Cпособ получения железо-фосфатного покрытия.

Номер патента: 95

Опубликовано: 25.06.1998

Авторы: Дефалко Фрэнк Дж., Маккой Чарльз Р.

Есть еще 2 страницы.

Смотреть все страницы или скачать PDF файл.

Формула / Реферат

1. Способ получения железофосфатного покрытия на металлических деталях в смазочном масле путем использования смазочной среды в качестве фосфатирующей ванны для обеспечения необходимого осаждения, отличающийся тем, что он включает образование неорганического полимерного комплекса путем (i) смешения в водной среде источника реакционноспособных NH2 групп с (а) гидроксидом щелочного металла для повышения рН раствора до более 12 для образования водного раствора гидроксида щелочного металла/аммония или (b) источником фосфорной кислоты для снижения рН до около 0 для образования кислой аммониевой соли, и (ii) смешения смеси, полученной на стадии (i) (а), с источником фосфорной кислоты или смеси, полученной на стадии (i) (b), с указанным гидроксидом со скоростью, достаточной для осуществления сильно экзотермической реакции, в результате которой в растворе в процессе образования неорганического полимерного комплекса содержатся реакционноспособные NH2 группы; добавление неорганического полимерного комплекса, полученного на этапе (i), путем медленной заливки в смазочное масло; образование эмульсии; и контактирование металлических деталей с полученной эмульсией для образования железофосфатного покрытия.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в водный раствор неорганического комплекса либо перед, либо после экзотермической реакции вводят источник ионов металла для образования неорганического полимерного комплекса металл-фосфат-щелочной металл.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что ионы металла выбирают из группы, включающей цинк, молибден или вольфрам.

4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что в водный раствор неорганического полимерного комплекса вводят водорастворимый гликоль.

5. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что смазочное масло находится в баке двигателя, который работает для образования эмульсии и для обеспечения контактирования подвижных и скользящих деталей с указанной эмульсией.

6. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что он включает следующие этапы: снижение рН водного раствора неорганического полимерного комплекса путем добавления минеральной или карбоновой кислоты; заливку раствора неорганического полимерного комплекса в бак для смазочного масла двигателей и моторов машин и машинного оборудования для образования эмульсии и обеспечения контакта раствора с металлическими деталями и получения в результате этого железофосфатного поверхностного слоя.

7. Способ нанесения фосфатсодержащего покрытия на внутреннюю поверхность бензинового или дизельного двигателя внутреннего сгорания для повышения эффективности работы упомянутого двигателя, отличающийся тем, что он включает этапы введения в масло в картере двигателя в условиях образования эмульсии неорганического полимерного комплекса, полученного путем смешивания водной среды, источника реактивных NH2 групп с гидроксидом щелочного металла для повышения рН водного раствора до более 12; смешивания с водным раствором источника фосфорной кислоты до получения рН около 0 со скоростью, обеспечивающей осуществление сильно экзотермической реакции, в результате которой в растворе в процессе образования неорганического полимерного комплекса содержатся реактивные NH2 группы.

8. Способ по п.7, отличающийся тем, что рН водного раствора неорганического полимерного комплекса снижают до примерно 3 путем добавления фосфорной кислоты перед введением комплекса в картер.

9. Способ по любому из пп.7 или 8, отличающийся тем, что в комплекс добавляют молибденовую кислоту, в результате чего образовавшееся покрытие содержит молибден.

