CS253107B1

CS253107B1 - A comprehensive blend to protect metal objects against vibration wear

Info

Publication number: CS253107B1
Application number: CS857620A
Authority: CS
Inventors: Miroslav Novak
Original assignee: Miroslav Novak
Priority date: 1985-10-25
Filing date: 1985-10-25
Publication date: 1987-10-15
Also published as: CS762085A1

Abstract

Komplexní směs pro vytváření ochranného povlaku na kovových předmětech, chránícího proti vibračnímu opotřebení při teplotách od -50 do 230 °C, sestává z komplexně vázaného montmorillonitu, oktadecylaminu a me- tylfenylborosiloxanu a obsahuje 20 až 60 % hmot. montmorillonitu, 10 až 40 % hmot. oktadecylaminu, 0,1 až 7 % hmot. metylfenyl- borosiloxanu a zbytek do 100 % hmot. organické rozpouštědlo, například toluen nebo xylen.The complex coating composition for vibration-wear-resistant metal articles at temperatures from -50 to 230 ° C consists of complex bonded montmorillonite, octadecylamine and methylphenylborosiloxane and contains 20 to 60 wt. % montmorillonite, 10 to 40 wt. % octadecylamine, 0.1 to 7 wt. methylphenyl borosiloxane and the remainder to 100 wt. an organic solvent such as toluene or xylene.

Description

Vynález se týká komplexní směsi k povrchové ochraně kovových předmětů proti vibračnímu opotřebení.The invention relates to a complex composition for surface protection of metallic objects against vibrational wear.

Vibrační opotřebení je zvláštním druhem poškození povrchů strojních součástí, značně snižující jejich životnost, a tím i spolehlivost řady různých strojů a zařízení. Vzniká na stykových plochách součástí-dílců, kde může jít o přímočarý vratný pohyb, např. u vibrátorů, o pohyb způsobený přenesenými vibracemi nebo o pohyb vzniklý následkem pružných změn v uložení mechanicky namáhaných součástí.Vibration wear is a special type of damage to the surfaces of machine parts, greatly reducing their service life and hence the reliability of many different machines and equipment. It arises on the contact surfaces of the component parts, where it can be a linear reciprocating movement, for example with a vibrator, a movement caused by transmitted vibrations or a movement caused by elastic changes in the placement of mechanically stressed parts.

Jako minimální velikost pohybu postačující ke vzniku vibračního opotřebení byla zjištěna amplituda řádově 10 až 10 m. Poškození způsobené vibračním opotřebením vzniká nejen u součástí s pohyblivým uložením, ale i u součástí s tak pevným uložením, jaké je u lisovaných spojů, Jsou-li při provozním namáhání překročeny pružné vlastnosti povrchů stykových ploch a dojde-li k vzájemnému skluzu, může dojít i u lisovaných spojení k vibračnímu opotřebení.An amplitude of the order of 10 to 10 m has been found to be the minimum amount of motion sufficient to produce vibration wear. The elastic properties of the surfaces of the contact surfaces have been exceeded and vibrations can also occur in the case of pressed joints if they slide together.

U součástí s pevným uložením dochází k vibračnímu opotřebení ve stykových plochách náboje kol a kroužků valivých ložisek nalisovaných na hřídeli, ve kterých průhybem rotujícího hřídele dochází k vratným mikropohybům. Nejčastěji však vzniká vibrační opotřebení u součástí s takovým uložením, u nichž dochází bud k funkčnímu pohybu vibračnímu, nebo na něž jsou vibrace přenášeny vlivem nevyvážených hmot, nebo pracovní činností stroje. Rovněž značný vliv na vibrační opotřebení má prostředí, v němž proces probíhá. Skutečnost, že vzájemným mechanickým působením dvou stýkajících se povrchů za normální teploty a v prostředí normální vzdušné atmosféry nedochází pouze ke kovovému otěru, ale převážně vznikají oxidy kovů, ukazuje na složitost procesu.In fixed bearing parts, vibration wear occurs in the contact surfaces of the wheel hub and the roller bearings pressed on the shaft, in which the deflection of the rotating shaft results in reciprocating micro-movements. Most often, however, vibration wear occurs in parts with bearings in which the vibration is either in motion, or to which vibrations are transmitted due to unbalanced masses, or by the machine's operation. The process environment also has a significant effect on vibration wear. The fact that the mechanical interaction of two surfaces in contact at normal temperature and in a normal air atmosphere not only results in metallic abrasion but mainly in the formation of metal oxides indicates the complexity of the process.

