用于摩擦副处理的组合物

摘要

本发明涉及润滑脂组合物，特别是用于摩擦副处理的组合物，并且可以在机械制造中用于摩擦副处理，也可以在不同机构和机械的操作期间用于延长维修时间间隔或损坏控制(修复操作)。本发明的基础是改进用于摩擦副处理的组合物，组合物包括金属和非金属氧化物，其中，由于使用这种通过形成纳米分散的氧化物结构的稳定状态提供的、在稳定状态下在其组合物中包含来自MgO,SiO2,Al2O3,CaO,Fe2O3,K2O,Na2O系列的氧化物的水合物脱水产物的结果，它使位移阻力和摩擦副接触表面面积最小，并且以滚动摩擦传递任何形式的摩擦，并且以此为代价，达到了摩擦副表面强度增加和摩擦系数的降低，改善了机械和机构工作技术条件。根据提供的技术方案的组合物的使用取得了稳定的结果，其表现为提高了硬度和耐磨性，降低了摩擦系数，改进了机械和机构的技术－经济特性。

说明书

本发明涉及润滑脂组合物，特别是用于摩擦副处理的组合物，并且可以在机械制造中用于处理摩擦单元，也可以在不同机构或机械的运行中用于延长维修时间间隔或损坏控制(修复操作)。

人们知道任何润滑脂的任务是要防止表面之间的直接接触从而导致局部焊合，以便减小破坏“焊接桥”而输入的力，和减小摩擦副表面接触点中发生的磨损。

在摩擦的金属之间没有直接接触时，摩擦力是由润滑剂位移阻力，实际接触面积和负载决定的。因此，通过正确的润滑剂选择可以减小摩擦。

已知存在基于石墨、二硫化钼、以及可以减小剪切阻力的具有提供所谓“滑动镜面”的鳞片结构的氧化物系列的固体润滑剂(Klamann D．“润滑剂和有关产品”--M.:Khimiya,1988,第164-176页)。它们相当成功地与矿物油一同用于一系列的机构和机械，并且有时可以用于提供“修补润滑”。但是，建议不要在严酷条件下使用的润滑油中掺入固体润滑剂，因为这些由含添加剂的油和固体润滑剂的优选平衡组分组成的油可能降低这些特性。此外，固体润滑脂的分散不稳定性导致油循环系统的堵塞，“缺油”，和金属零件的咬死。必须指出，上述固体润滑脂的使用不能将摩擦系数降低到0.01以下。

已知可以用由(质量％)MgO,CaO-20-60,SiO₂,Al₂O₃-2-60,H₂O-3-10，和3-10的岩石混合物组成的天然蛇纹岩制备的研磨类粉末(92年7月3日申请的第2006707号RU专利，国际专利分类号为F16C33/14)作为固体混合物。建议在使用这种粉末时，使它在40-60℃产生机械活化作用。

使用天然叶腊石作为润滑脂的抗磨损添加剂(86年2月20日申请的第1377284号RU专利，国际专利分类号为C10M125/26)也是已知的。

在这些专利中假设上述组合物的研磨类粉末能够提高摩擦表面的耐磨性。

但是，如实践所示，在一些情况下，上述组合物粉末的使用并没有获得希望的结果，而是导致完全相反的效果：增大了摩擦副表面的磨损。

包含(质量％)SiO₂-30-40,MgO-20-30,Fe₂O₃-10-15,FeO-4-6,Al₂O₃-3-8,S-2-6，伴生混合物-5-30的矿物混合物的使用也是已知的。作者的意见是，蛇纹石，顽辉石，磁铁矿，滑石，钛铁矿，闪石，硫磺，黑云母，和petlantide之类的0.01-1.0μ尺寸的粉末形式的天然矿物混合物是接受这种氧化物组合物的基础(94年3月21日申请的第2057257号RU专利，国际专利分类号为F16C33/14)。不同比例的上述矿物的使用结果表明，它依赖于天然原料的来源，在一些摩擦副中表现出超强表面的形成和磨损降低。可以在“测试单元”中长时间使用没有润滑脂的机械。

