Повышение ресурса машин

> Проекты > Повышение ресурса машин

 

Название проекта. «Улучшение экологической обстановки города за счет снижения выбросов отработавших газов двигателей внутреннего сгорания»
 
Отрасль. Автомобильный транспорт
 
1.   Актуальность
В настоящее время в г. Санкт-Петербурге, Москве и др. экологическая обстановка непрерывно ухудшается в связи с непрерывными ростом числа автомобильного транспорта. Двигатель внутреннего сгорания  – это химический реактор, выбрасывающий в атмосферу вместе с отработанными газами и испарениями ГСМ ядовитые вещества СО, СН, NOx, бензопирен. Известно, что бензопирен в 106 раз ядовитее СО. 
Уже сегодня в г. Санкт-Петербурге в связи с такой экологической обстановкой:
- смертность от сердечно-сосудистых заболеваний у населения превысила 40% и эта тенденция растет;
- работоспособность активного населения снижается.
Причинами повышенных выбросов вредных веществ является:
- несоблюдение правил изготовления, транспортировки и хранения топлив;
- загрязнения топливной системы смолистыми веществами;
- закоксовывание поверхностей в камере сгорания;
- преждевременный износ пар трения.
В качестве устранения этих недостатков была разработана и запатентована минерально-каталитическая системы марки «Ормекс» для активации и повышения свойств применяемых топлив, масел и смазок.
 
2.   Сущность разработки
МКС «ОРМЕКС» представляет собой комплексную систему, обеспечивающую подготовку топливовоздушной смеси к сжиганию, защиту пар трения от износа, очистку систем: топливной, смазочной и охлаждения от загрязнений, закоксовываний и локообразований.
При разработке МКС «ОРМЕКС» учитывались следующие нерешенные в настоящее время вопросы:
В качестве наиболее эффективных препаратов способными снижать выбросы отработавших газов является Минерально-каталитическая система «ОРМЕКС», разработанная на основе  патентов    № 2290429; № 2286400
 
3.   Новизна
Впервые использован для активации углеводородных масел и смазок эффект смещения энергетического колебательного контура электронных и барионных зарядов в сторону перетекания энергии барионных зарядов в энергию зарядов (фазовый переход сильного взаимодействия в электромагнитное). (В работах Герловина И. Л. этот эффект назван «активация вакуумного конденсата», а частицы - «крезоны») [«Основы единой теории всех взаимодействий в веществе», Л. 1990 г. стр. 394 – 402.]
Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в других областях, в
которых необходимо создать защитные покрытия, например в машинах и механизмах различного назначения.
Предложен   способ   получения   вещества для защитного покрытия, включающий получение смеси компонентов (серпентинит, сиенитовый концентрат, сфеновый концентрат, колумбит, редкоземельные компоненты - лантан, церий и неодим, галогениды цезия и рубидия, осмистый иридий, этилен-диамин- тетрауксусной кислоты-динатриеаой-соли- ди гидрат),         формирование       в смеси
поликристаллических комплексов, содержащих обращенные мицеллярные каталитические системы, путем гидротермального синтеза в автоклаве при воздействии температуры и давления.   Предложен   также способ   создания защитного покрытия на поверхности, включающий нанесение вещества для защитного покрытия на поверхность, полученного указанным выше способом.
Изобретение позволяет создать защитное покрытие, обеспечивающее антикоррозионность, антипригарность, антифрикционность (фрикционность), а также компенсацию износа и восстановление первоначальной геометрической формы контактирующих поверхностей, в том числе режущих кромок инструментов.
Изобретение может быть использовано также в двигателях внутреннего сгорания (ДВС) для увеличения их ресурса, уменьшения токсичности выхлопных газов и уменьшения расхода горюче-смазочных материалов (ГСМ).
Поставленная задача  решена благодаря:
 Во-первых, оптимальному набору входящих компонентов состоящих из смеси крупностью не более 1 мм, мас.%:
серпентинит                                                                                        20-30
сиенитовый концентрат                                                                   20-30
сфеновый концентрат                                                                         20-30
колумбит                                                                                            1-15
редкоземельные компоненты - лантан
церий и неодим в равных количествах                                              1-15
щелочные компоненты - галогениды
цезия и рубидия в равных количествах                                          0,1-0,5
осмистый  иридий                                                                                    0,001-0,003
этилен-диамин-тетрауксусной-
кислоты-динатриевой-соли-дигидрат {ЭДТУК-ДСГ)                                  15-20
 