V závislosti na podmínkách procesu, tj. na vlhkosti vzduchu, kyslíku, měrném tlaku a kmitočtu vibrací mohou vznikat oxidy i hydroxidy kovů. Literatura uvádí, že vibrační opotřebení je v dusíkové atmosféře asi o 80 % menší než za přístupu vzduchu. Rovněž stupeň vlhkosti má podle literatury výrazný vliv, avšak opačného smyslu, neboř se zvětšováním relativní vlhkosti se vibrační opotřebení zmenšuje.Depending on process conditions, ie air humidity, oxygen, specific pressure and vibration frequency, metal oxides and hydroxides may be formed. The literature suggests that vibration wear in a nitrogen atmosphere is about 80% less than when exposed to air. According to the literature, the degree of humidity also has a significant effect, but in the opposite sense, as the relative humidity increases, the vibration wear decreases.

Toto zjištění, které je v rozporu s vlivem vlhkosti při atmosférické korozi, lze vysvětlit změnou součinitele tření adsorpcí, nebo kapilárovou kondenzací vodní páry na třecích plochách. Adsorbovaný film vody pravděpodobně pomáhá odstraňovat oxidy ze styčných ploch, a tím zmenšovat jejich abrazivní účinek.This finding, which is contrary to the influence of moisture during atmospheric corrosion, can be explained by changing the friction coefficient by adsorption or by capillary condensation of water vapor on the friction surfaces. The adsorbed water film is likely to help remove oxides from the interface, thereby reducing their abrasive effect.

Mechanismus vibračního opotřebení se dosud nepodařilo zcela vysvětlit, zejména pro složitost celého děje a komplikované závislosti mechanických a chemických pochodů. Nyní se uplatňuje názor, že proces vibračního opotřebení kovů začíná abrazivním opotřebením vytvářejícím drobné kovové částice, které se potom v prostředí zoxidují na oxidy, které mohou, ale i nemusí způsobit další erozi.The mechanism of vibration wear has not yet been fully explained, especially due to the complexity of the whole process and the complicated dependence of mechanical and chemical processes. It is now believed that the metal vibration wear process begins with abrasive wear, creating tiny metal particles, which then oxidize in the environment to oxides that may or may not cause further erosion.

Podle jiné teorie je prvotním stadiem oxidace povrchu materiálů. Vysoké místní tlaky a střídavé napětí jsou považovány za zrychlující faktory oxidace původního povrchu. Podle této teorie se nejprve třením odhaluje čistý kov, na který se potom adsorbuje kyslík. DalšT~ tření urychluje reakci kyslíku s kovem a odděluje již vzniklé oxidy kovů. Vzniklé produkty opotřebení zůstávají a hromadí se mezi styčnými plochami.According to another theory, the initial stage of oxidation is the surface of materials. High local pressures and alternating stresses are considered to accelerate the oxidation of the original surface. According to this theory, first, friction reveals pure metal to which oxygen is then adsorbed. Further friction accelerates the reaction of oxygen with the metal and separates the already formed metal oxides. The resulting wear products remain and accumulate between the contact surfaces.

Způsobů předcházení nebo zmírnění opotřebení kovů jejich povrchovou úpravou je celá řada.There are a number of ways to prevent or reduce metal wear by surface treatment.

