Антифрикционная смазочная композиция для пары трения титановый сплав – сталь

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ АНТИФРИКЦИОННАЯ СМАЗОЧНАЯ КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ПАРЫ ТРЕНИЯ ТИТАНОВЫЙ СПЛАВ-СТАЛЬ(71) Заявитель Белорусский государственный университет транспорта(73) Патентообладатель Белорусский государственный университет транспорта(57) Антифрикционная смазочная композиция для пары трения титановый сплав-сталь, содержащая мыльную пластичную смазку, термопластичный полимер и кислорододонорное неорганическое соединение, отличающаяся тем,что она содержит в качестве термопластичного полимера поливинилбутираль, в качестве кислорододонорного неорганического соединения перекись металла, выбранную из группы, включающей 2, 22, 22, 2 и 2, и дополнительно - смесь полиоксиэтиленгликолевых эфиров высших жирных спиртов, холестериловый эфир тридекановой кислоты и комплекс трехфтористого бора с диацетатом при следующем соотношении компонентов, мас. поливинилбутираль 0,02-10 смесь полиокиэтиленгликолевых эфиров высших жирных спиртов 0,1-3 холестериловый эфир тридекановой кислоты 0,01-2 комплекс трехфтористого бора с диацетатом 0,1-4 перекись металла, выбранная из группы,включающей 2, 22, 22, 2, 2 1-15 мыльная пластичная смазка до 100. Изобретение относится к получению антифрикционых смазочных материалов на базе пластичных смазок,применяемых в узлах трения машин и технологического оборудования, и может быть использовано на машиностроительных и ремонтных предприятиях. Известна антифрикционная смазочная композиция, содержащая бензойный альдегид (0,2-8 мас.), глицерин (1-15 мас.), порошок меди (5-40 мас.) и мыльную пластичную смазку (до 100 мас.) 1. Известна также антифрикционная смазочная композиция, содержащая полиэтилен (0,05-8 мас.), стеарат меди (0,1-5 мас.), эвтектический сплав (1-10 мас.), полиэтиленгликолевый эфир щавелевой кислоты(0,01-1,5 мас.) и мыльную пластичную смазку (до 100 мас.) 2. Наиболее близкой по составу и достигаемому результату к предлагаемой композиции является антифрикционная смазочная композиция, содержащая глицерин (1-12 мас.), азотнокислую медь (0,1-5 мас.), политетрафторэтилен (0,05-8 мас.), бензосульфокислый натрий (0,2-3 мас.), дициандиамид (0,01-4 мас.), эвтектический сплав (1-10 мас.) и мыльную пластичную смазку (до 100 мас.). При этом в качестве эвтектического 2401 1 сплава смазочная композиция содержит легкоплавкий эвтектический сплав (т.пл. 58 С), включающий 60 мас. висмута, 18 мас. свинца, 12 мас. олова и 10 мас. индия 3. При эксплуатации пары трения титановый сплав ВТ 5 - сталь 45, смазываемой известной смазочной композицией, в области повышенных скоростей и нагрузок наблюдается высокий коэфициент трения и низкая долговечность смазки. Присутствие смазочной композиции политетрафторэтилена приводит к образованию пленок переноса,обладающих низкой адгезией к поверхностям трения титанового сплава ВТ 5 и стали 45, что способствует повышенному износу сопряженных поверхностей в среде газообразного водорода и в коррозионных средах, например в морской воде. При этом азотнокислая медь в присутствии безносульфокислого натрия и повышенной влажности атмосферы вызывает повышенный коррозионный износ как титанового сплава ВТ 5, так и стали 45. Свободные макрорадикалы, образующиеся в процессе трибохимической деструкции политетрафторэтилена и дициандиамида, вызывают также повышенный химический износ титанового сплава ВТ 5. Присутствие в смазочной композиции эвтектического сплава, содержащего такие дефицитные для Республики Беларусь компоненты как висмут, свинец, олово и индий, затрудняет организацию промышленного производства смазки и ее применение в узлах трения. При этом известная антифрикционная смазочная композиция обладает низкими противоизносными и противозадирными свойствами при эксплуатации смазываемой ею пары трения титановый сплав ВТ 5 - сталь 45 в области высоких нагрузок и скоростей. Предлагаемая смазка обеспечивает решение такой задачи как получение антифрикционных смазочных композиций на основе мыльных пластичных смазок для