Во-вторых,  в смеси формируют поликристаллические комплексы, содержащие обращенные мицеллярные каталитические системы, путем гидротермального синтеза в течение 10-24 часов в автоклаве при воздействии температуры в пределах 200-350 °С и давления в пределах 150-250 кг/см2, затем из отстоя полученного раствора сепарируют коллоид с частицами и обезвоживают его сушкой при температуре не более 120°С.
Для многофункционального применения коллоид смешивают с органическим связующим (фторкаучуком), растворенным в одном из кетонов (ацетоне),  до получения массы, которую затем формуют – в виде распыляемого состава, стержней или вводят в масло, загущенное наполнителем (полипропиленом) - до получения смазки.
Сущность предлагаемого способа состоит в том, что для создания высококачественного покрытия наносить на поверхность необходимо не дискретную смесь компонентов, а созданное из смеси специального состава путем гидротермального синтеза единое поликристаллическое вещество, содержащее обращенные мицеллярные каталитические системы (ОМКС), каждая мельчайшая частица которого обладает свойствами всей смеси. Такое вещество после нанесения на поверхность нет необходимости прикатывать, так как оно уже сформировано в виде поликристаллических комплексов и наделено всеми необходимыми, в том числе и каталитическими, свойствами для создания защитного покрытия.
В соответствии с предлагаемым способом компоненты для смеси подбирают по «совместимости», при которой их свойства взаимно дополняются, а отрицательные (нежелательные) эффекты сводятся к минимуму. В результате создается синергический (синергизм) эффект, в соответствии с которым результат от совместного использования компонентов во много раз превосходит сумму результатов, создаваемых каждым компонентом в отдельности.
В соответствии с предлагаемым способом смесь для получения вещества для защитного покрытия содержит следующие компоненты:
·         Серпентинит - является твердосмазочным материалом, с помощью которого совместно с поверхностно-активными веществами (ПАВ) из деструктируемого ЭДТУК-ДСГ создают комплексы, обеспечивающие формирование на контактируемой поверхности эпитаксиальной защитной пленки. Такая пленка хорошо смачивается углеводородами, что позволяет в парах трения уменьшить коэффициент трения и износ. Кроме того, при температуре выше 600°С, например, в камере сгорания двигателя, пленка превращается в пористое металлокерамическое покрытие, которое также уменьшает износ трущихся поверхностей.
         Содержание серпентинита в смеси составляет 20-30 мас.%.
· Сиенитовый и сфеновый концентраты. При гидротермальном синтезе совместно с остальными компонентами обеспечивают формирование комплексов крупностью до 0,5 мкм, растворяемых в воде. Кроме того, сфеновый концентрат содержит титан, обеспечивающий необходимое парциальное давление протонов в зоне синтеза.
Содержание сиенитового и сфенового концентратов в смеси составляет по 20-30 мас.% каждого.
· Колумбит. Содержит ниобий и тантал (Nb, Та), является катализатором, легирующим и формирующим твердые частицы, а также - необходимым минералом для получения синергического эффекта.
Содержание колумбита в смеси составляет 1-15 мас,%,
·         В качестве редкоземельных компонентов в предлагаемом способе применяют в равных количествах лантан, церий и неодим (La, Се, Nd), которые обеспечивают требуемое диспергирование и легирование поверхностных и подповерхностных слоев.
Редкоземельные компоненты в смеси составляют 1-15 мас.%.
· В качестве щелочных компонентов в предлагаемом способе применяют галогениды цезия и рубидия в равных количествах. Они обеспечивают формируемые комплексы низкотемпературной плазмой, а в покрытии - влияют на уменьшение коэффициента трения контактирующих поверхностей, так как цезий и рубидий (Cs, Rb) имеют в три раза меньший уровень активации, чем другие компоненты (0,5 В вместо 1,5 В),
Содержание щелочных компонентов в смеси составляет 0,1-0,5 мас.%.
·         Осмистый иридий (иридистый осмий). Содержится в минералах навьянскит (сысертскит) и влияет на формирование комплексов и повышение ресурса покрытия.
Содержание осмистого иридия в смеси составляет 0,001-0,003 мас.%.
·         ЭДТУК-ДСГ. Необходим для повышения эффективности образования комплексов из серпентинита, колумбита, сиенитового и сфенового концентратов, а также -для обеспечения синергического эффекта.
Содержание ЭДТУК-ДСГ в смеси составляет 15-20 мас.%.
Все компоненты смеси диспергируют до крупности не более 1 мм.
Для обеспечения требуемых свойств вещества компоненты должны иметь декларируемые выше соотношения, так как при уменьшении указанных значений мас.% снижается защита пар трения от износа, не обеспечивается необходимая концентрация активных центров, уменьшается степень активации протонов за счет уменьшения количества низкотемпературной плазмы, снижается синергический эффект и т.д.
При увеличении указанных значений мас.% необоснованно повышается цена, снижается защита пар трения от износа и уменьшается синергический эффект. Отсюда следует, что соотношения между компонентами подобраны оптимально.
Результатом целенаправленного подбора компонентов является то, что сформированные комплексы состоят из активных центров на основе:
-   щелочных и редкоземельных химических элементов - повышающих активируемость
углеводородсодержащих веществ при повышении их протонирования;
- титана, представляющего собой емкость для протонов – выполняющих роль «катализаторов», обеспечивающих разрушение углеродных связей;
-   колумбита, необходимого для создания синергического эффекта.
Для создания поликристаллических комплексов, смесь с указанным  выше составом и дисперсностью подвергают гидротермальному синтезу в автоклаве в течение 10-24 часов при воздействии температуры в пределах 200-350°С и давления в пределах 150-250 кг/см2. Затем из отстоя полученного раствора сепарируют коллоид с частицами и обезвоживают его сушкой при температуре не более 120°С. Обычно процесс прекращают при достижении частицами крупности не более 200 мкм  для того, чтобы в поликристаллических комплексах сформировались обращенные мицеллярные каталитические системы, содержащие гидроксильные группы и обладающие большой каталитической активностью.
Таким образом, в результате прохождения физико-химических реакций гидротермального синтеза в условиях, аналогичных созданию минералов в природе, удалось синтезировать вещество для защитного покрытия, в котором до нанесения на поверхность завершены все реакции соединения компонентов, в результате чего каждая мельчайшая частица вещества  - обладает всеми свойствами, необходимыми для создание покрытия.
Поликристаллическое вещество, полученное по предлагаемому способу, наделено мощными каталитическими свойствами. Их создают связанные с одной или несколькими молекулами воды обращенные мицеллы, у которых полярные концы молекул образуют поверхностный слой, обладающий повышенной каталитической активностью.
Существенным преимуществом вещества, полученного по предлагаемому способу, перед известными является то, что после нанесения его на поверхность отпадает необходимость прикатки, т.е. дополнительного воздействия температуры и давления, благодаря чему обеспечена воспроизводимость заданных свойств вещества и покрытия в различных условиях применения.
Вещество для защитного покрытия, которое по окончании гидротермального синтеза получают в виде коллоида с частицами, после сушки при температуре не более 120°С, применяют в зависимости от назначения в различном виде, например в виде эмульсии или в виде сухого состава, например порошка.
В соответствии с предлагаемым способом по окончании гидротермального синтеза и сушки коллоид с частицами крупностью более 1 мкм смешивают с органическим связующим. В качестве органического связующего могут быть применены различные вещества, например фторкаучук, растворенный в одном из кетонов, например в ацетоне. Полученную массу затем формуют в зависимости от назначения в виде различных геометрических тел, например шаров, цилиндров, а также стержней с сечением различной формы, в том числе карандашей.
Исполнение вещества для покрытия в виде стержня (карандаша) удобно для создания покрытия на открытых поверхностях, например, железнодорожных рельс или колес. При нанесении такого карандаша на участок поверхности, например рельса (колеса), происходит заполнение всех микротрещин и неровностей веществом для покрытия, полученным по предлагаемому способу, в результате чего на рельсе (колесе) создается защитное органо-металлокерамическое покрытие.
Коллоид с частицами крупностью не более 1 мкм смешивают с органическим связующим. В качестве органического связующего могут быть применены различные вещества, например фторкаучук, растворенный в одном из кетонов, например в ацетоне. В результате получают распыляемый состав, который с помощью пульверизатора наносят на поверхности, в том числе новых, изделий для создания защитных противоизносных покрытий.
В соответствии с предлагаемым способом коллоид вводят в масло, загущенное наполнителем, например полипропиленом, до получения смазки требуемой вязкости, в которой благодаря наличию активных центров значительно ослабляются углеродные связи, улучшаются основные свойства и увеличивается ресурс смазки.
При введении такой смазки в узел трения, например, в зубчатое зацепление или в подшипник, на контактирующих поверхностях образуется защитное антизадирное и износостойкое покрытие, в результате чего восстанавливается геометрия поверхностей, уменьшается коэффициент трения, температура и увеличивается ресурс узла трения.
Таким образом задача, поставленная при разработке способа получения вещества для защитного покрытия, решена полностью.
Впервые благодаря проведению, в соответствии с предлагаемым способом гидротермального синтеза смеси из синергически подобранных компонентов удалось создать поликристаллическое вещество, обладающее всеми необходимыми для защитного покрытия заранее заданными свойствами до нанесения на поверхность. В результате в различных условиях применения обеспечивается воспроизводимость свойств вещества, а покрытие приобретает необходимые свойства без прикатки.
Существенным преимуществом вещества для покрытия, полученного по предлагаемому способу, является то, что, благодаря формированию в веществе поликристаллических комплексов, содержащих ОМКС, его наносят не только на металлические поверхности, но и на поверхности из камня, дерева или резины. Во всех случаях применения в защитном покрытии сохраняются прочность, эластичность, износостойкость и другие свойства.
Задачей предлагаемого изобретения является разработка способа создания защитного покрытия на поверхности, при использовании которого не требуется прикатка и обеспечивается нанесение защитного покрытия в труднодоступных местах, например в топливной системе двигателя ДВС, включая камеру сгорания.
Поставленная задача в предлагаемом способе создания защитного покрытия на поверхности, включающем нанесение вещества для защитного покрытия на поверхность, решена, во-первых, благодаря тому, что используют вещество для защитного покрытия, полученное способом , в котором сформированы поликристаллические комплексы, содержащие обращенные мицеллярные каталитические системы (ОМКС).
Во-вторых, благодаря тому, что вещество для защитного покрытия наносят на поверхность с помощью связующего.
В-третьих, благодаря тому, что вещество для защитного покрытия наносят на поверхность, например, топливной системы двигателя, включая камеру сгорания, путем введения его в среду, контактирующую с поверхностью, например, в топливо.
Недостатки известных способов создания защитных покрытий обусловлены тем, что вещество для покрытия является дискретной смесью компонентов с непредсказуемыми реакциями соединения и свойствами, которые формируются приработкой (прикаткой) после нанесения вещества на поверхность. В результате создается покрытие, которое отслаивается, растрескивается и свойства которого не воспроизводятся в различных условиях применения.
Сущность предлагаемого способа состоит в том, что создать защитное покрытие с заданными свойствами можно только с помощью вещества, в котором все реакции соединения компонентов завершены и которое до нанесения на поверхность обладает всеми необходимыми, в том числе и каталитическими, свойствами для формирования покрытия.
В соответствии с предлагаемым способом для создания защитного покрытия используют вещество, полученное способом, в котором сформированы поликристаллические комплексы, содержащие ОМКС.
Каждая мельчайшая частица такого вещества - поликристаллический комплекс - сохраняет все заданные свойства не только при нанесении на поверхность, но и при эксплуатации. Результат нанесения такого поликристаллического вещества на различные поверхности, т.е. свойства покрытия, легко оценить, при необходимости - скорректировать количественный или качественный состав смеси, а также процесс получения вещества и обеспечить не только требуемые свойства защитного покрытия, но и воспроизводимость этих свойств в различных условиях эксплуатации.
