RU2457239C2 - Plastic lubricant for rolling bearing - Google Patents

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: lubricant contains the following components in wt %: nanodiamond powder - 0.01-0.05, soak base representing grease Litol-24 makes the rest. Powder of nanodiamond produced by explosive synthesis is used purified to content of incombustible impurities smaller than 0.1% of nanodiamond weight that features particle size not exceeding 5 nm.

EFFECT: better antifriction properties and wear resistance.

1 tbl

Description

Изобретение относится к области трибологии, а именно созданию пластичных смазок для подшипников качения, применяемых во всех областях машиностроения, во многих узлах машин, автомобилей и других транспортных средств, сельскохозяйственных машин и механизмов, электрических машин и т.п.The invention relates to the field of tribology, namely the creation of greases for rolling bearings used in all areas of mechanical engineering, in many nodes of machines, automobiles and other vehicles, agricultural machines and mechanisms, electric machines, etc.

В отечественной промышленности широко используется пластичная многоцелевая антифрикционная смазка марки Литол-24 (ГОСТ 21150-87), рекомендованная для всех типов подшипников качения и скольжения, шарниров зубчатых и иных передач, индустриальных механизмов, электромашин. Зарубежные аналоги: SHELL-ALVANIA3; R3; CYPRINA - 3; RA; MOBILUX 3; CASTROL-SPHEROL АР3. Смазка содержит следующие компоненты, мас.%: литиевое мыло - 13, антиокислительная присадка - 0,7, вязкостная присадка - 4, минеральное масло - до 100.In the domestic industry, Litol-24 plastic multi-purpose grease (GOST 21150-87) is widely used, recommended for all types of rolling and sliding bearings, gear joints and other gears, industrial mechanisms, and electric machines. Foreign analogues: SHELL-ALVANIA3; R3; CYPRINA - 3; RA MOBILUX 3; CASTROL-SPHEROL AP3. The lubricant contains the following components, wt.%: Lithium soap - 13, antioxidant additive - 0.7, viscosity additive - 4, mineral oil - up to 100.

Недостатком данной пластичной смазки является пониженная нрирабатываемость пар трения и недостаточная сохранность дорожек качения подшипников в процессе длительной эксплуатации. Кроме того, зарубежные аналоги являются сравнительно дорогостоящими.The disadvantage of this grease is the reduced productivity of friction pairs and the insufficient safety of the raceways of bearings during long-term operation. In addition, foreign analogues are relatively expensive.

Известен состав повышения противоизносных и антифрикционных свойств узлов трения, содержащий смазочный материал (одним из вариантов которого предлагается пластичная смазка Литол-24) и измельченный природный минерал с дисперсностью не более 10 мкм, содержащий, мас.%: серпентин 78-85, хлорит 2-3, магнетит 1-2, амакенит 1-2, амфибол 1,5-2, кальцит 0,5-1, рентгеноаморфная фаза 9-12 (пат. РФ №2243252, МПК C10M 125/00, C10M 125/02, опубл. 27.12.2004). Предлагаемый состав добавляется в пластичную смазку в количестве 0,5-1 мас.%.A known composition for increasing the anti-wear and antifriction properties of friction units containing a lubricant (one of which is proposed Litol-24 grease) and a crushed natural mineral with a dispersion of not more than 10 μm, containing, wt.%: Serpentine 78-85, chlorite 2- 3, magnetite 1-2, amakenite 1-2, amphibole 1.5-2, calcite 0.5-1, X-ray amorphous phase 9-12 (US Pat. RF No. 2243252, IPC C10M 125/00, C10M 125/02, publ. 12/27/2004). The proposed composition is added to the grease in an amount of 0.5-1 wt.%.

Недостатком данного решения является наличие большого количества компонентов, входящих в противоизносный антифрикционный состав, и длительная механоактивация для получения наноразмерных частиц состава.The disadvantage of this solution is the presence of a large number of components included in the antiwear antifriction composition, and prolonged mechanical activation to obtain nanosized particles of the composition.

