with an organomineral composition based on serpentinite are close to an almost flat line (Table 4). Periodic microroughnesses, located on the surface in the direction of hardening and not having sharp protrusions, provide a surface with good lubricity-holding ability under friction at boundary lubrication, and high wear resistance. Due to the minimum specific pressure on the mating surfaces and the availability of lubricant, the wear of the surface mated to the composite coating is reduced, as well as the friction coefficient and temperature in tribocontact.

Таблица 4Table 4 Параметры шероховатости образцов из плунжерных пар, восстановленных нанесением различных износостойких покрытийRoughness parameters of samples from plunger couples restored by applying various wear-resistant coatings Материал поверхностного слоя плунжераThe material of the surface layer of the plunger Параметры шероховатостиRoughness parameters Среднее арифметическое отклонение профиля Ra, мкмArithmetic mean deviation of the profile R a , microns Высота неровностей профиля по десяти точкам Rz, мкмThe height of the profile irregularities at ten points R z , microns Средний шаг неровностей профиля Sm, мкмThe average step of the roughness profile S m , microns Угол наклона неровностей, градThe angle of inclination of bumps, degrees ХромChromium 0 ,079-0 ,091 0 ,085  

Figure 00000001
0 , 079-0 091 0 , 085
Figure 00000001
0 ,331-0 ,420  0 ,375
Figure 00000002
0 , 331-0 420 0 , 375
Figure 00000002
0 0
Figure 00000003
0 0
Figure 00000003
3 ,6-14 ,1 6 ,9  
Figure 00000004
3 , 6-14 ,one 6 ,9
Figure 00000004
Хром, упрочненный серпентинитомSerpentinite hardened chrome 0 ,038-0 ,068  0 ,053
Figure 00000005
0 , 038-0 , 068 0 053
Figure 00000005
0 ,159-0 ,279  0 ,219
Figure 00000006
0 , 159-0 , 279 0 , 219
Figure 00000006
0 ,003-0 ,903  0 ,453
Figure 00000007
0 , 003-0 , 903 0 , 453
Figure 00000007
1 ,7 17 ,9 6 ,8
Figure 00000008
one , 7 - 17 ,9 6 ,8
Figure 00000008
Хром, упрочненный серпентинитом, модифицированым хитозаномChitosan modified serpentinite hardened chromium 0 ,031-0 ,057  0 ,044
Figure 00000009
0 , 031-0 057 0 , 044
Figure 00000009
0 ,148-0 ,238  0 ,194
Figure 00000010
0 , 148-0 , 238 0 , 194
Figure 00000010
0 ,894-1 ,390  1 ,140
Figure 00000011
0 , 894-1 , 390 one , 140
Figure 00000011
0 ,4-8 ,3  2 ,2
Figure 00000012
0 4-8 , 3 2 , 2
Figure 00000012
Примечание. В числителе приведен интервал значений параметра (причем меньшее значение определено перпендикулярно направлению обработки, а большее значение - по направлению обработки), в знаменателе - средняя величина.Note. The numerator shows the interval of parameter values (the smaller value being determined perpendicular to the direction of processing, and the larger value is determined in the direction of processing), and the denominator is the average value.

Claims (4)