Важным существенным преимуществом предлагаемого способа создания покрытия на поверхности перед известными является то, что в поликристаллическом веществе сформированы ОМКС, обладающие повышенной активностью и придающие покрытию каталитические свойства.
Именно каталитические мицеллярные образования, содержащие в связанном состоянии молекулы воды, создают в зоне взаимодействия тела трения с веществом для покрытия многочисленные активные центры, которые в соответствии с предлагаемым способом активируют процессы создания покрытий на различных материалах и в различных сочетаниях.
При нанесении на поверхность тела трения поликристаллического вещества для защитного покрытия, содержащего ОМКС, в приповерхностном слое происходит активное взаимодействие обращенных мицелл с неподвижными атомами вещества тела трения, в результате чего возникают ансамбли молекул, вплоть до доменов.
При разрушении кристаллов под действием механических сил, возникающих при взаимодействии контактирующих тел, локально, в микрообъемах и в течение микросекунд, выделяется громадная энергия (до 10 КэВ) и происходят физико-химические процессы, в результате которых защитное покрытие формируется по площади и по толщине (глубине).
Таким образом только покрытия, создаваемые по предлагаемому способу, обладают свойством формирования геометрии поверхности контактирующих тел, которое происходит по минимуму энергии контакта практически мгновенно при эксплуатации. В результате не только отпадает необходимость прикатки, но и улучшается энергетическое взаимодействие контактирующих тел, т.е. снижается температура узла трения.
Существенным преимуществом предлагаемого способа создания защитного покрытия перед известными является также то, что благодаря использованию вещества, полученного способом по п.1 Формулы изобретения, появилась возможность наносить защитное покрытие не только на металлические, но и на неметаллические материалы, например резину, древесину или камень. При нанесении вещества, содержащего поликристаллические комплексы с ОМКС, например на резину, на ее поверхности создается защитное покрытие, не уступающее по прочности и эластичности основному материалу.
Таким образом, благодаря предлагаемому способу удается придать новые свойства традиционным узлам: снизить шум и увеличить ресурс редукторов и подшипников, защитить от износа рельсы и колеса, уменьшить коэффициент трения и улучшить герметичность сальниковых уплотнений, улучшить скольжение в слипах и т.п. (п.5 Формулы).
В соответствии с предлагаемым способом для создания защитного покрытия вещество, полученное способом по п.1 Формулы, наносят на контактирующие металлические и неметаллические поверхности с помощью связующего.
В качестве связующего могут быть применены различные вещества, например фторкаучук, растворенный в одном из кетонов, например в ацетоне.
Густую смесь коллоида со связующим, выполненную, например, в виде стержня (карандаша), наносят на открытые контактные поверхности, например поверхности рельс и (или) колес. Смесь коллоида со связующим, выполненную в виде распыляемого состава, наносят на защищаемую поверхность, например, новых изделий пульверизатором. Кроме того, коллоид вводят в масло, загущенное наполнителем, например полипропиленом, до получения смазки различного назначения, например, для подшипников качения или скольжения.
Полученное в соответствии с предлагаемым способом защитное покрытие превосходит все известные потому, что при взаимодействии поликристаллического вещества, содержащего ОМКС, с матрицей металла контактирующего тела создается противоизносное защитное покрытие, заполняющее все микротрещины и неровности поверхности этого тела и образующее с этим телом единое целое.
В результате только с помощью предлагаемого способа удается создать высокопрочное износостойкое защитное покрытие и восстановить первоначальную геометрическую форму контактирующих тел.
Особенно наглядно это подтверждается при нанесении вещества для защитного покрытия с помощью связующего на поверхности зубчатых колес или других изделий с поверхностью сложной формы, в том числе - на режущие кромки инструментов, например, токарных резцов, фрез и т.п.
Для восстановления первоначальной геометрической формы, например режущей кромки резца, наносят вещество для защитного покрытия со связующим, выполненное в виде карандаша, на абразивный круг. В процессе заточки, при контакте резца с таким кругом, вещество заполняет все неровности режущей кромки, т.е. происходит укрепление и восстановление ее первоначально острой и ровной формы.
При нанесении вещества для покрытия с помощью связующего в виде смазки в зону контакта тел трения, например цилиндрических, конических или червячных колес редукторов, на них создается защитное органо-металлокерамическое покрытие, в результате чего восстанавливается форма поверхности, уменьшаются коэффициент трения, уменьшаются нагрев, износ и увеличивается ресурс редукторов.
Уникальные свойства покрытия, получаемого по предлагаемому способу, проявляются при внесении вещества для покрытия со связующим в виде смазки в сальниковое уплотнение, например, гребного вала судна. Созданные таким образом на металле и на резине износостойкие покрытия обеспечивают наилучшее скольжение, герметичность и антикоррозийную защиту контактирующих поверхностей.
Существенные преимущества предлагаемого способа перед известными проявляются также при нанесении вещества для защитного покрытия со связующим в виде смазки на направлящие слипов, так как при спуске на воду морских (речных) судов обеспечиваются наилучшее скольжение и защита от задиров и износа металлических и деревянных трущихся поверхностей (п.6 Формулы).
В тех случаях, когда размещение вещества для защитного покрытия на поверхности затруднено, в соответствии с предлагаемым способом создания защитного покрытия на поверхности вещество для покрытия, полученное способом по п.1 Формулы, вводят в промежуточную среду, контактирующую с поверхностью.
Одним из примеров создания такого покрытия является введение вещества для покрытия в топливо для нанесения защитного покрытия на внутреннюю поверхность всех узлов топливной системы двигателя ДВС, включая топливный насос, карбюратор (инжектор), а также - на поверхности узлов камеры сгорания двигателя с кольцами и клапанами.
При внесении поликристаллического вещества, содержащего ОМКС, в топливо, например в бензин, происходит быстрое распределение имеющих идеальную сферическую форму мицелл, нерастворимых в бензине, по всему объему топлива. Каждая мицелла содержит молекулы воды, кроме того, в бензине всегда присутствуют следы воды, в которой вещество для покрытия растворяется. Атомы ОМКС обладают большой подвижностью и в присутствии воды вступают в химические реакции, в результате которых в топливе разрушаются сложные ансамбли и происходит насыщение его компонентами, растворенными в углеводородах. В результате в топливе повышается парциальное давление атомарного водорода (протон с низкотемпературной плазмой) и ослабляются связи бензольного кольца, т.е. происходит активация топлива.
При контакте активированного топлива со стенками топливной системы и входящих в нее устройств происходит очистка стенок от отложений и нанесение металлокерамического защитного покрытия на контактирующие с топливом поверхности: бензобака, бензонасоса, карбюратора с жиклерами и т.п. На такой защищенной поверхности не происходит отложения примесей топлива, например серы, которая коагулируется, а в карбюраторе - не засоряются жиклеры.
При попадании активированного топлива (топливовоздушной смеси, ТВС) в камеру сгорания изменяется процесс сгорания топлива.
Во-первых, активированное топливо изменяет все предпламенные процессы. Скорость распространения волны горения в камере сгорания составляет 1,5 м/с, акустической волны
- 300 м/с, а лучевой радиации - 3x108 м/с, поэтому в ТВС, насыщенной активными комплексами, протонами и низкотемпературной плазмой (атомарный водород), под действием лучевой и акустической энергии электроискрового разряда раньше всего разрушаются углеродные связи бензольного кольца. В результате происходит более полное сгорание компонентов топлива, в том числе и ядовитых.
Во-вторых, в связи со значительным увеличением количества центров активации возрастает эффективность воспламенения ТВС.
В-третьих, вследствие выгорания лиганд иэ поликристаллических комплексов на поверхностях всех узлов камеры сгорания (цилиндра, поршня, а также клапанов) формируется пористое металлокерамическое покрытие, уменьшающее коэффициент трения и износ.
В-четвертых, скорость распространения волны горения у стенки камеры сгорания с металлокерамическим покрытием становится ниже, а по объему (с комплексами) - выше, чем без покрытия, в результате чего антидетонационные свойства камеры повышаются, что позволяет использовать топливо с меньшим октановым числом. Кроме того, момент начала воспламенения ТВС (угол зажигания) соответствует наилучшему положению поршня.
В результате благодаря предлагаемому способу нанесения защитного покрытия на поверхности, в соответствии с которым вещество для покрытия наносят на поверхность путем введения его в среду, контактирующую с поверхностью, в двигателе   ДВС, например, происходит более полное сгорание топлива, повышается эффективность, уменьшается расход топлива, значительно увеличивается ресурс и многократно уменьшается токсичность выхлопных газов.
Введение вещества для покрытия в любые углеводородсодержащие среды, в соответствии с предлагаемым способом, можно использовать для защиты внутренней поверхности бензопроводов, емкостей для хранения и перевозки топлива, установок для переработки нефте- и бензопродуктов и др.
Из вышеизложенного следует, что при введении, в соответствии с предлагаемым способом, вещества для покрытия в промежуточную среду, контактирующую с поверхностью, поверхность любой сложности очищается от отложений и на ней создается защитное металлокерамическое покрытие. В результате не только отпадает необходимость прикатки, но и происходит активация промежуточной среды, значительно улучшающая ее свойства.
Такими свойствами не обладает ни один иэ известных способов создания защитных покрытий на поверхности (п.7 Формулы).
Таким образом задача, поставленная при разработке способа создания защитного покрытия на поверхности, решена полностью.
Впервые благодаря предлагаемому способу создания защитного покрытия на поверхности, предусматривающему использование вещества для покрытия, полученного способом по п.1 Формулы изобретения, в котором до нанесения на поверхность сформированы поликристаллические комплексы, содержащие обращенные мицеллярные каталитические системы, удалось создать уникальное и универсальное защитное покрытие, существенно превосходящее известные по своим свойствам.
Такое покрытие можно наносить не только на поверхности из металла, но также и из резины, дерева или камня. Покрытие, созданное по предлагаемому способу, придает поверхностям тел трения антикоррозийные, антифрикционные, фрикционные,
противоизносные и др.свойства.
Благодаря разработанному способу теперь можно наносить с помощью связующего вещество для защитного покрытия, выполненное в виде стержня (карандаша), распыляемого состава или смазки, на поверхности рельс, колес, зубчатых зацеплений редукторов, режущих инструментов, подшипников, сальников, слипов, а также на поверхности других узлов трения.
Во всех случаях использования предлагаемого способа на контактирующих поверхностях создается защитное покрытие, обеспечивается наиболее энергетически выгодная геометрия поверхности, уменьшается коэффициент трения, нагрев, износ и увеличивается ресурс.
Благодаря предлагаемому способу создания защитного покрытия на поверхности теперь можно наносить покрытия на труднодоступные поверхности внесением вещества для защитного покрытия в среду, например в топливо, контактирующее с поверхностью, например топливной системы двигателя ДВС, включая камеру сгорания.
Таким способом можно наносить защитное покрытие также на внутренние поверхности цистерн для перевозки топлива, баков для хранения и перекачки топлива, топливопроводов заводов и бензоколонок.
Во всех случаях внесения в среду, контактирующую с поверхностью, вещества для защитного покрытия, созданного способом по п.1 Формулы, проявляется уникальное свойство активации этой среды, например топлива, в результате чего осуществляется очистка и защита внутренних поверхностей всех узлов, контактирующих с топливом, повышается эффективность сгорания, используется топливо с меньшим октановым числом, увеличивается эффективность и ресурс двигателя, уменьшается токсичность выхлопных газов и улучшается экология.
Оценку свойств предлагаемых способа получения вещества для защитного покрытия и способа создания защитного покрытия на поверхности проводили комплексно, введением вещества для покрытия, созданного способом по п.1 Формулы изобретения, в топливную систему бензинового двигателя ДВС.
Вещество для покрытия создали из смеси крупностью не более 1 мм, в следующем составе, мас.%:
серпентинит
23,0
сиенитовый концентрат
25,0
сфеновый концентрат
24,0
колумбит
7,1
цезия галогенид брома
    0,249
рубидия галогенид брома
    0,249
лантан
1.0
церий
1.0
неодим
1.0
осмистый иридий
   0,002
этилен-диамин-тетрауксусной-
 