Известен состав консистентной смазки (заявка ЕПВ №1498472, МПК С10М 169/06, опубл. 19.01.2005), содержащей базовую смазку на основе поли-альфа-олефиновой или дифенилэфирной синтетической смазки и диуренового загустителя, в которую добавляют дитиокарбамат висмута. Такая смазка сохраняет вязкость при работе в жестких условиях работы подшипников, таких как высокие скорости вращения, создающие большие давления на поверхность качения подшипников, и повышенные температуры. Добавление дитиокарбамата висмута позволяет увеличить устойчивость к высоким температурам. Однако такая смазка имеет сложную технологию изготовления, является дорогостоящей и недостаточно доступной для российской промышленности.The known composition of the grease (application EPO No. 1498472, IPC C10M 169/06, publ. 01/19/2005) containing a base lubricant based on poly-alpha-olefin or diphenylether synthetic lubricant and diuren thickener, to which bismuth dithiocarbamate is added. Such a lubricant retains viscosity during operation under harsh operating conditions of bearings, such as high speeds of rotation, creating high pressure on the rolling surface of bearings, and elevated temperatures. Adding bismuth dithiocarbamate allows you to increase resistance to high temperatures. However, such a lubricant has a complex manufacturing technology, is expensive and not sufficiently accessible for Russian industry.

Известно использование пластичной антифрикционной смазки, содержащей Литол-24, ультрадисперсный алмазографитовый порошок (УДП-АГ) 2-5%, высокодиспресную соль металла 2-15% (пат. РФ №2163921, МПК С10М 125/00, С10М 125/02, опубл. 10.03.2001). Соотношение компонентов в УДП-АГ может составлять от 2 до 50% алмаза и от 50 до 98% графита. В качестве высокодисперсной соли металла были использованы соли из группы: сульфаты олова, меди, бария или свинца, а также сульфид бария. В процессе приготовления смазки предлагается УДП-АГ вместе с солью металла диспергировать в промежуточной дисперсионной среде (бензин, ацетон и др.) 15 мин, затем растворитель выпарить. Смазка обладает высокими антифтрикционными свойствами за счет того, что соль металла заполняет макротрещины, а твердые частицы алмаза и мягкие частицы графита заполняют микротрещины и неровности, уплотняя поверхностный слой и масляную пленку.It is known to use a plastic antifriction grease containing Litol-24, ultrafine diamond-graphite powder (UDP-AG) 2-5%, highly dispersed metal salt 2-15% (US Pat. RF No. 2163921, IPC С10М 125/00, С10М 125/02, publ. 10.03.2001). The ratio of components in UDP-AG can be from 2 to 50% diamond and from 50 to 98% graphite. As a finely dispersed metal salt, salts were used from the group: tin, copper, barium or lead sulfates, as well as barium sulfide. During the preparation of the lubricant, it is proposed that UDP-AG together with the metal salt be dispersed in an intermediate dispersion medium (gasoline, acetone, etc.) for 15 minutes, then the solvent is evaporated. The lubricant has high antifriction properties due to the fact that the metal salt fills macrocracks, and solid diamond particles and soft graphite particles fill microcracks and irregularities, sealing the surface layer and the oil film.

Однако процесс приготовления данной смазки усложнен, т.к. выполняется в несколько стадий, недостатком смазки является использование вредных растворителей (бензин, ацетон, и т.д.) дисперсионной среды, которые затем выпариваются.However, the preparation of this lubricant is complicated, because performed in several stages, the disadvantage of lubrication is the use of harmful solvents (gasoline, acetone, etc.) of the dispersion medium, which are then evaporated.

Известна смазочная композиция для подшипников качения (пат. Украина №48457, МПК С10М 125/02, опубл. 15.08.2002, примеры композиций 13-15, табл.5), содержащая базовую смазку Литол-24 и нанодисперсные частицы алмаза в количестве 3-6 мас.% от массы композиции. Согласно украинскому патенту, частицы характеризуются тем, что 10-40% из них имеют положительный заряд поверхности, а 60-90% частиц - отрицательный заряд. Варьируя число частиц с положительным и отрицательным зарядами в определенных пределах, получают стойкие коллоидные суспензии, повышающие антифрикционные и противоизносные характеристики.Known lubricating composition for rolling bearings (US Pat. Ukraine No. 48457, IPC C10M 125/02, publ. 08/15/2002, examples of compositions 13-15, table 5), containing the base lubricant Litol-24 and nanodispersed diamond particles in an amount of 3- 6 wt.% By weight of the composition. According to the Ukrainian patent, particles are characterized in that 10-40% of them have a positive surface charge, and 60-90% of particles have a negative charge. By varying the number of particles with positive and negative charges within certain limits, stable colloidal suspensions are obtained that increase anti-friction and anti-wear characteristics.