1. Способ формирования антифрикционного покрытия контактирующих трущихся поверхностей, заключающийся в размещении между ними антифрикционной композиции, модифицирующей контактирующие трущиеся поверхности, содержащей смешанную в гидродинамическом кавитационном диспергаторе с углеводородным связующим, природный дисперсный серпентинсодержащий материал, отличающийся тем, что в процессе формирования антифрикционного покрытия контактирующих трущихся поверхностей, на них формируют минерально-органический слой из органических производных углерода, кремния, марганца и железа, для чего, в качестве серпентинсодержащего материала используют серпентинит, модифицированный природным высокомолекулярным полисахаридом, предпочтительно хитозаном, при крупности частиц твердого меньше 1 мкм, при следующем соотношении компонентов в составе смеси их дисперсных твердых частиц, мас.%:
серпентинит 96,5-97,5 хитозан 2,5-3,5
1. A method of forming an antifriction coating of contacting rubbing surfaces, which consists in placing an antifriction composition between them that modifies the contacting rubbing surfaces, containing a natural dispersed serpentine-containing material mixed in a hydrodynamic cavitation dispersant with a hydrocarbon binder, characterized in that during the formation of the antifriction coating of the contacting rubbing surfaces , they form a mineral-organic layer of organic carbon, silicon, manganese and iron alone, for which, serpentine-containing material modified with a natural high-molecular polysaccharide, preferably chitosan, is used when the particle size of the solid is less than 1 μm, with the following ratio of components in the mixture of dispersed solid particles, wt.% :
serpentinite 96.5-97.5 chitosan 2.5-3.5
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для модифицирования серпентинита готовят 1%-ный раствор хитозана, его растворением в 2%-ной уксусной кислоте, после чего серпентинит крупностью 1-20 мкм вводят в раствор хитозана из расчета 100 г на 270-330 мл, после чего перемешивают эту смесь в течение 3 ч, добавляя в конце 5%-ный раствор аммиака до нейтрализации суспензии, затем серпентинит отфильтровывают и сушат до постоянного веса.2. The method according to claim 1, characterized in that for the modification of serpentinite, a 1% solution of chitosan is prepared by dissolving it in 2% acetic acid, after which serpentinite with a particle size of 1-20 μm is introduced into the chitosan solution at the rate of 100 g per 270-330 ml, after which this mixture is stirred for 3 hours, at the end adding 5% ammonia solution to neutralize the suspension, then the serpentinite is filtered off and dried to constant weight. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что антифрикционную композицию получают в виде тонкодисперсной суспензии с крупностью твердых частиц предпочтительно от 0,05 мкм до менее 1 мкм.3. The method according to claim 1, characterized in that the antifriction composition is obtained in the form of a fine suspension with a particle size of solid particles, preferably from 0.05 μm to less than 1 μm. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве связующего используют, предпочтительно, дизельное топливо, при этом смесь модифицированного серпентинита вводят в дизельное топливо из расчета 220-300 г смеси на литр, и подвергают гидродинамической кавитационной диспергации с частотой около 200 Гц предпочтительно не менее 30 мин. 4. The method according to claim 1, characterized in that preferably diesel fuel is used as a binder, while the mixture of modified serpentinite is introduced into diesel fuel at the rate of 220-300 g of mixture per liter, and subjected to hydrodynamic cavitation dispersion with a frequency of about 200 Hz preferably not less than 30 minutes
RU2011151407/04A 2011-12-15 2011-12-15 Method of making antifriction composition RU2484179C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011151407/04A RU2484179C1 (en) 2011-12-15 2011-12-15 Method of making antifriction composition

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011151407/04A RU2484179C1 (en) 2011-12-15 2011-12-15 Method of making antifriction composition

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2484179C1 true RU2484179C1 (en) 2013-06-10

Family

ID=48785652

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011151407/04A RU2484179C1 (en) 2011-12-15 2011-12-15 Method of making antifriction composition

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2484179C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2580270C1 (en) * 2015-01-19 2016-04-10 Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Дальневосточный Федеральный Университет" (Двфу) Method of producing antifriction composition
CN116478746A (en) * 2023-04-10 2023-07-25 大连顺泰科技有限公司 Metal wear dynamic repair in-situ reinforced material and preparation method thereof

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5821282A (en) * 1995-10-26 1998-10-13 Westinghouse Air Brake Company Self lubricating brake shoe material
RU2205249C2 (en) * 1999-12-28 2003-05-27 Аратский Павел Борисович Method for recovery of friction unit surfaces during operation
WO2004109135A1 (en) * 2003-06-10 2004-12-16 Alexander Pavlovich Tseyko Method for forming an antifriction coating for the wearing surfaces of cinematic pairs
WO2006058768A1 (en) * 2004-12-02 2006-06-08 Rewitec Gmbh Loading agent to be admixed to a processing liquid of a technical installation, use of a loading agent, and method for treating the surface of working components of a technical installation
RU2293892C1 (en) * 2006-02-20 2007-02-20 Владимир Михайлович Калуженов Method of producing durable antifriction coating on metallic surfaces of friction pairs
RU2361015C1 (en) * 2008-02-01 2009-07-10 Виктор Петрович Носов Composition for metals modification and reduction of metallic surfaces