Текст

Смотреть все

1 Настоящее изобретение относится к способу приготовления железофосфатных покрытий и, в частности, к способу формирования таких покрытий на металлических деталях в смазочной среде. Железофосфатные конверсионные поверхности впервые были открыты в 1869 году в Англии и защищены патентом в соответствии с английскими патентными законами, затем последовал ряд усовершенствований базового процесса. Эти усовершенствования обеспечивали возможность достижения более высоких скоростей преобразования, лучших приемов очистки и добавления ионов других металлов, таких как цинк, марганец или никель и т.п., для получения железофосфатного покрытия, содержащего биметал-металлы, такие как цинк-фосфат или марганец-фосфат. Такие биметаллические фосфатные поверхности проявляют различные свойства, которые повышают эффективность при использовании железофосфатной поверхности. Железофосфатные поверхности становятся одними из наиболее широко используемых поверхностей для промышленных применений в мире. Железофосфатные преобразующие поверхности имеют прекрасные свойства для удержания красок и широко используются в качестве грунтовки для краски корпусов грузовых и легковых автомобилей, картотечных шкафов, грузовых контейнеров и во множестве других применений в качестве грунтовки для краски. Кроме того, железофосфатные поверхности обеспечивают прекрасную антикоррозионную защиту для предотвращения окисления стальных деталей. Железофосфатные поверхности имеют более низкий коэффициент трения,чем сталь, и обеспечивают сухую пленочную смазку при движении и скольжении стальных деталей. Поверхность также обладает превосходными свойствами удержания масел, которые усиливают смазочное действие масел. Линия для осуществления технологии фосфатирования содержит ванны для удаления всех пятен и масел со стальных поверхностей для обеспечения осуществления преобразования. Хорошо известно, что подготовка металлической поверхности, в частности удаление масел или обезжиривание, необходима для обеспечения осуществления процесса преобразования. Краткое описание фосфатирующих систем включает горячую щелочную ванну для обезжиривания или удаления масел, промывную емкость или бак, затем кислотную ванну для удаления окалины, промывную емкость или бак,затем бак или емкость для фосфатирования при повышенной температуре. Фосфатирование является длительным процессом с жестко контролируемыми параметрами во всех операциях для обеспечения получения необходимой поверхности. 2 На множестве мелких деталей двигателей внутреннего сгорания, таких как кулачки, эксцентрики, пальцы и поршневые кольца, образуют железофосфатный поверхностный слой. Фосфатирование этих деталей не нашло широкого применения в автомобильной и других отраслях промышленности вследствие повышенной стоимости. Органические фосфатные соединения также широко используются в качестве ЕР добавок к смазочным маслам для сохранения свойств при высоких давлениях. Было продемонстрировано, что некоторые органические фосфаты в течение всего времени использовались для полировки-воронения шестерен и других металлических движущихся деталей и обеспечивали хорошую защиту металла. Такая полировкаворонение металлов в фосфатах происходит не согласующимся и не регулируемым образом с образованием пятен, что ограничивает использование этого применения в машинном оборудовании и механизмах. В попытках улучшить смазочные свойства к моторным маслам добавляли множество добавок или присадок для улучшения смазывающей способности. Использовали целый ряд соединений, включающий ПТФЭ (TEFLON ТМ ofDuPont), дисульфид молибдена, галогенированные углеводороды и коллоидные суспензии металлических солей свинца, меди или цинка. Все эти добавки или были неэффективными, или создавали проблемы в двигателях, в которых предполагалось получить выгоду от использования этих добавок. Наиболее часто используемые добавки, широко описаны в научной литературе. Дисульфиды молибдена создают проблемы с засорением масляных фильтров. Свинец является очень эффективной добавкой; однако токсичность свинца и ужесточение проблем с загрязнением окружающей среды