Однако такие условия пригодны для изготовления смазок из масел с наночастицами алмаза, а в вязких композициях типа Литол-24 эти условия не выполняются ввиду того, что в них затруднен процесс седиментации даже крупных частиц. В этой связи процесс предварительной электрофоретической обработки с целью придания части частиц порошка положительного заряда и последующее выравнивание соотношений положительно и отрицательно заряженных частиц в готовой композиции лишь усложняет технологию приготовления композиции. Недостатком данной композиции является также использование большого количества порошка нанодисперсного алмаза - 3-6 мас.% (на два порядка выше, чем в композиции, предлагаемой в изобретении), что существенно удорожает получаемую композицию.However, such conditions are suitable for the manufacture of lubricants from oils with diamond nanoparticles, and in viscous compositions such as Litol-24, these conditions are not satisfied because the sedimentation process of even large particles is difficult in them. In this regard, the process of preliminary electrophoretic processing in order to give a part of the powder particles a positive charge and the subsequent equalization of the ratios of positive and negative charged particles in the finished composition only complicates the technology for preparing the composition. The disadvantage of this composition is the use of a large amount of nanodispersed diamond powder - 3-6 wt.% (Two orders of magnitude higher than in the composition proposed in the invention), which significantly increases the cost of the resulting composition.

Композиция имеет довольно крупный размер частиц, о чем можно судить по размеру фильтра - 5 мкм, через который они фильтровались и затем диспергировались в воде УЗ-диспергатором. Размер частиц влияет на равномерность распределения в композиции и соответственно на качество поверхности в узлах трения, в которых она вводится.The composition has a rather large particle size, which can be judged by the size of the filter - 5 μm, through which they were filtered and then dispersed in water with an ultrasonic dispersant. Particle size affects the uniformity of distribution in the composition and, accordingly, the quality of the surface in the friction nodes in which it is introduced.

Известна смазочная композиция (WO 91/04311, С10М 125/02, С10М 20/06, C10N 30/06, опубл. 04.04.1991) с твердым модификатором трения, используемая в качестве смазки для подшипников скольжения, направляющих, ползунов и других механизмов с трущимися поверхностями, требующими использования масляной основы.Known lubricating composition (WO 91/04311, C10M 125/02, C10M 20/06, C10N 30/06, publ. 04.04.1991) with a solid friction modifier used as lubricant for sliding bearings, guides, sliders and other mechanisms with rubbing surfaces requiring the use of an oil base.

Смазочная композиция содержит масляную основу, в качестве которой могут быть использованы минеральные или синтетические масла или смазывающие жидкости. В качестве твердого модификатора трения используют кластерный углерод, представляющий собой смесь необразивного алмаза и графита с размером кластеров 1-10 нм. Соотношение компонентов смазочной композиции составляет, мас.%: - кластерный углерод 0,01-1,0; - масляная основа- 100.The lubricating composition contains an oil base, which can be used mineral or synthetic oils or lubricating fluids. As a solid friction modifier, cluster carbon is used, which is a mixture of non-uniform diamond and graphite with a cluster size of 1-10 nm. The ratio of the components of the lubricating composition is, wt.%: - cluster carbon 0.01 to 1.0; - oil base - 100.