кислоты-динатриевой-соли-дигидрат              17,4
В процессе гидротермального синтеза в автоклаве при температуре 300°С и давлении
200 кг/см2 в течение 15 часов с последующей сепарацией коллоида крупностью 0,5 мкм и обезвоживанием его сушкой при температуре 100°Сдо получения вещества в виде эмульсии.
Вещество для защитного покрытия вводили в бензин в соотношении 1:10000. Для этого при заправке двигателя ДВС бензином вещество для защитного покрытия объемом 4 мл, выливали в горловину топливного бака объемом 40 л. При заливке происходило перемешивание бензина с веществом, активация и, в дальнейшем, распространение вещества для покрытия по топливной системе двигателя вплоть до камеры сгорания.
В результате эксплуатации двигателя ДВС с бензином, содержавшим вещество для защитного покрытия, созданное способом по п.1 Формулы изобретения, было получено:
-   снижение расхода топлива на 8,7% в городе и на 7,8% на трассе;
-   снижение уровня СО в выхлопных газах в 3-4 раза;
-   повышение компрессии по цилиндрам, соответственно, от -до: 7,8-8,9; 8,1-8,8; 9,0-9,2; 8,2-8,9;
-  улучшение холодного пуска двигателя;
-  снижение времени разгона до скорости 100 км/час на 18%.
После разборки двигателя автомобиля, прошедшего 50 тыс.км, оказалось, что на стенках камеры сгорания и на поверхностях колец, поршня и клапанов действительно нанесено металлокерамическое пористое покрытие, обеспечившее, кроме вышеуказанного, значительное увеличение ресурса двигателя, так как на поверхностях всех деталей камеры сгорания не обнаружено следов износа или повреждения покрытия.
Таким образом, в результате испытаний полностью подтверждены возможность нанесения и высокое качество защитного покрытия на поверхности камеры сгорания, а также улучшение характеристик двигателя ДВС, достигнутые введением в бензин вещества в соответствии с предлагаемыми способом получения вещества для защитного покрытия и способом создания защитного покрытия на поверхности.
Формула изобретения
1.    Способ получения вещества для защитного покрытия, включающий получение смеси
компонентов, отличающийся тем, что получают смесь крупностью не более 1 мм при
следующем содержании компонентов, мас.%:
серпентинит                                                                           20-30
сиенитовый концентрат                                                    20-30
сфеновый концентрат                                                        20-30
колумбит                                                                                 1-15
редкоземельные компоненты - лантан
церий и неодим в равных количествах                           1-15
щелочные компоненты - галогениды
цезия и рубидия в равных количествах                      0,1-0,5,
осмистый иридий                                                                   0,001-0,003
этилен-диамин-тетрауксусной-
кислоты-динатриевой-соли-дигидрат {ЭДТУК-ДСГ) 15-20
в смеси формируют поликристаллические комплексы, содержащие обращенные мицеллярные каталитические системы, путем гидротермального синтеза в течение 10-24 ч в автоклаве при воздействии температуры в пределах 200-350°С и давления в пределах
150-250 кг/см2, затем из отстоя полученного раствора сепарируют коллоид с частицами и обезвоживают его сушкой при температуре не более 120°С.
2.    Способ no п,1, отличающийся тем, что коллоид с частицами крупностью более 1 мкм смешивают с органическим связующим, например с фторкаучуком, растворенным в одном из кетонов, например в ацетоне, до получения массы, которую затем формуют, например, в виде стержней.
3.       Способ по п.1, отличающийся тем, что коллоид с частицами крупностью не более 1 мкм смешивают с органическим связующим, например с фторкаучуком, растворенным в одном из кетонов, например в ацетоне, до получения распыляемого состава,
4.    Способ по п.1, отличающийся тем, что коллоид вводят в масло, загущенное наполнителем, например полипропиленом, до получения смазки.
5.    Способ создания защитного покрытия на поверхности, включающий нанесение вещества для защитного покрытия на поверхность, отличающийся тем, что используют вещество для защитного покрытия, полученное способом по п.1, в котором сформированы поли кристаллические комплексы, содержащие обращенные мицеллярные каталитические системы.
6.       Способ по п.5, отличающийся тем, что вещество для защитного покрытия наносят на поверхность с помощью связующего.
7.    Способ по п,5, отличающийся тем, что вещество для покрытия наносят на поверхность, например, топливной системы двигателя, включая камеру сгорания, путем введения его а среду, контактирующую с поверхностью, например в топливо.
 