препятствует дальнейшему использованию свинца в качестве добавки. Галогенированные углеводороды создают проблемы с загрязнением окружающей среды и могут вызвать проблемы коррозии в двигателях. Водители гоночных автомобилей тратят тысячи долларов на увеличение мощности двигателя при более хороших эксплуатационных качествах. Увеличение мощности на 1 или 2 лошадиные силы в большинстве случаев представляет собой разность между выигрышем в скорости и пробегом. Для обеспечения любого увеличения мощности двигателя их разбирают,затем подвергают хромированию или наносят керамическую облицовку, или наносят любой другой тип металлического слоя на движущиеся детали для уменьшения трения. Такая обработка является очень дорогостоящей и может стоить тысячи долларов при обработке каждого двигателя. В патенте США 4,533,606 авторами описан новый способ получения цинкфосфат 3 ной поверхности путем электроосаждения на всевозможные проводящие подложки. В патенте США 5,310,419 авторами описаны способы приготовления новых неорганических полимерных комплексов на водной основе, которые должны найти широкое применение во множестве областей, включая нанесение металлов гальваническим способом. Одним из описанных комплексов являются фосфат-азот-калиевый и/или натриевый неорганический полимерный комплекс, который может быть использован для электролитического осаждения золота или серебра на проводящие подложки, что является неизвестным до настоящего времени явлением. В патенте США 5,310,419 также было замечено, что этот фосфат-азот-калиевый и/или натриевый неорганический комплекс обладает способностью удалять масло со стали. В литературе по фосфатированию указывалось, что такое фосфатирование металлов в масляной ванне, не должно происходить на маслянистой поверхности. Уже давно установлено, что недорогой способ получения железофосфатной поверхности на всевозможных скользящих, движущихся металлических деталях в двигателях, насосах,коробках передач и т.п. должен привести к улучшенным эксплуатационным характеристикам оборудования. Улучшенные эксплуатационные характеристики, в свою очередь, должны привести к снижению трения и, вследствие этого, к снижению энергопотребления и к улучшению рабочих характеристик смазочных масел. Способ, который обеспечил бы получение недорогой железофосфатной поверхности, в частности, путем получения железофосфатной поверхности в сложном оборудовании двигателей,должен быть чрезвычайно ценным и значимым; например, двигатель внутреннего сгорания имеет свыше 200 деталей в виде кулачков, эксцентриков, пальцев, цилиндров, синхронизирующих цепей. За счет нанесения снижающего трение поверхностного слоя на детали двигателя внутреннего сгорания гоночного автомобиля водители увеличивают мощность в лошадиных силах, улучшают использование топлива и обеспечивают более хорошее охлаждение двигателя. Поэтому задачей настоящего изобретения является создание недорого способа получения железофосфатной поверхности на металлических деталях в среде смазки, в котором смазочную среду используют в качестве фосфатирующей ванны для получения желательного нанесенного слоя. В частности, этот способ включает этапы обеспечения источника фосфорной кислоты; гидроксида щелочного металла и источника реакционноспособных NH2 групп; получения неорганического полимерного комплекса путем (i) смешивания в водной среде упомянутого источника реакционноспособныхNH2 групп с (а) упомянутым гидроксидом ще 000095 4 лочного металла для повышения рН раствора выше 12 с получением водного (раствора) аммония-гидрата окиси щелочного металла или (b) упомянутым источником фосфорной кислоты для понижения рН до около 0 с получением кислой аммониевой соли и (ii) соединения смеси этапа (i) (а) с упомянутым источником фосфорной кислоты или смеси этапа (i) (b) с упомянутым гидроксидом со скоростью, достаточной для осуществления высокоэкзотермичной реакции, в результате которой в растворе в процессе образования водного неорганического полимерного комплекса содержатся реакционноспособные NH2 группы; добавления упомянутого неорганического полимерного водного комплекса,полученного на этапе (i), путем медленной заливки в смазочное масло; получения эмульсии; контактирования металлических деталей с упомянутой эмульсией с образованием железофосфатного конверсионного покрытия. Изобретение, кроме того, предусматривает способ нанесения фосфатсодержащего покрытия на внутреннюю поверхность бензинового или дизельного двигателя внутреннего сгорания для улучшения эффективности упомянутого двигателя, при этом упомянутый способ включает этапы: введения в масло в картере упомянутого двигателя в условиях образования эмульсии неорганического полимерного комплекса, образованного путем смешивания в водной среде источника реактивных NH2 групп с гидроксидом щелочного металла для повышения рН водного раствора выше, чем 12; и смешивания с водным раствором фосфорной кислоты до рН около 0 со скоростью, которая обеспечивает высоко экзотермическую реакцию, в результате которой в растворе в процессе образования неорганического полимерного водного комплекса содержатся реактивные NН 2 группы. Дополнительные признаки и преимущества настоящего изобретения становятся очевидными после рассмотрения последующего описания предпочтительных вариантов изобретения в сочетании с приложенными опытами и таблицами. В ходе проведения опыта по удалению масла с металла при разработке настоящего изобретения было замечено, что происходит следующее. Фосфат-азот-калиевый неорганический полимерный водный комплекс был приготовлен со значением рН, приближающимся к 7. Полированный пруток из стали 1010 с размером 1/4 х 3" (0,636 х 7,62 см) погружали в темное сырое масло 18 API. Затем пруток опускали в прозрачную стеклянную бутыль, содержащую электролит. На следующее утро, спустя 18 ч, масло полностью удалили с полированного гвоздя, при этом стальной гвоздь приобрел характерный внешний вид серовато-черного фосфата. Этот характерный цвет является показателем желе 5 зофосфатного поверхностного слоя. Стальной гвоздь вытаскивали, тщательно обтирали бумажным полотенцем, промывали и высушивали. Поверхностный слой все еще присутствовал и его нельзя было удалить посредством классических испытаний на сцепление покрытия - ногтем или лентой скотча. Показания омметра указывали, что стальной гвоздь не проводит ток; это вновь указывает на присутствие железофосфатного поверхностного слоя. Присутствие железофосфатного поверхностного слоя действительно удивительно. Это было первым указанием на то, что железофосфатный поверхностный слой или поверхность может образовываться через масляный барьер вопреки вышеупомянутому известному исследованию. Два неорганических полимерных водных комплекса были приготовлены так, как описано в патенте США 5,310,419, в открытых реакторах следующим образом: добавляли один литр гидроокиси аммиака в реакционный сосуд; добавляли к нему один литр гидроокиси калия до достижения рН 14+; смешивали в отдельном сосуде один литр деионизованной воды с одним литром 75% фосфорной кислоты до достижения рН около 0; и затем быстро добавляли фосфорную кислоту в аммоний-калийную смесь со скоростью, обеспечивающей проведение сильно экзотермической реакции; прекращали реакцию при достижении рH 7. Раствор 1 этого неорганического полимерного водного комплекса использовали в дальнейших экспериментах. Раствор неорганического полимерного водного комплекса 2 готовили таким же образом, используя гидроокись натрия для использования в последующих экспериментах. Количество, мл комплекс, комплекс,раствор 1 раствор 2 Гидроокись аммиака 1000 1000 Гидроокись калия 1000 Гидроокись натрия 800 Деионизованная вода 1000 1000 Фосфорная кислота 1000 1000 Состав Опыт 1. Полированный гвоздь из стали 1010, как и ранее, погружали в темную сырую нефть и затем опускали в прозрачную 4 унцевую бутыль (118,295 мл) с неорганическим полимерным водным комплексом (раствор) 1. Температура составляла 72F (22,22 С). И вновь масло было удалено и спустя 18 ч присутствовала железофосфатная поверхность. Опыт 2. Пластину из стали 1010 с размерами 1/2" х 2" (1,27 х 5,08 см) погружали в сырое масло и помещали в 4-унцевую (118,295 мл) бутыль с раствором 2. Температура была 72F(22,22 С), и в конце 18-часового периода на металле присутствовали признаки железофосфатной поверхности (слоя). 