Недостатком данной композиции является использование жидкой масляной основы, которая не применима для подшипников качения общего назначения. Суть смазывания пластичными смазками в качестве основы, предназначенными для подшипников качения, заключается в том, что благодаря своей структуре они обладают прекрасными адгезионными свойствами и, постепенно расходуясь на смазывание, длительное время удерживаются в узлах трения, в то время как жидкие масла не способны удерживаться и вытекают, а так же требуется периодическая замена смазки (Лиханов В.А. и др. Пластичные смазки: Учебное пособие. - Киров: Вятская ГСХА, 2006. - 68 с.). Кроме того, используемые алмазно-углеродные кластеры содержат значительное количество углеродной фазы, т.е. несгораемых примесей, (от 1,0 до 98 мас.% при предпочтительном содержании 20-50 мас.%), которая в смазках для подшипников качения является практически загрязняющим инородным включением. Даже в случае наименьшей концентрации графита в составе смазки (1,0 мас.%) порошок алмаза остается графитизированным. Частицы алмаза в нем неочищенные и со временем их поверхность еще больше графитизируется (В.Ю.Долматов. Успехи химии. Т.76. №4. С.385), теряя поверхностную активность наноалмаза. Такая шихта при использовании в смазке значительно сокращает срок ее службы в узлах трения подшипников качения, по сравнению с использованием очищенных наноалмазов.The disadvantage of this composition is the use of a liquid oil base, which is not applicable for General purpose rolling bearings. The essence of lubrication with greases as a base, designed for rolling bearings, is that, due to their structure, they have excellent adhesion properties and, gradually spending on lubrication, are held in friction units for a long time, while liquid oils are not able to hold and flow out, and also requires a periodic change of lubricant (Likhanov V.A. et al. Greases: Textbook. - Kirov: Vyatka State Agricultural Academy, 2006. - 68 p.). In addition, the used diamond-carbon clusters contain a significant amount of the carbon phase, i.e. non-combustible impurities, (from 1.0 to 98 wt.% with a preferred content of 20-50 wt.%), which in lubricants for rolling bearings is almost a polluting foreign inclusion. Even in the case of the lowest concentration of graphite in the composition of the lubricant (1.0 wt.%), Diamond powder remains graphitized. The diamond particles in it are unrefined and, over time, their surface is even more graphitized (V.Yu. Dolmatov. Advances in chemistry. T.76. No. 4. P.385), losing the surface activity of the nanodiamond. Such a charge, when used in a lubricant, significantly reduces its service life in the friction units of rolling bearings, in comparison with the use of refined nanodiamonds.

Наиболее близкой к предлагаемой по составу и сферам применения является пластичная смазка для роликоподшипников (в том числе для подшипников качения) (патент US 5840666, F16C 33/66, С10М 169/00, 06, опубл. 24.11.1998), в которой смазочная композиция содержит базовое масло, загуститель из группы, включающей металлическое (в т.ч. литиевое) мыло, и неорганический наполнитель из группы, включающей алмаз.Closest to the proposed composition and applications is grease for roller bearings (including for rolling bearings) (patent US 5840666, F16C 33/66, C10M 169/00, 06, publ. 24.11.1998), in which the lubricating composition contains base oil, a thickener from the group comprising metallic (including lithium) soap, and an inorganic filler from the group comprising diamond.

По первому варианту смазочной композиции, принятому за базу для сравнения, неорганический наполнитель, который может быть любым порошком, усиливающим коллоидную структуру смазки (оксиды, нитриты и карбиды металлов, глинистые минералы и алмаз), используется в количестве 0,05-15 мас.%. Если содержание неорганического наполнителя менее 0,05 мас.%, его усиливающий эффект недостаточен и не влияет на качество смазки. При превышении 15 мас.% неорганический наполнитель ухудшает акустические свойства и ускоряет износ поверхностей трения подшипника. Для обеспечения усиливающего эффекта на смазку без отрицательного воздействия на срок ее службы в подшипниках предпочтительно содержание неорганического наполнителя 0,1-10% по массе композиции (строки 20-30, колонка 4 описания патента). Второй вариант смазки с уреновыми загустителями в составе не имеет общих признаков с заявляемым решением. Основными недостатками пластичной смазки по прототипу являются:According to the first version of the lubricant composition, taken as the basis for comparison, an inorganic filler, which can be any powder that enhances the colloidal structure of the lubricant (metal oxides, nitrites and carbides, clay minerals and diamond), is used in an amount of 0.05-15 wt.% . If the content of the inorganic filler is less than 0.05 wt.%, Its reinforcing effect is insufficient and does not affect the quality of the lubricant. When exceeding 15 wt.% Inorganic filler degrades the acoustic properties and accelerates the wear of the friction surfaces of the bearing. In order to provide a reinforcing effect on the lubricant without adversely affecting its service life in bearings, an inorganic filler content of 0.1-10% by weight of the composition is preferred (lines 20-30, column 4 of the patent description). The second version of the lubricant with urea thickeners in the composition does not have common signs with the claimed solution. The main disadvantages of the grease prototype are:

- недостаточно большой срок службы смазки, за который принят срок работы подшипников до заклинивания (nonseizurelife, например колонка 8, строки 55-60), составляющий ≥1000 часов при стендовых испытаниях;- insufficient lubricant service life, for which the bearing life before seizing is assumed (nonseizurelife, for example column 8, lines 55-60), amounting to ≥1000 hours during bench tests;

- использование повышенного количества неорганического наполнителя, более 0,05% по массе смазочной композиции;- the use of an increased amount of inorganic filler, more than 0.05% by weight of the lubricating composition;