Z mechanických úprav se osvědčilo zpevnění původního materiálu za studená, například válečkováním nebo kuličkováním. Z teplotně difúzních úprav kovů bylo v některých případech dosaženo dobrých výsledků povrchovým kalením, nitridací a zvláště sulfonitridací. Z chemických povrchových úprav se pro některé účely doporučuje fosfátování, jehož hlavní funkcí je udržovat olejové vrstvičky na třecích plochách. V některých případech se přidává ještě sirník molybdeničitý. Tím se vytvoří mezivrstvy, které dávají určitou možnost snížení vibračního opotřebení, i když zcela nezabrání kovovému styku a vzniku mikrospojení v jednotlivých bodech dotyku, čímž by bylo vibrační opotřebení zcela potlačeno. Kromě toho lze oleje použít pouze u součástí s hybným, popř. přechodným uložením. Přítomnost oleje na třecích plochách vede však k jeho účasti na chemické reakci,' jejímž výsledkem může být i vznik oxidačních produktů maziva, které se pak zúčastní abrazivního procesu s oxidy vzniklými reakcí kovu s kyslíkem. Z provozních zkušeností vyplývá, že vliv olejových maziv na potlačení vibračního opotřebení není, zejména při velkém měrném tlaku, tak značný.Mechanical adjustments have proved to be cold-hardening of the original material, for example by roller or shot peening. Of the heat-diffusing treatments of metals, in some cases good results have been obtained by surface hardening, nitriding and especially sulfonitriding. Among the chemical coatings, phosphating is recommended for some purposes, the main function of which is to keep the oil layers on the friction surfaces. In some cases, molybdenum disulfide is also added. This creates interlayers which give some possibility of reducing vibration wear, even if it does not completely prevent metal contact and the formation of micro-connections at the individual points of contact, whereby vibration wear is completely suppressed. In addition, oils can only be used on components with movable or non-movable components. temporary storage. However, the presence of oil on the friction surfaces leads to its participation in the chemical reaction, which may also result in the formation of oxidation products of the lubricant, which then participate in the abrasive process with oxides formed by the reaction of the metal with oxygen. Experience has shown that the effect of oil lubricants on vibration damping is not so great, especially at high specific pressures.

Uvedené nevýhody odstraňuje komplexní směs k povrchové ochraně kovových předmětů proti vibračnímu opotřebení při teplotách od -50 do +230 °C podle vynálezu. Podstata směsi spočívá v tom, že směs sestává z 20 až 40 % hmot. montmorillonitu, 10 až 40 % hmot. oktadecylaminu,These disadvantages are eliminated by the complex composition for surface protection of metal objects against vibration wear at temperatures from -50 to +230 ° C according to the invention. The essence of the composition is that the composition consists of 20 to 40 wt. % montmorillonite, 10 to 40 wt. octadecylamine,

0,1 až 7 % hmot. metylfenylborosiloxanu. Zbytek směsi do 100 % hmot. tvoří organické rozpouštědlo, např. toluen nebo xylen.0.1 to 7 wt. methylphenylborosiloxane. The remainder of the mixture up to 100 wt. form an organic solvent such as toluene or xylene.