пар трения титановый сплав ВТ 5 - сталь 45. Технический эффект заявляемого технического решения заключается в улучшении эксплуатационных характеристик пластичной смазки за счет увеличения противоизносных и противозадирных свойств, снижения водородного износа пары трения титановый сплав ВТ 5 - сталь 45 и в увеличении ее срока службы в этом узле трения. Указанный технический эффект достигается тем, что в антифрикционную смазочную композицию,включающую мыльную пластичную смазку, термопластичный полимер и кислорододонорное неорганическое соединение, вводят в качестве термопластичного полимера - поливинилбутираль, в качестве кислорододонорного неорганического соединения - перекись металла, выбранную из группы 2,22, 22, 2 и РО 2, и дополнительно - смесь полиоксиэтиленгликолевых эфиров высших жирных спиртов, холестериловый эфир тридекановой кислоты, комплекс трехфтористого бора с диацетатом. При этом смазочная композиция для пары трения титановой сплав ВТ 5 - сталь 45 содержит указанные компоненты в следующем соотношении, мас. поливинилбутираль 0,02 -10 смесь полиоксиэтиленгликолевых эфиров высших жирных спиртов 0,1 - 3 холестериловый эфир тридекановой кислоты 0,01 - 2 комплекс трехфтористого бора с диацетатом 0,1 - 4 перекиси металлов, выбранные из группы 2, 22, 22, 2, 2 1 - 15 мыльная пластичная смазка до 100. В качестве базовых мыльных пластичных смазок могут быть использованы, например, пластичные смазки ЦИАТИМ-201 (ГОСТ 6267-74), ЦИАТИМ-203 (ГОСТ 8773-73, ЦИАТИМ-221 (ТУ 38-101419-73), Литол-24 (ГОСТ 2115075) и другие. Введение мыльной пластичной смазки ниже оптимальной концентрации способствует повышению коэффициента трения трибосопряжения, а выше оптимальной концентрации - снижает противоизносные свойства смазочной композиции. Вследствие вспышек температур на пятнах касания и каталитического влияния железа, содержащегося в стальном контртеле, наблюдается дегидрирование углеводородных компонентов смазочной композиции и диффузия образующегося атомарного водорода в подшипник из титанового сплава ВТ 5 и в стальное контртело. При этом в рабочих слоях сопряженных поверхностей металлов возникают высокие остаточные сжимающие напряжения, которые интенсифицируют износ как подшипника из титанового сплава ВТ 5, так и стального контртела. Значительные температуры, развивающиеся во фрикционном контакте при высоких нагрузочноскоростных режимах эксплуатации, приводят к снижению адгезии образующихся пленок переноса к сопряженным поверхностям и к ухудшению противоизносных свойств смазочной композиции. Для снижения водородного износа пары трения титановый сплав ВТ 5 - сталь 45 и повышения противоизносных свойств смазочной композиции в мыльную пластичную смазку введены смесь полиоксиэтиленгликолевых эфиров высших жирных спиртов (ГОСТ 10730-82),холестериловый эфир тридекановой килоты марки Х-20 (ТУ 06-09-4006-77) и перекиси металлов, выбранные из группыВаО 2, (ТУ 6-10-1320-72), К 2 О 2 (ГОСТ 9808-75), 22 (ГОСТ 4219-48), СаО 2(ГОСТ 0262-62) и РО 2 (ГОСТ 9199-68). Введение смеси полиоксиэтиленгликолевых эфиров высших жирных спиртов, холестерилового эфира тридекановой кислоты и указанных перекисей металлов ниже оптимальной концентрации повышает водородный износ титанового сплава ВТ 5 и стального контрте 2 2401 1 ла, а выше оптимальной концентрации - увеличивает коэффициент трения смазываемого ею трибосопряжения и уменьшает нагрузку заедания пары трения. Дальнейшего повышения противоизносных и противозадирных свойств смазочной композиции,увеличения ее срока службы и снижения водородного износа сопряженных металлических поверхностей достигали дополнительным введением в пластичную смазку поливинилбутираля марки ПШ (ГОСТ 9439-73) и комплекса трехфтористого бора с диацетатом (ТУ 6-09-15-252-75). Введение поливинилбутираля и комплекса трехфтористого бора с диацетатом выше оптимальной концентрации увеличивает коэффициент трения трибосопряжения и уменьшает срок службы смазочной композиции, а ниже оптимальной концентрации - ухудшает ее противозадирные и противоизносные свойства. Холестериловый эфир тридекановой