- использование более крупных частиц неорганического наполнителя со средним размером 10-200 нм (таблица 3 и все примеры описания) может приводить к ускорению износа дорожек качения подшипников, что также влияет на срок службы подшипников;- the use of larger particles of inorganic filler with an average size of 10-200 nm (table 3 and all examples of description) can lead to accelerated wear of the raceways of the bearings, which also affects the service life of the bearings;

- отсутствие характеристики используемого алмаза и примеров с его применением, что затрудняет сравнение характеристик смазок приведенных в таблицах, с заявляемой смазкой;- the lack of characteristics of the diamond used and examples with its use, which makes it difficult to compare the characteristics of the lubricants given in the tables with the claimed lubricant;

- усложненная технология приготовления пластичной смазки, включающая подготовку базовой пластичной основы реакцией загустителя в базовом масле, введение всех необходимых добавок, и необходимость предварительной подготовки поверхности неорганических наполнителей перед введением в состав смазки. При этом может применяться тепловое воздействие.- a sophisticated technology for the preparation of grease, including the preparation of a base plastic base by the reaction of a thickener in a base oil, the introduction of all necessary additives, and the need for preliminary surface preparation of inorganic fillers before introducing the grease. In this case, heat exposure may be used.

Таким образом, техническим результатом предлагаемого изобретения является создание пластичной смазки для подшипников качения с использованием загустителя - литиевого мыла и неорганического наполнителя - алмаза, имеющей многократно увеличенный срок службы при меньших количествах используемого порошка алмаза, а также упрощение технологии подготовки смазки.Thus, the technical result of the invention is the creation of a grease for rolling bearings using a thickener - lithium soap and an inorganic filler - diamond, which has a significantly longer service life with smaller amounts of diamond powder used, as well as simplifying the technology for preparing the lubricant.

Поставленная задача решается за счет того, что пластичная смазка для подшипников качения содержит пластичную основу - смазку Литол-24 и присадку в виде порошка наноалмаза детонационного синтеза, очищенного до содержания несгораемых примесей менее 0,1% от массы наноалмаза, с размером частиц не более 5 нм при следующем соотношении компонентов, мас.%:The problem is solved due to the fact that the grease for rolling bearings contains a plastic base - Litol-24 grease and an additive in the form of detonation synthesis nanodiamond powder, purified to a content of non-combustible impurities of less than 0.1% by weight of nanodiamonds, with a particle size of not more than 5 nm in the following ratio of components, wt.%:

наноалмаз детонационного синтезаdetonation synthesis nanodiamond 0,01-0,050.01-0.05 смазка литол-24grease lithol-24 остальное до 100.the rest is up to 100.

Пластичную смазку для подшипников качения готовят простым перемешиванием двух коммерчески готовых компонентов: смазки Литол-24 и порошка наноалмаза до гомогенного состояния.Grease for rolling bearings is prepared by simply mixing two commercially available components: Litol-24 grease and nanodiamond powder to a homogeneous state.

Известно, что наноалмазы, благодаря своим разнообразным и необычным свойствам, которые обусловлены нанометровым масштабом их структурных элементов, нашли широкое применение в создании новых материалов и технологий для практического использования в биологии, медицине и промышленности.It is known that nanodiamonds, due to their diverse and unusual properties, which are caused by the nanometer scale of their structural elements, are widely used in the creation of new materials and technologies for practical use in biology, medicine, and industry.