Komplexní směs podle vynálezu je značně chemicky i tepelně stálá, protože montmorillonit tvoří tenké ploché lístečky, jejichž velikost bývá řádu 10 a tloušťka asi 4.10 m. Tento minerál patří mezi tzv. třívrstvé materiály. Střední oktaedrická vrstva je tvořena hliníkovými atomy, z nichž každý je obklopen šesti atomy kyslíku. Atomy kyslíku zprostředkovávají jednak vazbu hliníkových atomů navzájem, jednak jejich vazbu na atomy křemíku. Křemíkové atomy tvoří centra tetraedrů, které vytvářejí dvě vrstvy ležící nad a pod vrstvou oktaedrickou. V rozích tetraedrů jsou atomy kyslíku vázány vzájemně mezi sebou, i s atomy hliníku. Určitá část hliníkových atomů je vázána s vodíkem jako hydroxyl. Složení montmorillonitu se může měnit, protože křemík může být v tetraedrické koordinaci ve větší nebo menší míře nahrazen hliníkem nebo železem, hliník v oktaedrické koordinaci naopak hořčíkem nebo železem. Vznikají tak řady látek s měnícím se složením a vlastnostmi. Při izomorfní záměně jednotlivých atomů za atomy s nižším mocenstvím nese mřížka záporný náboj, který se kompenzuje adsorbcí kationtů na povrchu minerálu. Kationty adsorbované na povrchu montmorillonitu jsou poměrně snadno vyměnitelné. Adsorbované anorganické ionty přítomné v přírodním montmorillonitu je možno nahradit nejen jinými ionty anorganickými, ale i ionty organickými, které pak jsou vázány na montmorillonit iontovými vazbami, dávajícími předpoklad pro jejich mechanickou i chemickou stálost. Oktadecylamin působí jako hydrofobizační činidlo - rozšiřuje krystalickou mřížku montmorillonitu a v této rozšířené mřížce se pak uloží metylfenylborosiloxan.The complex composition according to the invention is very chemically and thermally stable, since montmorillonite is formed by thin flat sheets, the size of which is of the order of 10 and a thickness of about 4.10 m. This mineral is one of the so-called three-layer materials. The central octahedral layer consists of aluminum atoms, each surrounded by six oxygen atoms. Oxygen atoms mediate both the bonding of aluminum atoms to one another and their bonding to silicon atoms. Silicon atoms form the centers of the tetrahedra, forming two layers lying above and below the octahedral layer. In the corners of the tetrahedrons, oxygen atoms are bound to each other, including aluminum atoms. Some of the aluminum atoms are bonded with hydrogen as hydroxyl. The composition of montmorillonite may vary because silicon can be replaced to a greater or lesser extent by aluminum or iron, or aluminum by octahedral coordination by magnesium or iron. This creates a series of substances with varying composition and properties. In the isomorphic exchange of individual atoms with lower valency atoms, the lattice carries a negative charge, which is compensated by adsorption of cations on the mineral surface. The cations adsorbed on the surface of montmorillonite are relatively easily exchangeable. The adsorbed inorganic ions present in natural montmorillonite can be replaced not only by other inorganic ions, but also by organic ions, which are then bound to montmorillonite by ionic bonds, assuming their mechanical and chemical stability. Octadecylamine acts as a hydrophobizing agent by expanding the crystalline lattice of montmorillonite and then storing methylphenylborosiloxane in this extended lattice.

Výhody komplexní směsi podle vynálezu spočívají především v tom, že vytváří na povrchu kovových materiálů ochranný film tepelně stálý do 250 °C. K endotermnímu rozkladu organických látek dochází teprve při teplotách kolem 300 °C, jak bylo zjištěno diferenční termickou analýzou. Komplexní směs je odolná proti vlhkosti a je dokonale mrazuvzdorná. Lze ji používat při teplotách od -50 do +230 °C beze změny účinnosti.The advantages of the complex composition according to the invention are primarily that it forms a protective film thermally stable up to 250 ° C on the surface of the metal materials. Endothermic decomposition of organic substances occurs only at temperatures around 300 ° C, as determined by differential thermal analysis. The complex blend is moisture resistant and perfectly frost resistant. It can be used at temperatures from -50 to +230 ° C without changing efficiency.