 
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПРИСАДКИ К СМАЗОЧНЫМ МАТЕРИАЛАМ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Реферат:
 Изобретение относится к области смазочных материалов и может быть использовано для получения присадок к ним, обеспечивающих улучшение антиокислительных, антифрикционных, фрикционных, протиеозадирных. противоизносных и антипригарных свойств поверхностей, а также обеспечивающих снижение токсичности выхлопных газов двигателей   внутреннего сгорания (ДВС).
Сущность: способ включает воздействие на легирующие компоненты и жидкую основу трением качения и трением скольжения мелющих тел до получения коллоидной дисперсности и маслорастворимых соединений.
 В качестве жидкой основы используют технический рыбий жир, в качестве легирующих компонентов применяют кобальт, никель, кремний и медь в равных количествах, вводят комплексообразующив компоненты, в качестве которых применяют галогеносодержащие, платиноидосодержащие, щелочные и редкоземельные металлы, а также вводят компоненты  дисперсных упрочняющих систем (ДУС), в качестве которых применяют три состава, первый из которых содержит соединения основного металла матрицы(ОММ) присадки с моноокислами металлов второй А группы, второй -соединения ОММ присадки с высшими окислами металлов третьей А группы, третий – соединения ОММ присадки с карбидами, нитридами и оксидами металлов четвертой А группы, смешивают между собой все компоненты крупностью не более 10 мкм в соотношении, мас.%: легирующие 0,1 -10, комплексообразующие 5,33-10, компоненты ДУС 0,01-5, технический рыбий жир - остальное, и дополнительно воздействуют на компоненты и жидкую основу электрическим напряжением. В устройстве для получения присадки на опорах в горизонтальной плоскости параллельно установлены два вала, по крайней мере один из которых является приводным, взаимодействующие через амортизирующий электроизоляционный материал с боковой    поверхностью корпуса, который выполнен из диэлектрического материала, съемным, герметичным с окном, расположенным в торце и закрытым герметичной крышкой, и внутри футерован равномерно расположенными по образующим четным числом стержней, выполненных, как и мелющие тела, из металла, входящего в присадку, подключенных через один соответственно к первому и ко второму токосъемникам корпуса, расположенным снаружи, которые раздельно, через кольцевые токосъемники валов и их оси, изолированные электрически от опор, подключены к скользящим контактам, изолированным электрически от опор и соединенным с источником электрического напряжения.
Технический результат - повышение ресурса двигателя ДВС, снижение интенсивности изнашивания пар трения, повышение экономии ГСМ и уменьшение токсичности выхлопных газов при использовании полученной присадки. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к области смазочных материалов и может быть использовано для получения присадок к ним, обеспечивающих улучшение антиокислительных, антифрикционных, фрикционных, противозадирных, противоизносных и антипригарных свойств поверхностей, а также обеспечивающих снижение токсичности выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания (ДВС).
Известны различные способы получения присадок к смазочным материалам, обеспечивающие улучшение свойств контактирующих при движении (трущихся) поверхностей (см., например, патенты РФ №2006707, 2006708, 2059121, 2088639, 2017802, 2169208). Все известные способы основаны на воздействии на разнообразные компоненты в различной по составу жидкой основе трением качения и трением скольжения.
Достоинством способов-аналогов является то, что они обеспечивают создание присадок к смазочным материалам, улучшающих свойства трущихся поверхностей образованием на них сервовитной пленки (см., например, Справочник по триботехнике. Том 1. Теоретические основы. - М.: Машиностроение, 1989, стр.288-295).
В качестве прототипа выбираем способ» описанный в патенте РФ №2088639, кл. С 10 М 177/00. В соответствии с этим способом для получения присадки на легирующие компоненты и жидкую основу воздействуют сначала трением качения мелющих тел (например, технологических образцов в виде металлических роликов) до получения коллоидной дисперсности и маслорастворимых соединений- После образования на роликах сервовитной пленки вращение роликов изменяют на встречное, при котором контактирующие поверхности воздействуют на компоненты и жидкую основу трением скольжения. По окончании процесса, когда пленка полностью переходит в смазочный материал, смесь отделяют от роликов и после сепарирования используют в качестве присадки.
В способе-прототипе для создания присадки использован состав, мас.%;
легирующие компоненты    0,001 - 10
серпентинит                      0,5 – 40
масло М-8Г                 остальное
Достоинством способа-прототипа является то, что с его помощью обеспечивается получение присадок хорошего качества, благодаря тому, что кроме трения качения на компоненты и жидкую основу указанного состава воздействуют также трением скольжения мелющих тел, в результате чего образуется смесь коллоидной дисперсности и маслорастворимые соединения. После внесения присадки, например, в форсированный тракторный двигатель ДВС, происходит улучшение свойств трущихся поверхностей, снижается интенсивность износа, т.е. повышается ресурс двигателя.
Недостатком способа-прототипа является то, что возможности улучшения характеристик масла с помощью получаемой присадки практически исчерпаны и не удается увеличить, например, ресурс моторного масла, который оценивается пробегом автомобиля больше 15 тыс.км.
Задачей предлагаемого изобретения является разработка такого способа получения присадки к смазочным материалам, с помощью которой обеспечивается увеличение ресурса моторного масла двигателя ДВС не менее, чем в 2 раза, т.е. обеспечивается пробег автомобиля без замены масла больше 30 тыс.км.
Поставленная задача в предлагаемом способе получения присадки к смазочным материалам, включающем воздействие на легирующие компоненты и жидкую основу трением качения и трением скольжения мелющих тел до получения коллоидной дисперсности и маслорастворимых соединений, решена, во-первых, благодаря тому, что в качестве жидкой основы используют технический рыбий жир, в качестве легирующих компонентов применяют кобальт, никель, кремний и медь в равных количествах, вводят дополнительно комплексообразующие компоненты, в качестве которых применяют галогеносодержащие, платиноидосодержащие, щелочные и редкоземельные металлы, а также вводят компоненты дисперсных упрочняющих систем (ДУС), в качестве которых применяют три состава, первый из которых содержит соединения основного металла матрицы (ОММ) присадки с моноокислами металлов второй А группы, второй - соединения ОММ присадки с высшими окислами металлов третьей А группы, третий - соединения ОММ присадки с карбидами, нитридами и оксидами металлов четвертой А группы, смешивают между собой все компоненты крупностью не более 10 мкм в следующем соотношении, мас.%:
легирующие                                0,1 – 10
комплексообразующие                            5,33 – 10
компоненты ДУС                                 0,01 – 5
технический рыбий жир                      остальное
и дополнительно воздействуют на компоненты и жидкую основу электрическим
напряжением.
Во-вторых, благодаря тому, что комплексообразующие компоненты создают в виде
смеси при следующем соотношении, мас.%:
гапогеносодержащие                                5,0 - 9,0
плати ион досо держащие                          0,001 - 0.01
щелочные металлы
                                  0,02 - 0.03
редчоаемельиые металлы                      0,309 - 0,96
В-третьих, благодаря тому, что компоненты ДУС создают в виде смеси при соотношении по массе между первым, вторым и третьим составами, как 5:2:1.
Недостатки способа-прототипа, а также всех известных способов получения присадок к смазочным материалам, обусловлены тем, что они основаны на подборе соотношений между компонентами, обеспечивающими улучшение каких-либо отдельных характеристик масла (смазки) или узла трения.
Впервые, в отличие от известных, предлагаемый способ основан на функциональном (системном) подходе к свойствам, котррыми должна обладать присадка к смазочным материалам для обеспечения требуемых характеристик узла трения. В соответствии с этим подходом при создании присадки учитывается взаимосвязь всех процессов, происходящих при контактировании (в т.ч. трении) тел из различных материалов в различных сочетаниях.
В результате полученная по предлагаемому способу присадка снабжена мощными каталитическими средствами для воздействия на процессы, происходящие при контактировании, средствами для сохранения лучших свойств масла или смазки, а также средствами для создания и поддержания наилучших требуемых свойств контактирующих поверхностей в конкретных и изменяющихся (с учетом давления и температуры) условиях эксплуатации.
Свойства присадки, полученной по предлагаемому способу, усиливаются благодаря тому, что в ней используются синергические (синергизм) свойства компонентов, когда эффект от их совместного действия во много раз превосходит сумму эффектов, создаваемых каждым компонентом в отдельности.
В предлагаемом способе также предусмотрено, что воздействовать на измельчаемую среду трением качения и трением скольжения можно не только при принудительном вращении мелющих тел, как в способе-прототипе, но и при свободном падении этих тел, аналогично происходящему в барабанных мельницах.
В предлагаемом способе впервые использован эффект взаимодействия мелющих тел с измельчаемой средой, при котором происходит не только измельчение, но и разрушение (скалывание) оксидных пленок, в результате чего открывается ювенильная поверхность и под действием низкотемпературной плазмы твердых тел (для металлов и полуметаллов температура Т=500 К) между ними обеспечивается микроэлектрическое взаимодействие, которое сопровождается электрическим пробоем тонких пленок.
Таким образом, при получении присадки по предлагаемому способу происходит активизация всех процессов взаимодействия компонентов присадки (сорбционных, хемосорбционных, химических, термодинамических и сегрегационных), протекающих в зоне трения между мелющими телами, а также между мелющими телами и стенками корпуса, в результате чего происходит значительное улучшение свойств получаемой присадки.
В соответствии с предлагаемым способом в качестве легирующих некарбидообразующих химических элементов в присадке применены кобальт, никель, кремний, медь (Со, Ni, Si, Сu). Эти компоненты входят в присадку равными по массе и в соответствии с назначением обеспечивают улучшение физико-механических свойств тел трения.
При содержании легирующих компонентов в присадке менее 0,1 мас,% улучшения недостаточны, а при содержании их более 10 мас.% необоснованно повышается стоимость присадки (п.1 формулы изобретения).
Комплексообразующие компоненты в предлагаемом способе предназначены для синтеза каталитических систем и для формирования комплексов необходимыми лигандами.
В соответствии с предлагаемым способом в качестве комплексообразующих компонентов в присадке применены галогеносодержащие, платиноидосодержащие, щелочные и редкоземельные металлы.
Комплексообразующие компоненты значительно улучшают свойства и увеличивают ресурс моторного масла и консистентных смазок, а также придают каталитические свойства не только присадке, но и поверхностному слою тел трения. Так, например, благодаря введению присадки в моторное масло двигателя ДВС, на стенках камеры сгорания и на поверхности поршня двигателя образуется износостойкое металлокерамическое покрытие, в результате чего обеспечивается более полное сгорание топлива, уменьшение расхода топлива и масла, увеличение ресурса масла и увеличение ресурса двигателя, выхлопные газы которого в этом случае содержат меньше токсичных веществ и значительно меньше загрязняют окружающую среду.
При наличии комплексообразующих компонентов в присадке менее 5,33 мас.% не создаются каталитические комплексы и не обеспечивается требуемый ресурс узла трения, а при содержании их более 10 мас.% - необоснованно повышается стоимость присадки (п.1 формулы).
Галогеносодержащие компоненты придают присадке основные каталитические свойства. Галогеносодержащими компонентами присадки являются соединения брома, хлора, фтора или иода (Br, CI, F, J), например AICl3 или TiCl4При наличии их в присадке менее 5,0 мас.% не обеспечивается требуемый ресурс, а при их содержании более 9,0 мас.% снижаются антикоррозионные свойства смазочного материала (п.2 формулы).
В качестве платиноидосодержащих компонентов присадки, в соответствии с предлагаемым способом, применяют минералы, содержащие платиноиды: платину, палладий, иридий, родий, рутений, осмий (Pt, Pd, lr, Rh, Ru, Os). Так, например, минералы навьянскит или сысертскит содержат осмистый иридий (или иридистый осмий). При содержании платиноидов в присадке менее 0,001 мас.% не обеспечивается формирование комплексов, влияющих на повышение ресурса масла, а при содержании их более 0,01 мас.% необоснованно увеличивается стоимость присадки (п.2 формулы).
В качестве щелочных металлов, в соответствии с предлагаемым способом, в присадке чаще всего применяют цезий, рубидий (Cs, Rb) или их смесь, имеющие в три раза меньший уровень активации (0,5 В вместо 1,5 В у других щелочных металлов). При содержании их в присадке менее 0,02 мас.% недостаточно проявляется эффект активации при образовании каталитически активных комплексов. При содержании их более 0,03 мас.% необоснованно увеличивается стоимость присадки (п.2 формулы).
В качестве редкоземельных металлов, в соответствии с предлагаемым способом, в присадке применяют, например, лантан, церий, неодим (La, Се, Nd). Эти компоненты в присутствии платиноидов и щелочных металлов обеспечивают в зоне трения перекристаллизацию и фазовые превращения без дополнительной активации. При содержании редкоземельных металлов в присадке менее 0,309 мас.% эти свойства проявляются недостаточно, а при содержании их более 0,96 мас.% необоснованно возрастает стоимость присадки (п.2 формулы)-
В соответствии с предлагаемым способом в присадку введены компоненты дисперсных упрочняющих систем (ДУС). Такие компоненты измельчают и упрочняют поверхностный слой каждого тела трения и вместе с компонентами, образующими каталитические комплексы, создают на нем органо-металлокерамическое покрытие.
Впервые, благодаря введению в присадку компонентов ДУС, в соответствии с предлагаемым способом обеспечивается взаимосвязь поверхностного слоя с подповерхностным, так как эти компоненты проникают в трещины и микротрещины металла на глубину до 200 мкм. Они заполняют и скрепляют трещины, и за счет своей активности образуют единое целое с матрицей упрочняемого металла, который предохраняется от дальнейшего разрушения.
Кроме того, благодаря наличию в присадке компонентов ДУС, геометрия поверхностного слоя, например, зубчатых колес редукторов, формируется под воздействием реальной температуры и давления в каждой точке контакта трущихся тел и изменяется по площади и по толщине до обеспечения минимальной температуры контакта.
В результате создается прочное органо-металлокерамическое покрытие, благодаря которому многократно уменьшаются коэффициент трения и износ и уменьшается прогорание масла (смазки), т.е, увеличивается ресурс узла трения и смазочных материалов.
В соответствии с предлагаемым способом компоненты ДУС создают из трех составов.
В первом составе применяют соединения основного металла матрицы (ОММ) присадки с термодинамически стабильными моноокислами металлов второй А группы, например магния, кальция, стронция, бария (MgO, CaO, SrO, ВаО). В качестве ОММ в присадке применяют, например, ниобий, молибден или вольфрам (Nb, Mo, W).
Во втором составе ДУС применяют соединения ОММ присадки с высшими окислами металлов третьей А группы, например актиния, иттрия, лантана, лютеция (Ас2Oз, Y2O3,
La2O3, Lu2O3).
В третьем составе ДУС применяют соединения ОММ присадки с карбидами, нитридами и оксидами металлов четвертой А группы, например титана, циркония, гафния (TiC, ZrC, HfC, TiN, ZrN, HfN. Ti02, ZrO2 HFO2, а также TiO, Ti2O3, Ti3О5, Ti(OH)2, Ti(OH)3).
Дисперсные упрочняющие системы с использованием в качестве ОММ присадки, например, ниобия, можно записать в виде формул
Nb-MelllA(llA)-O; Nb-MelVA-C,N,0.
При наличии в присадке компонентов ДУС менее 0,01 мас.% не обеспечиваются необходимые антизадирность, противоиэносность, антипригарность поверхностей, а при их содержании более 5 мас.% увеличивается расход компонентов и повышается стоимость присадки (п. 1 формулы).
Компоненты ДУС создают в виде смеси при соотношении по массе между первым, вторым и третьим составами 5:2:1 (п,3 формулы).
Кроме того, при получении присадки выбирается одинаковое соотношение по массе между компонентами внутри одного состава.
Все твердые компоненты присадки диспергируют до крупности не более 10 мкм.
В качестве жидкой основы присадки, в соответствии с предлагаемым способом, использован технический (неочищенный, непереработанный) рыбий жир.
При деструкции технического рыбьего жира, содержащего много поверхностно-активных веществ (ПАВ), возникает большое число активных связей. Эффект от взаимодействия в техническом рыбьем жире согласованных между собой по свойствам вышеуказанных компонентов значительно превосходит сумму эффектов, создаваемых каждой группой компонентов в отдельности, и во много раз усиливает каталитическую активность присадки, получаемой в соответствии с предлагаемым способом.
При получении присадки общий состав дополняется техническим рыбьим жиром до 100 мас.% (п.1 формулы).
Технологический процесс получения присадки, при котором наряду с измельчением компонентов происходит разрушение (скалывание) оксидных пленок и создается микроэлектрическое взаимодействие, зависит от качества исходного сырья.
Для улучшения свойств присадки, уменьшения времени ее получения и зависимости от сырья, в соответствии с предлагаемым способом, на присадку дополнительно воздействуют внешним электрическим напряжением.
Под действием электрического напряжения все вышеперечисленные процессы, протекающие в зоне трения между мелющими телами, а также между этими телами и стенками корпуса, многократно усиливаются. Если без внешнего напряжения электрический пробой происходит в пленках толщиной 5А, то под воздействием дополнительного напряжения происходит электрический пробой пленок толщиной 10-20 нм. При деструкции технического рыбьего жира в зоне электропробоя происходит стабилизация атомами кислорода кластеров металла размером 3-10 нм в матрице второго металла, т.е. образование сильной ковалентной связи металл - кислород в кластерах, при слабой связи этого кластера с атомами металла матрицы. Эти процессы протекают в течение 10-100 мкс в зоне долей мкм.
Возможно использование напряжений различного вида: постоянного тока, переменного тока, а также импульсного. Уровень напряжения в зависимости от частоты и технологических требований выбирается в пределах от 0,1 до 5 кВ.
Электрический пробой, возникающий под воздействием напряжения, создает при разряде электромагнитное излучение, которое также активизирует процессы при получении присадки (п.1 формулы).
Таким образом, предлагаемый способ получения присадки к смазочным материалам обладает существенными преимуществами перед известными благодаря новому составу присадки, в котором компоненты подобраны по функциональному назначению и обеспечивают легирование, образование каталитических комплексов и дисперсионных упрочняющих систем так, что эффект от их совместного действия в новой жидкой основе во много раз превосходит сумму эффектов, создаваемых каждой группой компонентов в Отдельности.
Преимущества предлагаемого способа перед известными обусловлены также тем, что впервые физико-химические процессы, происходящие при получении присадки, дополнительно активируются электрическим напряжением. Под действием этого напряжения электрический пробой происходит в пленках, толщина которых на несколько порядков превосходит толщину пленок в известных способах.
Как показали многочисленные испытания, присадка( получаемая по предлагаемому способу, значительно превосходит по своим свойствам все известные.
Благодаря предлагаемому способу впервые удалось создать присадку к смазочным материалам нового «каталитического» типа и придать ей новые, недостижимые ранее свойства. После внесения такой присадки в масло или смазку узла трения на трущихся поверхностях создается органо-металлокерамическое покрытие, в результате чего значительно уменьшается коэффициент трения, восстанавливается исходная геометрическая форма поверхностей, уменьшается температура, уменьшаются нагрузки и износ деталей, т.е. многократно (в 2-3 раза) увеличивается ресурс масла и смазки, а также ресурс узлов трения.
Существенным преимуществом перед известной присадкой, получаемой по предлагаемому способу, является ее способность многократно уменьшать уровень ядовитых веществ в выхлопных газах двигателей ДВС, в результате чего уменьшается отрицательное воздействие автомобилей на экологию.
Устройство для осуществления предлагаемого способа по принципу действия ближе всего к барабанным мельницам.
Известны различные барабанные шаровые, стержневые, цилиндрические, конические и т.п. мельницы (см., например, Сиденко П.М. Измельчение в химической промышленности. М.; Химия, 1977, а также Перов В.А. и др. Дробление, измельчение и грохочение полезных ископаемых. М.: Недра, 1990).
Наиболее близким к предлагаемому устройству для получения присадки к смазочным материалам является устройство, описанное в указанной выше книге Сиденко П,М. на стр.159, рис.117, которое мы выбираем в качестве прототипа.
В устройстве-прототипе с опорами связан через цапфы и подшипники приводной цилиндрический барабан (корпус), вращение которого осуществляется через зубчатую пару, одно из колес которой расположено на барабане. Барабан содержит также люк (окно) для загрузки и выгрузки мелющих тел и измельчаемой среды, расположенный на боковой поверхности.
Работа устройства-прототипа основана на том, что в барабан вместе с мелющими телами (в устройстве-прототипе - это галька) загружают через окно измельчаемую среду, например руду, и приводят барабан (корпус) во вращение. Скорость вращения выбирают такой величины, чтобы тела, приподнятые корпусом на максимальную высоту, падали «водопадом» на измельчаемую среду. Через определенное время содержимое вынимают и просеивают.
Таким образом, достоинством устройства-прототипа является то, что измельчаемая среда подвергается воздействию трением качения и трением скольжения, что необходимо для осуществления предлагаемого способа.
Недостатком устройства-прототипа является то, что оно не может быть использовано для получения присадок по предлагаемому способу из-за конструктивных недостатков, создающих трудности в производстве при загрузке и выгрузке малых объемов жидких смесей и создающих проблемы при попытках подачи напряжения на смесь.
Задачей предлагаемого изобретения является разработка устройства для получения присадок к смазочным материалам по предлагаемому способу.
Поставленная задача в предлагаемом изобретении решена благодаря тому, что в устройстве для получения присадки, содержащем связанный с опорами цилиндрический корпус, содержащий окно для загрузки и выгрузки мелющих тел и измельчаемой среды, на опорах в горизонтальной плоскости параллельно установлены два вала, по крайней мере один из которых является приводным, взаимодействующие через амортизирующий электроизоляционный материал с боковой поверхностью корпуса, который выполнен из диэлектрического материала съемным, герметичным с окном, расположенным в торце и закрытым герметичной крышкой, и внутри футерован равномерно расположенными по образующим четным числом стержней, выполненных, как и мелющие тела, из металла, входящего в присадку, подключенных через один соответственно к первому и ко второму токосъемникам корпуса, расположенным снаружи, которые раздельно, через кольцевые токосъемники валов и их оси, изолированные электрически от опор, подключены к скользящим контактам, изолированным электрически от опор и соединенным с источником электрического напряжения.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где нз фиг.1 изображено предлагаемое устройство; на фиг.2 - корпус и валы в продольном (а) и в поперечных (б и е) разрезах; на фиг.З приведена электрическая схема подачи напряжения на присадку.
На фиг.1 - 3 приняты следующие обозначения:
1-станина сопорами 1.1 и 1.2;
2- корпус;
3- валы с цапфами: 3.1 - первый, 3.2 - второй;
4- резиновая оболочка;
5- окно для загрузки и выгрузки;
6- мелющие тела;
7- токосъемные кольца корпуса: 7.1 - первое, 7.2 - второе;
8- крышка;
9- уплотнитель;
10 -скоба;
11-винт упорный;
12-стержни; 12.1...12.8 - последовательная нумерация;
13- токосъемное кольцо на аалу 3.1;
14- токосъемное кольцо на валу 3.2;
15,16 - скользящие контакты;
17- изоляционное основание;
18, 19-клеммы;
20 - источник электрического напряжения.
 