Основой предлагаемого изобретения является получений композиционного материала - пластичной смазки для подшипников качения с использованием порошка наноалмаза детонационного синтеза, свойства частиц которого позволяют при минимальной их концентрации в смазке (менее 0,05 мас.%) достичь увеличения срока службы смазки в несколько раз. Эти свойства частиц наноалмаза получены за счет глубокой химической очистки алмазо-графитовой шихты детонационного синтеза до получения основной фракции порошка наноалмаза с размером частиц 3-5 нм с выходом до 60% (патент РФ 2081821 С01В 31/06, 20.06.1997). По данным рентгенофазового анализа, количество несгораемых примесей в выделенной алмазной фракции составляет менее 0,1%. Также установлено, что полученные порошки наноалмаза сохраняют в течение длительного периода (более 15 лет) неизменными свои физико-химические свойства, в то время как порошки наноалмаза, очищенные по другим технологиям, начинают графитизироваться намного раньше и теряют свои ценные свойства (В.Ю.Долматов. Успехи химии. Т.76. №4. С.385).The basis of the invention is the production of a composite material - a grease for rolling bearings using detonation synthesis nanodiamond powder, the properties of the particles of which make it possible to achieve a several-fold increase in the life of the lubricant at their minimum concentration in the lubricant (less than 0.05 wt.%). These properties of nanodiamond particles were obtained due to deep chemical purification of detonation synthesis diamond-graphite mixture to obtain the main fraction of nanodiamond powder with a particle size of 3-5 nm with a yield of up to 60% (RF patent 2081821 С01В 31/06, 06/20/1997). According to x-ray phase analysis, the amount of non-combustible impurities in the selected diamond fraction is less than 0.1%. It was also established that the obtained nanodiamond powders retain their physicochemical properties for a long period (more than 15 years), while the nanodiamond powders purified by other technologies begin to graphitize much earlier and lose their valuable properties (V.Yu. Dolmatov, Advances in Chemistry, Vol. 76. No. 4. P.385).

Экспериментально установлено, что стабилизация поверхности полученного нами наноалмаза, его коллоидная устойчивость, электрокинетические, ионообменные и сорбционные свойства определяются, главным образом, наличием и количеством поверхностных функциональных групп (Еременко А.Н. и др. Журнал прикладной химии. 2004. Т.77. Вып.12, С.194-197). Установлено, что стабильность поверхности наночастиц алмаза в течение длительного времени обусловлена полным покрытием частиц кислородсодержащими функциональными группами. Поверхностные функциональные группы существенно повышают гидрофобные свойства наночастиц алмаза, что приводит к улучшению взаимодействия с компонентами композиционного материала (смазки) и предохраняет поверхность наночастиц алмаза от графитизации. В результате наноалмаз длительно и надежно сохраняет повышенную коллоидную устойчивость смазки и увеличивает срок ее службы, который, по данным стендовых испытаний, увеличивается более чем в 2 раза (таблица), по сравнению с данными, приведенными в патенте US 5840666.It was experimentally established that the stabilization of the surface of the nanodiamond obtained by us, its colloidal stability, electrokinetic, ion-exchange, and sorption properties are determined mainly by the presence and quantity of surface functional groups (A. Eremenko et al. Journal of Applied Chemistry. 2004. V.77. Issue 12, S.194-197). It has been established that the surface stability of diamond nanoparticles for a long time is due to the complete coating of particles with oxygen-containing functional groups. Surface functional groups significantly increase the hydrophobic properties of diamond nanoparticles, which leads to improved interaction with the components of the composite material (lubricant) and protects the surface of diamond nanoparticles from graphitization. As a result, the nanodiamond retains the colloidal stability of the lubricant for a long time and reliably and increases its service life, which, according to bench tests, increases by more than 2 times (table), compared with the data given in US patent 5840666.

Номинальный срок службы подшипников (L, ч), приведенный в таблице, был рассчитан по стандартной методике с режимами, аналогичными приведенным в прототипе.The nominal bearing life (L, h) shown in the table was calculated according to the standard method with modes similar to those given in the prototype.

Порошок наноалмаза, полученный из алмазо-углеродной шихты методом детонационного синтеза и глубокой химической очистки (пат. РФ 2081821) является готовым продуктом, не требующим технологической обработки. Он имеет наименьшее количество несгораемых примесей (менее 0,1%), которые являются практически загрязнителями смазки. Частицы наноалмаза размером 3-5 нм равномерно распределяются в объеме пластичной смазки Литол-24 и при введении в подшипники качения проникают во все микродефекты поверхности (поры, микротрещины, царапины). В результате создается ровная антифрикционная поверхность качения подшипников. При этом для достижения такого эффекта достаточно небольшого количества порошка наноалмаза (0,01-0,05% от массы смазки), что объясняется наибольшей каталитической активностью поверхности наночастиц указанных размеров. Добавление наноалмаза размером частиц 3-5 нм в базовую смазку Литол-24 в концентрациях около 0,01-0,05 мас.% более чем в 3 раза уменьшает шероховатость и количество дефектов дорожек качения, вследствие чего срок службы подшипников качения возрастает более чем в два раза (таблица), по сравнению с использованием только Литол-24.Nanodiamond powder obtained from a diamond-carbon mixture by the method of detonation synthesis and deep chemical cleaning (US Pat. RF 2081821) is a finished product that does not require processing. It has the least amount of non-combustible impurities (less than 0.1%), which are practically pollutants of the lubricant. Particles of nanodiamonds with a size of 3-5 nm are evenly distributed in the volume of Litol-24 grease and, when introduced into rolling bearings, penetrate all surface microdefects (pores, microcracks, scratches). The result is a smooth anti-friction surface for rolling bearings. Moreover, to achieve this effect, a small amount of nanodiamond powder is sufficient (0.01-0.05% by weight of the lubricant), which is explained by the highest catalytic activity of the surface of nanoparticles of the indicated sizes. Adding nanodiamonds with a particle size of 3-5 nm to the Litol-24 base lubricant in concentrations of about 0.01-0.05 wt.% More than 3 times reduces the roughness and the number of defects in the raceways, as a result of which the service life of the rolling bearings increases by more than two times (table), compared to using only Litol-24.