6 Опыт 3. Стандартный полированный подшипник Timken погружали в сырую нефть и помещали в прозрачную бутыль, содержащую раствор 1. Температура была температурой окружающей среды. Менее чем через 12 ч подшипник имел железофосфатное конверсионное покрытие. Опыт 4. Готовили эмульсию путем смешивания 2 унций (59,15 мл) моторного маслаExxon Uniflo.c 2 (59,15 мл) унциями раствора 1 и тщательно встряхивали до тех пор, пока смесь масло/вода не была полностью эмульгирована. Полированный подшипник из сталиTimken и полированный пруток из стали 1010 погружали в эмульсию. О том, что происходит процесс преобразования, свидетельствует выделение водорода на поверхности металла и одновременное помутнение металла. Конверсия фосфата была видимой и происходила в течение 3 ч. Эти эксперименты были проведены для обоснования и подтверждения удивительного и неизвестного до настоящего времени явления,при котором железофосфатная поверхность появилась в присутствии масла, при этом масло фактически могло быть использовано в качестве носителя фосфата на поверхности металла. Были проведены дополнительные эксперименты с использованием испытательного прибора для определения смазывающей способности A Falex Lubricity Tester при проведении стандартных испытаний ASTM подшипникаTimken в стандартных моторных маслах. В качестве стандартных моторных масел были выбраны масла Pennzoil 10W40 и Exxon Uniflo 20W50. Были использованы стандартные подшипниковые блоки и кольца Timken. Процедура испытаний включала помещение стандартных навесок моторного масла в резервуар; помещение подшипников в держатель; затем подшипник удерживали у колец посредством опорной призмы, которая загоняла подшипник в обойму колец; вращение на испытательной машине со скоростью 1200 об/мин; и затем добавление с приращением по двухфунтовой гире (0,907 кг) к опорной призме до тех пор, пока трение не"блокировало" опытный образец. Образованные трением рубцы затем измеряли в миллиметрах(мм) и сравнивали с опубликованной таблицей. В таблице дана корреляция между фунтами добавленного к опорной призме веса и длиной рубца в мм на подшипнике, что дает возможность определить расчетную весовую нагрузку давления подшипника в фунтах на квадратный дюйм (PSI). Опыт 5. Десять мл масла Pennzoil 10W40 помещали в бак испытательного прибора Falextester. Стандартный подшипник Timken помещали в зажим держателя и размещали напротив обоймы. Включали тестер и на заднюю сторону опорной призмы помещали с приращением по двухфунтовой (0,907 кг) гире. Когда была до 7 бавлена третья гиря, машина заблокировалась и была выключена. Подшипник был извлечен,рубцы осмотрены и измерены. Длина рубца составляла 8 мм, что указывало на то, что допустимая несущая способность масла Pennzoil составляет приблизительно 4500 psi (316,25 кг/см 2). Опыт 6. Подшипник, использованный в опыте 5, повторно устанавливали в держателе,повернутом на 90 от обоймы. Использовали масло, присутствующее в баке. Включали машину. К маслу в баке добавляли 2 мл водного раствора неорганического полимерного комплекса и получали эмульсию. Подшипник помещали напротив обоймы и включали машину. Через одну минуту добавляли с приращением по двухфунтовой гире (0,907 кг) до тех пор, пока к опорной призме не добавился вес в 12 фунтов(5,443 кг). Машину остановили и запустили при полной нагрузке. Затем машину остановили и обследовали подшипник и обойму. Рубцы на подшипнике имели 1 мм, что указывает на то,что допустимая несущая способность равна 427000 psi (30018,1 кг/см 2). Это является характеристикой железофосфатной поверхности на участке подшипника, который был погружен в эмульсию. Обойма была протерта тканью, и на поверхности обоймы было обнаружено присутствие характерной железофосфатной поверхности. Этот эксперимент показал, что в присутствии масла не только может быть образована железофосфатная поверхность, но и что само масло приобретает превосходные смазочные свойства. Опыт 7. Бак очистили от масла и залили в него свежее масло. Подшипник повернули на 90 после образования железофосфатной поверхности. Затем