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5821282A (en) * 1995-10-26 1998-10-13 Westinghouse Air Brake Company Self lubricating brake shoe material
RU2205249C2 (en) * 1999-12-28 2003-05-27 Аратский Павел Борисович Method for recovery of friction unit surfaces during operation
WO2004109135A1 (en) * 2003-06-10 2004-12-16 Alexander Pavlovich Tseyko Method for forming an antifriction coating for the wearing surfaces of cinematic pairs
WO2006058768A1 (en) * 2004-12-02 2006-06-08 Rewitec Gmbh Loading agent to be admixed to a processing liquid of a technical installation, use of a loading agent, and method for treating the surface of working components of a technical installation
RU2293892C1 (en) * 2006-02-20 2007-02-20 Владимир Михайлович Калуженов Method of producing durable antifriction coating on metallic surfaces of friction pairs
RU2361015C1 (en) * 2008-02-01 2009-07-10 Виктор Петрович Носов Composition for metals modification and reduction of metallic surfaces

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2580270C1 (en) * 2015-01-19 2016-04-10 Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Дальневосточный Федеральный Университет" (Двфу) Method of producing antifriction composition
CN116478746A (en) * 2023-04-10 2023-07-25 大连顺泰科技有限公司 Metal wear dynamic repair in-situ reinforced material and preparation method thereof

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2487192C1 (en) Method of making antifriction composition
Ren et al. Tribological properties and anti-wear mechanism of ZnO@ graphene core-shell nanoparticles as lubricant additives
He et al. In situ fabrication of carbon dots-based lubricants using a facile ultrasonic approach
US8283297B2 (en) Formulation which creates protection layers on the metallic friction and worn surfaces and method for preparing the same
CN100445353C (en) Metal/ ceramic nano composite additive of self-rehabilitation and its preparation method
CA2661585C (en) Method for composing a nano-particle metal treatment composition for creating a ceramic-metal layer
Song et al. Tribological behavior of polyurethane-based composite coating reinforced with TiO2 nanotubes
Shekhar et al. Effect of CaF2 nanoparticles on the microstructure evolution, mechanical properties and tribological behavior of Cu-Ni alloy/cBN self-lubricating composites
Shan et al. MXene/PFW@ PDA confined by micro/nano cellulose network in PAO based oil to achieve macroscopic super-lubrication of engineered steel surface
RU2484179C1 (en) Method of making antifriction composition
Wang et al. Ag nanoparticles homogeneously anchored on kaolin synergistically improve the tribological performance of PBO/phenolic resin liner composites
Cai et al. Organofluorinated Ag/2D diamond nanocomposites achieve simultaneously ultra-low friction and wear in self-lubricating epoxy
Ivanov et al. Nanodiamond-based oil lubricants on steel-steel and stainless steel-hard alloy high load contact: investigation of friction surfaces
Li et al. Microstructure and self-lubricating property of a novel Al2O3/La2P4O13/MoS2 composite layer in-situ prepared by micro-arc oxidation
Yang et al. Macroscopic superlubricity achieved by the synergic effect of silver nanoparticles and hexagonal boron nitride nanosheets
RU2201999C2 (en) Method of modification of iron-containing surfaces of friction units
KR20100114648A (en) A bush coated with a coating composition containing enhancing particles and preparation method thereof
Chaudhary et al. Experimental Investigation of Influence of SiO2 Nanoparticles on the Tribo-logical and Rheological properties of SAE 40 Lubricating Oil
RU2345176C1 (en) Method of producing recoverable antifriction and wear-resistant coat for machinery assembly units and parts
RU2559077C1 (en) Method of forming antifriction coating of contacting friction surfaces
Xie et al. Effects of combined additions of SiO2 and MoS2 nanoparticles as lubricant additive on the tribological properties of AZ31 magnesium alloy
Gupta et al. Metal‐based nanolubricants: current and future perspectives
JP5748009B2 (en) Solid particles, solid lubricants and metal parts
Vityaz’ et al. Peculiarities of triboformation of wear-resistant layers on the surface of a MAO-coating modified by fullerenes
RU2580270C1 (en) Method of producing antifriction composition

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20181216