Komplexní směs podle vynálezu se připravuje dispergováním montmorillonitu s rozpouštědlem a oktadecylaminem v mixéru při frekvenci otáček 10 000 min Po disperzaci se přivádá metylfenylborosiloxan. Tím nastává vzájemné spojení iontovými vazbami, způsobující jejich mechanickou a tepelnou stálost. Nanášení komplexní směsi na kov podle vynálezu se provádí nástřikem, štětcem, popř. ponorem. Účinná tloušťka ochranného filmu po zaschnutí je od 1.10 do 9.10 $ _m The complex mixture according to the invention is prepared by dispersing montmorillonite with solvent and octadecylamine in a mixer at a speed of 10,000 min. After dispersion, methylphenylborosiloxane is fed. This results in interconnection by ionic bonds, causing their mechanical and thermal stability. The application of the complex mixture to the metal according to the invention is carried out by spraying, brushing or brushing. by immersion. The effective thickness of the protective film after drying is from 1.10 to 9.10 $ _m

Praktické použití komplexní směsi k povrchové ochraně kovových předmětů proti vibračnímu opotřebení podle vynálezu je blíže osvětleno na následujících příkladech.The practical use of the complex composition for surface protection of metal objects against vibration wear according to the invention is illustrated in more detail in the following examples.

PřikladlHe did

Komplexní směs pro mazání a ochranu kluzných uložení a ozubených převodů.Complex compound for lubrication and protection of sliding bearings and gears.

Do mixéru bylo vnesenoIt was introduced into the blender

35,0 % hmot. montmorillonitu35.0 wt. montmorillonite

35,0 % hmot. oktadecylaminu35.0 wt. octadecylamine

23,5 % hmot. toluenu.23.5% wt. toluene.

Po disperzi trvajíc! asi 15 min při frekvenci 10 000 ot.min ⁴ bylo do směsi přidáno 6,5 % hmot. metylfenylsiloxanu.After the dispersion lasted. about 15 minutes at a frequency of 10,000 rpm for ⁴ was added to the mixture of 6.5% by weight. methylphenylsiloxane.

Ochranná vrstva byla na chráněné součástky nanesena štětcem.The protective layer was brushed on the parts to be protected.

Při provozních zkouškách ozubených převodů chráněných filmem yytvořeným z nanesené komplexní směsi bylo při dříve provedených zkouškách zjištěno až osminásobné zvýšení životnosti. Nechráněné ozubené převody, jejichž životnost byla 6 měsíců, jsou již 2 roky v provozu beze známek opotřebení.In the operational tests of gears protected by the film formed from the applied complex mixture, the lifetime up to eight times higher in the previously performed tests was found. The unprotected gears, which have a service life of 6 months, have been in use for 2 years without signs of wear.

Příklad 2Example 2

Způsobem popsaným v příkladu 1 byla vytvořena směs sestávající ze % hmot. montmorillonitu % hmot. oktadecylaminu 3 % hmot. metylfenylborosiloxanu % hmot. xylenu.By the method described in Example 1, a mixture consisting of wt. % montmorillonite % octadecylamine 3 wt. % methylphenylborosiloxane wt. xylene.

Směs je určena pro povrchovou ochranu spojek, převlečných pouzder, drážkových spojení nebo pevných spojení pero-drážka. Směs byla nanášena stříkací pistolí. U nechráněných spojek, u nichž byla dosavadní životnost zhruba 8 měsíců, se podle dosud provedených provozních zkoušek předpokládá životnost delší než 4 roky.The compound is intended for surface protection of couplings, sleeves, groove connections or fixed tongue-and-groove connections. The mixture was applied with a spray gun. For unprotected couplings, which have a service life of approximately 8 months, the service life is expected to be longer than 4 years according to the operational tests performed so far.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

Complex mixture for surface protection of metal objects against vibration wear at temperatures from -50 to +230 ° C, characterized in that it consists of 20 to 40% by weight montmorillonite, from 10 to 40 wt. % octadecylamine, from 0.1 to 7 wt. % methylphenylborosiloxane and the remainder to 100 wt. an organic solvent such as toluene or xylene.

Severography, n. P., MOST

Price 2,40 Kčs