подшипник снова поместили напротив обоймы и запустили машину. Затем добавляли с приращением по двухфунтовой гире (0,907 кг) до получения на опорной призме веса в 14 фунтов (6,35 кг). Затем машину останавливали и запускали несколько раз при полной нагрузке. Подшипник извлекали и обследовали. Рубцы были менее 2 мм, что указывало на допустимую несущую нагрузку 500000 psi(35150 кг/см 2) для масла в случае присутствия железофосфатной пленки на движущихся металлических деталях. Этот эксперимент показал,что как только образуется железофосфатная поверхность, она становится долговременной поверхностью для настолько резкого уменьшения коэффициента трения, что обычное моторное масло, которое могло нести только нагрузку 4500 psi (316,25 кг/см 2), становится превосходной смазкой. Был постулирован тот факт, что снижение трения, обусловленное железофосфатной поверхностью, должно вызывать значительное уменьшение тепла в двигателе внутреннего сгорания, которое должно привести к увеличению срока службы двигателя, повышению энергети 000095 8 ческой отдачи путем увеличения мили на галлон, и к более продолжительному сроку службы смазки. Опыт 8. Значение рН водного раствора неорганического полимерного комплекса (раствора) 1 регулировали путем добавления 10 мл 75% фосфорной кислоты к 10 мл раствора 1 до достижения рН менее 3. В бак тестера заливали свежее моторное масло, подшипник помещали в держатель и включали машину. Два миллилитра раствора с рH 3 добавляли к маслу для получения эмульсии. Затем к опорной призме добавляли с приращением восемь двухфунтовых гирь (3,629 кг). Через 2 мин тестер останавливали. Следы и подшипник обследовали. Обе детали имели темную, более плотную железофосфатную поверхность по сравнению с раствором с рН 7. Эффект образования рубцов обеспечивал такую же шероховатость с величиной неровности 1 мм на подшипнике. Этот эксперимент показал, что путем варьирования рН может быть получена более плотная железофосфатная поверхность. Результаты анализа поверхности приведены в табл. 1. Опыт 9. Десять мл раствора 2 регулировали до достижения значения рН менее 3 путем добавления 10 мл 75% фосфорной кислоты к 10 мл раствора 2. Затем в водном растворе неорганического полимерного комплекса растворяли один миллиграмм окиси цинка. Затем в бак тестера добавляли десять миллилитров свежего масла. Использовали новый подшипник Timken и включали машину. Два миллилитра цинкфосфатного неорганического полимерного комплекса добавляли к маслу с получением эмульсии. К опорной призме добавляли с приращением в сумме 18 фунтов (8,165 кг), машина работала в течение двух минут и затем была выключена. Подшипник и обойма были начисто протерты от масла и обследованы. По расчетам рубцы должны были иметь 1 мм. Поверхность имела четкий цинк-фосфатный поверхностный слой с блестящей вороненой поверхностью на гарниссаже. Этот эксперимент показал, что ионы металла могут быть введены в неорганический полимерный комплекс, совместно осаждены на металлы в среде масла. Опыт 10. Две унции (59,15 мл) водного раствора органического полимерного комплекса 1 соединяли с двумя унциями (59,15 мл) 75% фосфорной кислоты до достижения значения рН менее 3. Десять миллиграммов молибденовой кислоты растворяли в неорганическом полимерном комплексе. Деталь 12 калибра из стали 1010 с размером поверхности 1" х 3" (2,54 х 7,62 см) погружали в раствор на 10 мин и затем извлекали. На металле присутствовал новый поверхностный слой. Зажигали пропановую горелку и кончик факела приближали к металлу. К удивлению, тонкая стальная деталь не прогорала, как это ожидалось; вместо этого на поверхности появлялся пурпурноватый цвет молибде 9 на. Металлическую деталь можно было держать в руке в отдалении от факела, что указывает на превосходное рассеяние тепла. Результаты этого эксперимента очень удивили. Во-первых, молибден является тугоплавким металлом и не может быть нанесен путем электроосаждения в его чистом виде. Молибден может быть только совместно осажден электролитическим способом. Поэтому в литературе нельзя найти исследования относительно присутствия молибдена на поверхности стали