Устройство и работа устройства-прототипа рассмотрены выше» В отличие от устройства-прототипа, в предлагаемом устройстве (фиг.1) ка станине 1, на опорах 1.1 и 1.2 установлены валы 3.1 и 3.2 с цапфами, электрически изолированные от опор. Валы 3.1 и 3.2 расположены параллельно в горизонтальной плоскости на таком расстоянии друг от друга, при котором обеспечивается надежное размещение на них и устойчивое вращение корпуса 2. Для уменьшения шума и обеспечения надежного контактирования (взаимодействия) с боковой поверхностью корпуса 2 при вращении, а также для обеспечения электрической изоляции, валы 3 покрыты амортизирующей резиновой оболочкой 4.
По крайней мере один из валов, например вал 3.1, является приводным, т.е. через него передается вращение от электропривода (на фиг.1 не показан) на корпус 2. Вал 3.2 в этом случае является поддерживающим. При необходимости, например, для увеличения вращающего момента, оба вала могут быть выполнены приводными. В этом случае они должны вращаться синхронно.
При такой конструкции (фиг.1) предлагаемого устройства корпус 2 удалось выполнить малогабаритным, съемным и герметичным с окном (горловиной) 5 для загрузки и выгрузки, расположенным в торце и закрытым герметичной крышкой.
Присадку к смазочным материалам приготавливают в небольших количествах, поэтому объем корпуса 2 составляет 10-20 л. Благодаря тому, что в предлагаемом устройстве корпус 2 выполнен съемным, появилась возможность его загрузку и выгрузку проводить не на станине, а на другом специализированном рабочем месте, что очень удобно.
В предлагаемом устройстве корпус 2 выполнен герметичным, так как для приготовления присадки необходима жидкая основа, составляющая до 90% смеси. По этой же причине корпус 2 закрыт герметичной крышкой 8. Возможны различные конструктивные исполнения крышки 8. На фиг.2 представлено одно из них: крышка 8 в виде пробки герметично установлена в горловину 5 с помощью уплотнителя 9, скобы 10 и упорного винта 11. Все узлы крышки выполнены осесимметричными для уменьшения дебаланса корпуса 2 при вращении,
Корпус 2 изготовлен из диэлектрического материала, например из керамики (фарфора), в различных целях, в том числе для того, чтобы материал корпуса не оказывал влияния на свойства присадки. По внутренней цилиндрической поверхности корпус 2 футерован одинаковыми металлическими стержнями 12. Для обеспечения герметичности стержни 12 запрессованы в корпус. Стержни 12 могут быть выполнены из различного металла, но для того чтобы не исказить, а улучшить свойства присадки, это должен быть металл, входящий в состав присадки. В устройстве для осуществления предлагаемого способа стержни выполнены из ниобия.
Количество стержней 12 в корпусе 2 может быть различным, но должно быть четным, так как они подключены к двум токосъемникам. На фиг.2 в качестве примера изображено 8 стержней, последовательно пронумерованных от 12.1 до 12.8. Нумерация выполнена для того, чтобы показать, что в предлагаемом устройстве стержни 12 через один герметично подключены соответственно к кольцевым токосъемникам 7.1 (фиг.2, б) и 7.2 (фиг.2, в). Токосъемники 7 предназначены для подачи, в соответствии с предлагаемым способом, электрического напряжения на присадку и могут иметь различную конструкцию. На фигЛ и фиг.2 показана удобная при эксплуатации реализация, в соответствии с которой токосъемники 7 расположены на наружной боковой поверхности корпуса 2 и выполнены, например, из бронзы.
На фиг.1 показано, что в рабочем положении токосъемники 7.1 и 7.2 корпуса 2 раздельно соединены с кольцевыми токосъемниками 13 и 14 валов 3.1 и 3.2, к осям которых, электрически изолированным от опор 1,1 и 1.2, подключены скользящие контакты 15, 16, установленные на изоляционной площадке 17 и также изолированные от опор 1.1 и 1.2. Клеммы 18 и 19 предназначены для подключения источника электрического напряжения 20.
Таким образом, необходимая для осуществления предлагаемого способа подача электрического напряжения во вращающийся съемный корпус 2 обеспечена в предлагаемом устройстве благодаря тому, что между корпусом 2 и валами 3 осуществлен надежный электрический контакт трением качения, а между валами 3.1, 3.2 и контактами 15,16 - трением скольжения при минимальных линейных (окружных) скоростях, влияющих на износ трущихся поверхностей.
Для подачи электрического напряжения необходимо (фиг.1) к клеммам 18 и 19, расположенным на площадке 17, подключить выход источника 20 электрического напряжения. В источнике 20 обеспечена возможность формирования электрического напряжения постоянного или переменного тока, а также импульсного, соответствующего по уровню требованиям технологии изготовления присадки.
В результате электрическая схема подачи электрического напряжения на присадку принимает вид, показанный на фиг.З. Здесь кольцевые токосъемники 7.1, 7.2 корпуса 2 со стержнями 12.1-12.8 и токосъемники 13 и 14 валов 3.1 и 3.2 показаны в развернутом виде. На фиг.З также показано, что стержни 12.1,12.3,12.5 и 12.7 подключены к токосъемнику 7.1, а расположенные между ними стержни 12.2,12.4,12,6 и 12.8 - к токосъемнику 7.2 (п.4 формулы).
В предлагаемом устройстве мелющие тела 6 представляют собой электропроводящие технологические образцы, например шары различного диаметра. Это могут быть тела другой, в том числе неправильной, формы. Важно, чтобы они были выполнены из такого же металла, как и стержни 12 (п.4 формулы).
При таком выполнении мелющих тел 6 требуемое в соответствии с предлагаемым способом воздействие на присадку электрическим напряжением осуществляется по всему объему.
Работа предлагаемого устройства происходит следующим образом.
В корпус 2, установленный вертикально на отдельном рабочем месте, загружают через окно 5 мелющие тела 6, твердые компоненты присадки в соответствии с требуемым составом и заливают жидкую основу. Затем корпус 2 (фиг.2) закрывают герметичной крышкой 8 с уплотнителем 9 и зажимают ее с помощью скобы 10 и винта 11. После этого корпус 2 (фиг. 1) укладывают на валы 3 так, чтобы кольца 7 корпуса 2 легли на кольца 13 и 14 валов 3. Затем включают электропривод (на фиг.1 не показан).
При вращении корпуса 2 происходит воздействие трением качения и трением скольжения технологических образцов 6 на твердые и жидкие компоненты присадки, при котором происходит не только их измельчение, но и разрушение (скалывание) оксидных пленок. Открываются ювенильные поверхности и происходит электрический пробой пленок, обусловленный низкотемпературной плазмой металлов, т.е. создается микроэлектрическое взаимодействие компонентов.
Для сокращения времени получения присадки и преодоления технологических трудностей на присадку от источника 20, подключенного к клеммам 18 и 19, подают электрическое напряжение, например, постоянного тока. В результате при вращении корпуса 2 на все нечетные стержни 12 (12.1,12.3, 12.5 и 12.7) всегда приходит, например, плюс, а на все остальные (четные) стержни - минус напряжения постоянного тока. Под действием этого напряжения, уровень которого выбирается в пределах 0,1-30 В, происходит расширение зон электрического взаимодействия и разрушение в сотни раз более толстых пленок, чем без него, т.е. многократная активация физико-химических процессов получения присадки.
Благодаря тому, что в предлагаемом устройстве технологические образцы выполнены электропроводящими, это напряжение прикладывается ко всем компонентам присадки, ко всем пленкам, расположенным как между образцами, так и между образцами и стенками корпуса (стержнями). Таким образом, при вращении корпуса 2 электрическое напряжение прикладывается ко всей присадке и активизирует процессы ео всем ее объеме.
Вращение продолжается несколько часов до получения коллоидной дисперсности и маслорастворимых соединений.
Затем вращение прекращают, электрическое напряжение от источника 20 выключают, корпус 2 снимают с валов 3, открывают крышку 8 и выгружают содержимое из корпуса 2, После этого смесь отделяют от образцов, сепарируют из жидкой основы и используют в качестве присадки.
В связи с тем, что под действием электрического напряжения происходит пробой более толстых пленок» а также расширяется зона электрического взаимодействия, технологический цикл получения присадки по предлагаемому способу (по сравнению с известными) значительно уменьшается, а ее свойства существенно улучшаются.
Таким образом, удалось осуществить предлагаемый способ получения присадки к смазочным материалам и создать новую присадку высокого качества благодаря новизне конструкции предлагаемого устройства, в котором на опорах в горизонтальной плоскости параллельно установлены изолированные электрически два вала, взаимодействующие с боковой поверхностью корпуса через амортизирующий электроизоляционный материал. В предлагаемом устройстве обеспечены удобство и простота установки и съема вращающегося корпуса, т.е. в полной мере учтена специфика процесса получения присадки, связанная с необходимостью разделения процессов загрузки, механической активации, а также - разгрузки и сепарации полученной смеси.
В предлагаемом устройстве корпус выполнен из диэлектрического материала (фарфора) малогабаритным, съемным и герметичным, что обеспечивает возможность выполнения в таком корпусе новых функций, предусмотренных предлагаемым способом. Впервые стержни и мелющие тела выполнены из материала, входящего в присадку (из ниобия), и наряду с измельчением выполняют новые функции: электродов, усиливающих контактную разность потенциалов, и восстановителей основного металла матрицы присадки.
Существенные преимущества предлагаемого устройства перед известными обусловлены также реализованной возможностью подачи электрического напряжения на компоненты и жидкую основу присадки, расположенные в съемном вращающемся корпусе,
Впервые электрическое напряжение от специального источника через скользящие контакты и токосъемные кольца подается на футерованные внутри корпуса стержни, а также - на технологические образцы, выполненные из металла, входящего в присадку. По ним в предлагаемом устройстве электрическое напряжение удалось подать практически в зону каждого механического контакта, в результате чего воздействие электрическим напряжением на присадку осуществляется во всем объеме.
Также новую функцию выполняют в предлагаемом устройстве твердые компоненты присадки, с помощью которых при измельчении осуществляется не только физико-химическое взаимодействие веществ, но и под воздействием внешнего напряжения создается электрический пробой в сотни раз более толстых пленок, чем в известных устройствах, и активация процессов во всем объеме присадки электромагнитным излучением.
Пример.
Для проверки свойств присадки, создаваемой по предлагаемому способу (пп.1, 2, 3 формулы изобретения) в предлагаемом устройстве (п.4 формулы изобретения), корпус, футерованный стержнями из ниобия, заполнили на 60% объема технологическими образцами из ниобия, залили 8,54 кг технического рыбьего жира и поместили в него 1,46 кг компонентов, созданных в соответствии с формулой изобретения и диспергированных до 10 мкм (всего 10 кг). Внутри смесей компоненты имели равные количества по массе. В результате компоненты присадки были внесены в следующем составе, кг (мас.%):
легирующие - Co. Ni. SI. Cu                                             0,5 ( пo 0.125 каждый) (5%)
комплексообразующие, всего:                                                0.84 (8,4%)
в том числе:
галогеносодержащие – ТСЦ                                    0,761 (7.61%)
платиноидосодержащие - 
иридистый осмий (Ir, Os)                                                     0,001 (0,01%)
Щелочные металлы -
смесь цезия с рубидием (Cs, Rb)                          0,003 (0,03%)
редкоземельные металлы –
смесь лантана, церия и ниодима (La, Се, Nd)     0,075 (0,75%)
компоненты ДУС, всего:                                       0,12 (1,2%)
в том числе кг:
первый состав - смесь ниобия и
Оксида стронция (Nb, SrO)                                   0.075
второй состав - смесь ниобия и
оксида лантана (Nb, LaO)                               0,03
третий состав - смеси ниобии с
карбидами, оксидами и нитридами
циркония и гафния (Nb, ZrC, HfC),
(Nb. ZrO2, НfO2), (Nb, ZrN, HfN)                           0,015
 