Как видно из таблицы, увеличение концентрации порошка наноалмаза свыше 0,05% приводит к увеличению значения шероховатости и количества дефектов на дорожках качения и, следовательно, ухудшению качества смазки.As can be seen from the table, an increase in the concentration of nanodiamond powder over 0.05% leads to an increase in the roughness and the number of defects on the raceways and, consequently, to a deterioration in the quality of the lubricant.

Процесс приготовления смазки заключается в механическом диспергировании наноалмаза в пластичной смазке Литол-24.The lubricant preparation process consists in the mechanical dispersion of nanodiamonds in Litol-24 grease.

Полученной смазкой заполнялись подшипники качения 6205-2RS (ГОСТ 21150-87), которые устанавливались в специальную машину для испытания подшипников качения на долговечность (ЦКБ-72).The obtained grease was used to fill the rolling bearings 6205-2RS (GOST 21150-87), which were installed in a special machine for testing the rolling bearings for durability (TsKB-72).

Испытания подшипников проводились в течение 4,5 часов с частотой вращения 8925 об/мин и радиальной нагрузкой 10290 Н, что соответствует 75% от максимально допустимой динамической грузоподъемности подшипников качения заданного типа.The bearings were tested for 4.5 hours with a rotational speed of 8925 rpm and a radial load of 10290 N, which corresponds to 75% of the maximum allowable dynamic load capacity of rolling bearings of a given type.

После испытания проводилась оценка шероховатости дорожек качения подшипников (Ra, мкм) на профилографе-профилометре «Talysurf -5М» (фирма «RankTAYLORHOBSON», Великобритания). Необходимость измерения этих параметров обусловлена тем, что они лежат в основе современных методик расчета ряда эксплуатационных свойств деталей машин, таких как контактная жесткость, сопротивление усталости, герметичность соединений, прочность посадок, износостойкость и др.After the test, the roughness of the bearing raceways (Ra, μm) was evaluated on a Talysurf-5M profilograph-profilometer (RankTAYLORHOBSON, UK). The need to measure these parameters is due to the fact that they form the basis of modern methods for calculating a number of operational properties of machine parts, such as contact stiffness, fatigue resistance, tight joints, landing strength, wear resistance, etc.

Качественная и количественная оценка металлографических параметров проводилась на растровом сканирующем электронном микроскопе JEOLJSM 6390 LA (Япония). При увеличении дорожек качения в 100 раз подсчитывалось количество видимых дефектов (V, шт.) на определенном участке. Под видимыми дефектами понимались глубокие борозды, оставленные телами качения на поверхности дорожек качения подшипников.Qualitative and quantitative assessment of metallographic parameters was carried out using a scanning electron microscope JEOLJSM 6390 LA (Japan). With an increase in the raceways by a factor of 100, the number of visible defects (V, units) was calculated in a certain area. Visible defects were understood as deep grooves left by rolling elements on the surface of bearing raceways.

Участок, на котором измерялось количество дефектов, имеет размеры 1×1 мм.The area in which the number of defects was measured has dimensions of 1 × 1 mm.

Для экспериментальной проверки заявленной смазки были приготовлены четыре состава смазок, приведенных в таблице.For experimental verification of the claimed lubricant were prepared four of the lubricants listed in the table.