在另一种技术方案中使用了蛇纹石，钛铁矿，硫磺，磁黄铁矿，顽辉石，和铁橄榄石这样的组合物的混合物(93年7月7日申请的第2035636号RU专利，国际专利分类号为F16C33/14)。根据这种技术方案，在使用前用温度为110-115℃的干燥饱和蒸气处理混合物，以便脱水和稳定其分散度。根据作者的观点，这种方法可以降低摩擦系数，和稳定粉末的分散度。在发明说明中缺少有关分散度，摩擦系数和其它数据的具体说明，表明产生的结果是不稳定的。

此外，包含镍，铜，铬的氢氧化物--具有混合物中以金属计算的氢氧化物的比1∶1∶1∶1--，油酸，和润滑脂材料混合物的润滑剂浓缩产品(92年3月2日申请的第201 6050号RU专利，国际专利分类号为C10M125/04)也是已知的。如说明书中所指出的，浓缩产品的使用减少了摩擦副中的研磨时间，并且减小了磨损1.5-2倍。

但是，由于摩擦系数仍然高(不低于0.06)，和油酸的使用造成摩擦副中的腐蚀现象，不能认为产生的结果是满意的。

最接近要求的技术方案的必须到达的目的、技术要素和结果的是一种用于摩擦副处理的包括脱水粉末的组合物，其包含(质量％)MgO-39,SiO₂-36,FeO₂Fe₂O₃Fe₃O₄-10,Al₂O₃，稀土金属-1.3,Mn,Ni,Co,Cu,Ti,Zr,Cr氧化物-3.5，其它混合物-余量(93年3月3日申请的第2059121号RU专利，国际专利分类号为F16C33/14)。这种组合物可以由任何天然蛇纹石沉积岩的原料提供。虽然，建议的粉末混合物的使用具有提高了3％效率和降低减速器温度7％的积极效果，但是建议的混合物及其使用的方法没有表现出其它优点。

因此，必须指出，由基于蛇纹石的不同组合物制备的充分分散的粉末对于降低摩擦副磨损的影响是不成问题的，但是其效果显然是不稳定的。在许多情况下，当使用基于蛇纹石的研磨类粉末时，取得的结果是相当不好的。其表现为不仅没有提高耐磨性，而且相反观察到显著的磨损，并且不仅是在与常用的研磨效果相比可以增大5-6倍的初始阶段。并且，与此同时根本没有减小摩擦系数。

因此，提供的技术方案的目的是要取得以提高硬度和耐磨性，减小摩擦系数，和改善机械和设备的技术-经济特性为表现的稳定结果。

本发明的基础是改进用于摩擦副处理的组合物，组合物包括金属和非金属氧化物，其中，由于使用这种通过形成纳米分散的氧化物结构的稳定状态提供的、在稳定状态下在其组合物中包含来自MgO,SiO₂,Al₂O₃,CaO,Fe₂O₃,K₂O,Na₂O系列的氧化物的水合物脱水产物的结果，它使位移阻力和摩擦副接触表面面积最小，并且以滚动摩擦传递任何形式的摩擦，并且以此为代价，达到了摩擦副表面强度增加和摩擦系数的降低，改善了机械和机构工作技术条件。

在使用合成水合物或天然矿物或天然矿物混合物的脱水产物时，组合物取得了根据摩擦副材料的水合物的特定选择的希望的指数。

但是，由于可以减少天然原料清洗的花费，上述带有质量％不超过1-10的伴生混合物的系列的水合氧化物的使用降低了最终产品的成本。

解决了提出的问题，从而根据本发明的包括金属和非金属氧化物的用于摩擦副处理的已知组合物包括它们作为在稳定状态下含有来自MgO,SiO₂,Al₂O₃,CaO,Fe₂O₃,K₂O,Na₂O系列的氧化物的水合物的脱水产物。