без применения приложения электродвижущей силы. Можно размышлять о преимуществах совместного осаждения фосфат-молибденового поверхностного слоя на металлические детали двигателей внутреннего сгорания. Молибден имеет очень низкий коэффициент трения, он является прекрасным ингибитором коррозии,имеет превосходные свойства рассеяния тепла и широко используется в качестве сухой пленочной смазки. Все эти известные свойства молибдена должны усилить рабочие характеристики двигателей внутреннего сгорания, что должно привести к снижению трения, к рассеянию тепла и защите от коррозии. Опыт 11. Бутыль масла Canola была поднята и перемещена посредством механического приспособления для поднятия и перемещения грузов из местного хранилища. Масло Canola обладает некоторыми смазочными свойствами,но не имеет пакета стандартных добавок, которые идут в моторные масла, таких как, например, поверхностно-активные вещества, ингибиторы коррозии, ЕР присадки и т.п. Поэтому свойства сухой пленочной смазки молибдена могли быть испытаны без того, чтобы он имел полезные свойства, добавляемые к моторным маслам. Десять миллилитров масла Canoia помещали в бак тестера Falex, в держатель устанавливали новый подшипник Timken и включали машину. Два миллилитра водного раствора неорганического полимерного комплекса из опыта 9 вливали в масло и получали эмульсию. К опорной призме добавляли с приращением вес в шесть фунтов (2,72 кг), и машина работала в течение двух минут. Обследовали обойму и подшипник, при этом было установлено, что на поверхности обеих деталей присутствует покрытие темно-пурпурного цвета. Был измерен гарниссаж в 1 мм, указывающий на превосходные смазочные свойства. Затем бак опорожнили и добавили в него свежее масло. Подшипник поместили напротив обоймы и запустили машину. К опорной призме добавили постепенно вес в восемь фунтов (3,63 кг). Машина работала в течение трех минут. Ни разу не было никаких указаний на то, что масло Canola ухудшилось. Температура резервуара масла не повышалась выше 150F (65,56 С), что указывало на почти полное отсутствие трения между скользящими деталями. Подшипник извлекли, очистили и измерили рубцы, которые были менее, чем 1 мм, 000095 10 или допустимую несущую способность, превышающую 500000 psi (31150 кг/см 2). Поскольку масло Canoia имеет доступную несущую способность 4000 psi (281,2 кг/см 2), то 1000% увеличение допустимой нагрузки непосредственно обусловлено образованием сухой пленки молибден-фосфатного поверхностного слоя на металле. Опыт 12. Две унции (59,15 мл) водного раствора неорганического полимерного комплекса 2 регулировали до достижения значения рН менее 3 путем добавления фосфорной кислоты. 10 г паравольфрамата аммония растворили в растворе. В держатель установили новый подшипник Timken и включили испытательный прибор для испытания смазочной способности с залитым в бак маслом Exxon Uniflo. Для получения эмульсии в бак добавили два кубических дюйма (49,161 см 3 ) вольфрамфосфатного водного раствора неорганического полимерного комплекса, и к опорной призме добавляли вес в 10 фунтов (4,536 кг). Машина работала под нагрузкой в течение трех минут. Обследовали поверхность и подшипника и обоймы, измерили рубцы менее 2 мм. Рубцы были светло полированными и имели зеркальную полировку, приближающуюся к зеркальной полировке родия. Этот эксперимент показал, что для образования биметаллических поверхностных слоев с использованием масляного резервуара в качестве несущего агента могут быть использованы и другие тугоплавкие металлы. Опыт 13. В качестве автомобиля для испытаний был выбран полугрузовой автомобиль,пикап 1982 ISUZU Diesel с 4-х цилиндровым двигателем и пробегом двигателя 145000 миль(233356 км). Двигатель содержал 6 кварт (5,678 л) машинного масла. Расчетное потребление в милях на галлон (МНГ) за предшествующий двухмесячный период составил 36 миля/галлон. В процессе работы двигателя в картер добавили суммарно 8 унций (236,6 мл) водного раствора цинк-фосфатного неорганического полимерного комплекса 1, отрегулированного до значения рН 3. В течение двух минут было замечено незначительное снижение уровня