 
Соотношение между первым, вторым и третьим составами составляло 5:2:1.
После вращения корпуса е течение 10 часов при активации вышеперечисленных компонентов электрическим напряжением 5 В постоянного тока провели сепарацию полученной присадки до крупности 1 мкм.
Изготовленную присадку добавили к моторному маслу М-8Г2 в количестве 2,0 мас.% и после перемешивания залили в двигатель ДВС (дизель).
В результате испытаний было установлено, что с полученной присадкой пробег автомобиля без замены масла увеличился с 15 до 40 тыс.км, т.е. ресурс масла увеличился в 2,66 раза.
Кроме того, при использовании этой присадки снизилась интенсивность изнашивания пар трения, уменьшился расход бензина, а также в несколько раз уменьшилась токсичность выхлопных газов по содержанию СО, СН и NOx.
Таким образом, задачи, поставленные ранее, по разработке способа получения присадки к смазочным материалам и созданию устройства для получения присадки к смазочным материалам, обеспечивающего осуществление предлагаемого способа, решены полностью.
С помощью полученной присадки удалось увеличить ресурс моторного масла более чем в 2,5 раза, обеспечить экономию ГСМ при эксплуатации, уменьшить затраты на приобретение и замену масла, а также значительно уменьшить негативное воздействие автомобиля на экологию.
 