根据本发明的一个优选实施例，组合物包含合成水合物的脱水产物。

根据本发明的另一个优选实施例，组合物包含具有350-900℃范围的化合水脱除和晶格破坏温度的天然矿物或天然矿物混合物的脱水产物。

根据本发明的再一个优选实施例，组合物包含不大于1-10质量％的天然矿物的脱水产物中的伴生天然矿物的混合物。

从权利要求指出的技术方案的说明中可以看到，它与现有技术不同，因而它是新的。

技术方案也具有发明性。含有通过加热破坏晶格可以脱除的化合水的水合物是已知的。这些水合物的例子有：

高岭石--Al₂O₃^*2SiO₂^*H₂O(480-590℃)；

monothermite--0.2RO^*Al₂O₃^*3SiO₂^*1.5H₂O(+0.5H₂O)--接近高岭石和云母(450-550℃)；

叶腊石--Al₂O₃^*4SiO₂^*H₂O(580-800℃)；

白云母--K₂O^*3Al₂O₃^*6SiO₂^*2H₂O(750-850℃)--它是云母组的矿物；

伊利石--K＜1 Al₂[(Al,Si)₄O₁₀]^*(OH)₂^*nH₂O(500-650℃)，在840-900℃晶格破坏--水云母，它是白云母和高岭石之间的中间形式；

海绿石--K＜1(Fe³⁺,Fe²⁺,Al,Mg)_2-3[Si₃(Si,Al)O₁₀]^*(OH)₂^*nH₂O(440-510℃)--它是来自可变组成的铁水云母的矿物，它以颗粒聚集体形式出现在水成岩中；

蛭石--(Mg,Fe)₃[(Al,Si)₄O₁₀]^*(OH)₂^*4H₂O(815-850℃)--它是来自具有可变化学组成的水云母组的矿物；

蛇纹石--3MgO^*2SiO₂^*2H₂O(720-800℃)--(贵橄榄石，叶蛇纹石)--它是天然石棉矿；

thepiolite--Mg₃[Si₄O₁₁]^*nH₂O(800℃)--它是蛇纹石变化、脱除化合水发生晶格破坏并且转变为非晶态状态的thepiolite的产物；

滑石--3MgO^*4SiO₂^*H₂O(800-900℃)，它是天然形成的；

硼砂--Na₂B₄O₇^*10H₂O(Na₂O^*2B₂O₃^*10H₂O)(350-400℃)--它是天然矿物(Gorshkov V.S.,Tymashev V.V.,Savelev V.G.“收敛物质的物理-化学分析方法”，-M.:High School,1981,335页)。

诸如石棉，凝聚石，铝土矿，高岭石之类的天然矿物可以用作制取上述水合物的原料。

来自其中可以用离子Mn²⁺,Zn²⁺,Co²⁺,Fe³⁺,Cr³⁺，和Ga³⁺作为替换离子的具有蛇纹石结构的MgO-SiO₂-H₂O,NiO-SiO₂-H₂O，和MgO-GeO₂-H₂O系列的合成水合物也是已知的(Della M.Roy,Rustum Roy，“合成蛇纹石和有关层状硅酸盐矿的形成和性质的实验研究”，--宾夕法尼亚州立大学矿业学院，论文集第53-9,1953年10月13日)。

但是，迄今为止，都是首先将原料和合成水合物考虑为用于陶瓷、建筑和造纸的材料，并且从接收角度出发，将天然矿物考虑为生产铝及其化合物的材料。

由于申请的技术方案建议将合成水合物和天然矿物的脱水组合物用于摩擦副处理，因而它与现有技术具有显著不同，并且它取得了不仅是稳定的，并且也是相当高的操作技术特性。

提出的技术方案可以在工业中应用，它可以在机床制造中用于处理摩擦单元，并且也可以在不同的机构和机械的操作期间用于延长维修时间间隔，或用于损坏控制(修复操作)。

本发明的应用

通过利用合成水合物以及天然矿物对提出的组合物的工作性能进行检验。天然矿物预先从不同等级的混合物中清洗。在表1和表2中示出了利用天然矿物混合物的质谱分析法从不同原料取得的分析结果。