Результаты, приведенные в таблице, позволяют заключить, что концентрация наноалмазов в значительной степени влияет на качество поверхности дорожек качения подшипников, причем с уменьшением концентрации наноалмазов в базовой смазке качество поверхности улучшается, а при концентрациях наноалмазов больше 0,05% мас. количество дефектов больше, чем при использовании только базовой смазки. Это означает, что наноалмазы при концентрациях выше 0,05% частично выполняют роль абразивных примесей и наносят повреждения поверхности дорожки качения подшипника.The results presented in the table allow us to conclude that the concentration of nanodiamonds significantly affects the surface quality of the raceways of bearings, and with a decrease in the concentration of nanodiamonds in the base lubricant, the surface quality improves, and at concentrations of nanodiamonds greater than 0.05% wt. the number of defects is greater than when using only base grease. This means that nanodiamonds at concentrations above 0.05% partially play the role of abrasive impurities and cause damage to the surface of the bearing raceway.

При концентрациях наноалмазов в смазке менее 0,05% мас. шероховатость и количество дефектов значительно ниже, чем при использовании чистой смазки. Это обуславливает более продолжительный срок службы подшипника, так как чем выше качество поверхности дорожек качения, по которым происходит основной контакт и движение в подшипнике качения, тем более большую контактную долговечность имеет сам подшипник. Результаты исследования показали, что при уменьшении концентрации с 0,1% до 0,01% шероховатость уменьшается в среднем на 30%, а количество дефектов - 40%.At concentrations of nanodiamonds in the lubricant less than 0.05% wt. the roughness and number of defects are much lower than when using pure lubricant. This leads to a longer bearing life, since the higher the surface quality of the raceways along which the main contact and movement in the rolling bearing occurs, the more contact durability the bearing itself has. The results of the study showed that with a decrease in concentration from 0.1% to 0.01%, the roughness decreases on average by 30%, and the number of defects - 40%.

Таким образом, простое добавление порошка наноалмазов в базовую смазку Литол-24 в оптимальных концентрациях 0,01-0,05 мас.% значительно упрощает технологию изготовления и многократно улучшает свойства смазки. Добавление порошка в больших концентрациях не ведет к улучшению качества подшипников. А добавление свыше 0,1 мас.% порошка существенно ухудшает качество поверхности качения подшипников и удорожает полученную смазку.Thus, the simple addition of nanodiamonds powder to the Litol-24 base lubricant at optimal concentrations of 0.01-0.05 wt.% Greatly simplifies the manufacturing technology and greatly improves the properties of the lubricant. The addition of powder in high concentrations does not improve the quality of the bearings. And the addition of more than 0.1 wt.% Powder significantly affects the quality of the rolling surface of the bearings and increases the cost of the resulting lubricant.

Средние значении шероховатости (Ra, мкм), количество дефектов (V, шт.), дорожек качения подшипников и номинальный срок службы (L, час)Average roughness values (Ra, microns), number of defects (V, pcs.), Raceways of bearings and nominal service life (L, hour)

№ опытаExperience number Вид смазкиType of grease Ra, мкмRa, μm V, шт.V, pcs. ≥L, ч≥L h 1one Литол 24Litol 24 0,09170.0917 99 10001000 22 Литол 24+0,5% мас. наноалмазовLitol 24 + 0.5% wt. nanodiamonds 0,05830,0583 15fifteen 13601360 33 Литол 24+0,1% мас. наноалмазовLitol 24 + 0.1% wt. nanodiamonds 0,04870,0487 11eleven 15001500 4four Литол 24+0,05% мас. наноалмазовLitol 24 + 0.05% wt. nanodiamonds 0,03870,0387 4four 19001900 55 Литол 24+0,01% мас. наноалмазовLitol 24 + 0.01% wt. nanodiamonds 0,02930,0293 33 22002200

Claims (1)

Пластичная смазка для подшипников качения, содержащая пластичную основу - смазку Литол-24 и присадку в виде порошка наноалмаза детонационного синтеза, очищенного до содержания несгораемых примесей менее 0,1% от массы наноалмаза, с размером частиц не более 5 нм при следующем соотношении компонентов, мас.%:
наноалмаз детонационного синтеза 0,01-0,05 смазка Литол-24 остальное до 100 A plastic grease for rolling bearings containing a plastic base - Litol-24 grease and an additive in the form of detonation synthesis nanodiamond powder, purified to a content of non-combustible impurities of less than 0.1% by weight of nanodiamond, with a particle size of not more than 5 nm in the following ratio of components, wt .%:
detonation synthesis nanodiamond 0.01-0.05 Litol-24 greasing the rest is up to 100