кислоты, поливинилбутираль и указанные перекиси металлов использованы нами для повышения противоизносных и противозадирных свойств базовых мыльных пластичных смазок, а также для снижения водородного износа пары трения титановый сплав ВТ 5 сталь 45 при смазке этими пластичными смазками. Дальнейшего снижения водородного износа пары трения титановый сплав ВТ 5 - сталь 45 при смазке этими пластичными смазками. Дальнейшего снижения водородного износа пары трения титановый сплав ВТ 5 - сталь 45 увеличения срока службы смазочной композиции достигали путем дополнительного введения в мыльную пластичную смазку смеси полиоксиэтиленгликолевых эфиров высших жирных спиртов и комплекса трехфтористого бора с диацетатом. Таким образом, в сравнении с известными техническими решениями заявляемый объект обладает существенными отличиями, а получение положительного эффекта обусловлено всей совокупностью признаков. Технология получения смазочной композиции для пар трения титановый сплав ВТ 5 - сталь 45 состоит в нагревании базовой мыльной пластичной смазки до температуры 60 С с целью перевода ее в жидкое состояние, в последующем введении в расплав компонентов, указанных в патентной формуле, и в перемешивании полученного состава. После тщательного перемешивания смазочную композицию охлаждали до комнатной температуры и использовали для смазки узла трения. Составы и свойства смазочных композиций, полученных из исследуемых составов, и известной приведены в таблице. Как видно из таблицы, сочетание выбранных компонентов позволило в сравнении с прототипом снизить водородный износ подшипника из титанового сплава ВТ 5 в 2,3-2,9 раз и водородный износ контртела из стали 45 в 2-2,4 раза, уменьшить содержание водорода в титановом подшипнике в 3,4-4,8 раз и стальном контртеле в 2,1-2,7 раз, повысить нагрузку заедания пары трения титановый сплав ВТ 5 - сталь 45 в 1,4-2 раза и увеличить срок службы смазочной композиции в 3,3-4 раза. Отсутствие в антифрикционной смазочной композиции поливинилбутираля и смеси полиоксиэтиленгликолевых эфиров высших жирных спиртов (состав УШ), холестерилового эфира тридекановой кислоты и комплекса трехфтористого бора с диацетатом (состав ) и перекисей металлов (состав Х) приводит к ухудшению эксплуатационных свойств смазки и к повышенному водородному износу как подшипника из титанового сплава ВТ 5, так и контртела из стали 45. Антифрикционные свойства разработанных смазочных композиций оценивали на машине трения СМЦ-2 при нормальной нагрузке 12 МПа и скорости относительного скольжения 0,25 м/с. В качестве антифрикционного элемента использовали титановый сплав ВТ 5, содержащий 5 мас. алюминия и 95 мас.титана, а контртелом служил ролик из стали 45 (НРС 46-48) с внешним диаметром 40 мм. Нагрузку заедания определяли по появлению задиров на поверхности трения подшипника из титанового сплава ВТ 5. Срок службы смазочной композиции определяли по времени начала появления нестабильности у момента трения пары подшипник из титанового сплава ВТ 5 - сталь 45. Количество водорода, продифундировавшего в металл, определяли методом нагрева в высоком вакууме подшипника из титанового сплава ВТ 5 и стального контртела после проведения фрикционных испытаний. Этот метод позволяет оценить количество водорода в металле с точностью до 510-7 м 3/кг. 2401 1 Составы и свойства известной 3 и разработанной антифрикционных смазочных композиций Состав и свойство. Составы 1. Мыльная пластичная смазка 1.1. ЦИАТИМ-201 1.2. ЦИАТИМ-221 1.3. Литол-24 2. Поливинилбутираль 3. Смесь полиоксиэтиленгликолевых эфиров высших жирных спиртов 4. Холестериловый эфир тридекановой кислоты 5. Комплекс трехфтористого бора с диацетатом 6. Перекиси металлов, выбранные из группы 6.1. ВаО 2 6.2. К 2 О 2 6.3. 22 6.4. аО 2 6.5. РО 2 7. Глицерин 8. Азотнокислая медь 9. Политетрафторэтилен 10. Бензосульфокислый натрий 11. Дициандиамид 12. Эвтектический сплав, содержащий- в подшипнике из титанового сплава ВТ 5, 10-5 м 3/кг- подшипника из титанового сплава ВТ 5, 10-3 мм/км 4. Срок службы смазок в узле трения Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.