                          表1

   元素   原子量    原子％    重量％    Co    58.9    0.094    0.179    Ni    58.7    1.445    2.735    Fe    55.8    28.424    51.160    Mn    54.9    0.375    0.664    Cr    52.0    4.165    6.986    V    50.9    0.056    0.092    Ti    47.9    2.533    3.913    Ca    28.1    1.876    1.701    Al    27.0    0.188    0.163    Mg    24.3    3.752    2.944    O    16.0    57.092    29.465   总量    100.00    100.00

                             表2

   元素   原子量   原子％    重量％    Ni    58.7    0.190    0.512    Fe    55.8    2.152    5.528    Mn    54.9    0.190    0.479    Cr    52.0    0.038    0.091    Ti    47.9    0.047    0.105    Ca    40.1    7.895    14.579    K    39.1    0.028    0.051    Cl    35.4    0.028    0.046    S    32.1    0.011    0.017    P    31.0    0.009    0.014    Si    28.1    20.168    26.099    Al    27.0    1.412    1.756    Mg    24.3    1.896    2.121    Na    23.0    0.047    0.050    B    19.0    0.019    0.017    O    16.0    65.869    48.535   总量    100.00    100.00

如表1和2中所示，天然矿物混合物包含可能存在于严格蛇纹石天然结构的组合物中的金属离子。

为了置备用于摩擦副处理的组合物，将合成水合物与天然矿物在脱除结构水的温度下在马弗炉中煅烧。在表3-5中列出了所有具体实现的实例和使用组合物的结果。

表3包含水合物，其煅烧时间和温度的列表。

在脱水后，把以这种方式取得的粉末与技术介质混合，并且在操作条件下用于处理不同单元和机构。

表4和5中示出了根据提出的技术方案的用于机械和机构的摩擦副处理的不同组合物的主要使用结果。

如表5中所示，根据提出的技术方案的组合物的使用取得了表现为硬度和耐磨性提高，摩擦系数降低，和机械和机构的经济技术改进的稳定的结果。

                          表3

水合物，水合物的    混合物混合物中的量(％) 脱水温度   (℃)    时间   (小时)    脱水后重量    的减少(％)1．带有混合物的高岭石    8-10 480-590   1.5-2    12-132．带有混合物的蛇纹石    5-7 700-800   2-2.5    12-24 3．硼砂(bura)Na₂B₄O₇^*10H₂O(Na₂O^*2B₂O₃^*10H₂O)    1-2 350-400    1.0    16-244．白云母K₂O^*3Al₂O₃^*6SiO₂^*2H₂O    0.5-2 750-850    1.0    16-205．蛭石(Mg,F)3[(Al,Si)₄O₁₀^*(OH)₂^*4H₂O]    1.5-2 815-850    1.0    16-206．合成蛇纹石    1.5-2 700-800    2.0    12-24

                             表4

    测试组技术介质组合物号和混合物    中的量(g/l)    分散(millinicron)1．气缸活塞组油10W30      N2    0.1-0.2    10-302．压缩机油M8B1     N2,6    0.1-5.0    10-303．轴承litol-24     N1,6    0.1-0.3    10-304．减速器油MC-20      N2    3.0-5.0    10-305．曲轴-壳气缸油      N2    0.1-0.2    10-306．测试摩擦机械的   摩擦副油H-20A     N4-6    0.1-5.0    10-30

                              表5

测试组号                                    技术操作特性测试时间 (小时)   硬度  (HRc)  摩擦  系数磨损强度(g/小时)10-7 Ru(km) 油花费降低(％) 振动降低   (倍) 1    100 2000 5-20 2    100 15-20    2-5 3    200 270-280 0.007- 0.008 4    1000    2-5 5    3.5 390-410 0.006- 0.008 400 6    100 390-410 0.006- 0.008    0.2-0.3