Формула изобретения
1. Способ получения присадки к смазочным материалам, включающий воздействие на легирующие компоненты и жидкую основу трением качения и трением скольжения мелющих тел до получения коллоидной дисперсности и маслорастворимых соединений, отличающийся тем, что в качестве жидкой основы используют технический рыбий жир, в качестве легирующих компонентов применяют кобальт, никель, кремний и медь в равных количествах, вводят комплексообразующие компоненты, в качестве которых применяют галогеносодержащие, платиноидосодержащие, щелочные и редкоземельные металлы, а также вводят компоненты дисперсных упрочняющих систем (ДУС), в качестве которых применяют три состава, первый из которых содержит соединения основного металла матрицы (ОММ) присадки с моноокислами металлов второй А группы, второй - соединения ОММ присадки с высшими окислами металлов третьей А группы, третий - соединения ОММ присадки с карбидами, нитридами и оксидами металлов четвертой А группы, смешивают между собой все компоненты крупностью не более 10 мкм в соотношении, мас.%:
Легирующие                               0,1 – 10
Комлпексообразующие          5.3З – 10
Компоненты ДУС        0.01 – 5
Технический рыбий жир       Остальное
 
и дополнительно воздействуют на компоненты и жидкую основу электрическим напряжением.
                  2.Способ по п.1, отличающийся тем, что комплексообразующие компоненты создают в
виде смеси при следующем соотношении, мас.%:
Галогеносодержащяе                     5 – 9
П латиноидосодержащие             0,001 - 0,01
Щелочные металлы                      0,02 - 0,03
Редкоземельные металлы             0.309 - 0,96
              3.Способ по п.1, отличающийся тем, что компоненты ДУС создают в виде смеси при соотношении по массе между первым, вторым и третьим составами как 5:2:1.
              4.Устройство для получения присадки к смазочным материалам, содержащее связанный с опорами приводной цилиндрический корпус, содержащий окно для загрузки и выгрузки мелющих тел и измельчаемой среды, отличающееся тем, что на опорах в горизонтальной плоскости параллельно установлены два вала, по крайней мере один из которых является приводным, взаимодействующие через амортизирующий электроизоляционный материал с боковой поверхностью корпуса, который выполнен из диэлектрического материала, съемным, герметичным с окном, расположенным в торце и закрытым герметичной крышкой, и внутри футерован равномерно расположенными по образующим четным числом стержней, выполненных, как и мелющие тела, из металла, входящего в присадку, подключенных через один соответственно к первому и ко второму токосъемникам корпуса, расположенным снаружи, которые раздельно через кольцевые токосъемники валов и их оси, изолированные электрически от опор, подключены к скользящим контактам, изолированным электрически от опор и соединенным с источником электрического напряжения.
                                                                  
 
 
Описание рынка.
Только в нашем г. Санкт-Петербурге страдает от загрязняющих выбросов машин миллионы людей:
·         Особенно школьники
·         Люди пожилого возраста
 
Основные покупатели продукта/услуги.
Продукты: автомобили, транзитные большегрузные автомобили
Услуги: Представители ГИБДД, за определенную плату, обеспечивают автомашины, требующие снижения выбросов вредных газов, продуктом «ОРМЕКС».
Потребность в инвестициях.
            Общий объем необходимых инвестиций – 1 млн. руб.
            На срок                                                         – 1 год.
Стадия развития проекта.
Изготовлен продукт «ОРМЕКС» для:
·         Топлива;
·         Масел, смазок;
·         Охлаждающих жидкостей.
Фирма «ИННЭКС» в течении 6 лет обеспечивает рынок продуктами «ОРМЕКС».
 
Конкурентные преимущества и конкуренты.
«ОРМЕКС» в отличие от многих добавок к маслам, смазкам, топливам и охлаждающим жидкостям обеспечивает за счет наличия триплетного кислорода синтезирования до температуры ≈ 100 120о С и глубокое окисление более высокая температура.
Очень важно, что обеспечивается варьирование коэффициентом трения, т.е. можно использовать как вариант с малым коэффициентом трения ДВС, КПП, так и вариант с повышением коэффициентом трения: АКПП, дифференциал повышенного трения (где есть либо фрикционы, либо иной механизм.
Конкуренты: фирмы, выпускающие различные добавки, присадки, модификаторы и активаторы к топливам, маслам, смазкам и охлаждающим жидкостям.
 
 
Запланированный возврат инвестиций.
Возврат инвестиций в течении 1 – 2 лет.

20.11.2017 00:43