шума двигателя. Затем рассчитали среднее значение МНГ за период вождения 10000 миль. Расход в МНГ, достигнутый двигателем, теперь составил 42,4 МНГ (18 км/л), увеличение экономии топлива составило 18%, что является значительной экономией. Масло и фильтр были заменены после 12000 миль. Автомобиль достиг среднего значения МНГ приблизительно 42 МНГ (18 км/л), что указывает на наличие постоянной снижающей трение пленки на деталях двигателя. Хорошо известно, что присутствие воды в масле двигателя оказывает вредное воздействие на масло. Количество в 1/10 процента в смазочных маслах обычно вызывает повреждение или отказ в работе двигателя. Поэтому тот факт, что двигатель 11 не заедает, а рабочие характеристики двигателя фактически улучшены, является неочевидным и удивительным. Опыт 14. Использовали газонокосилку с 4 х цикловым двигателем Tecumesh. В масляный резервуар заливали одну унцию (29,575 мл) водного раствора неорганического полимерного комплекса 1. Было замечено значительное и немедленное снижение уровня шума. Затем газонокосилка работала на различных операциях в течение трех недель, при этом было замечено значительное увеличение количества скошенных квадратных метров травы на один галлон бензина. Обычно, при использовании одного галлона (3,785 л) бензина должно быть скошено примерно 20000 квадратных футов (1856 кв.м) газона; при добавлении водного раствора неорганического полимерного комплекса 1 расчетное количество площади газона, скошенной на одном галлоне бензина, составило 30000 квадратных футов (27857 кв.м), что составляет 50% увеличение эффективности. Опыт 15. Использовали 1988 ChevroletSuburban. Владелец имел в среднем 13 МНГ (5,5 км/л) при вождении в городе и 16 МНГ (6,8 км/л) при вождении на скоростном шоссе, автомобиль имел пробег 112000 миль (180247 км). В картер добавили восемь унций (236,6 мл) неорганического полимерного водного комплекса,отрегулированного до значения рН 3 и содержащего молибденовую кислоту. Автомобиль затем наездил в двух продолжительных рейсах свыше 2000 миль (3219 км). Расход в МНГ в этих рейсах составлял приблизительно 20 МНГ(8,5 км/л), что указывает на 25% увеличение энергоотдачи. Снижение рабочей температуры от 180F (82,22 С) до 150F (65,56 С) так же является результатом обработки двигателя. Опыт 16. Двигатель 1974 Mercedes Benz 300D с 210000 милями (337963 км) обрабатывали 8 унциями (236,6 мл) водного раствора неорганического комплекса, отрегулированного до рН 3 и содержащего молибденовую кислоту. Расчетный МНГ составил 18 МНГ (7,65 км/л) при вождении в городе. После 1000 миль(1609,35 км) средний МНГ увеличился до 22 МНГ (9,35 км/л). Опыт 17. Использовали 1982 CadillakCoupe de Ville со 141000 милями (225309 км),зарегистрированными на спидометре. Двигатель нагревался при работе и имел проблемы при работе на холостом ходу без остановки. В картер помещали восемь унций (236,6 мл) водного раствора неорганического полимерного комплекса 1, отрегулированного до рН 3 и содержащего молибденовую кислоту. Автомобилю дали возможность работать на холостом ходу и при температуре в течение двух минут, и после этого мотор мог работать на холостом ходу без опрокидывания. По сообщению оператора увеличение МНГ составило приблизительно 20%. 12 Опыт 18. Использовали 1986 Ford Pickup с двигателем 310 кубических дюймов (5080 куб.см). В картер помещали шесть унций(177,45 мл) водного раствора неорганического полимерного комплекса, отрегулированного до рН 3 и содержащего молибденовую кислоту. При 60 МНГ (25,5 км/л) тахометр зарегистрировал показания 2000 об/мин; после обработки тахометр дал показания 1775 об/мин при 60 МНГ (25,5 км/л), что указывает на значительное увеличение мощности в лошадиных силах. Опыт 19. Динамометрические испытания проводили на заново восстановленном отремонтированном двигателе с высокими эксплуатационными характеристиками Chevrolet. Двигатель и результаты испытаний описаны в табл. 2. Результаты динамометрических испытаний показали значительное увеличение мощности в лошадиных силах заново восстановленного двигателя, которое теоретически достигало максимальной мощности в лошадиных силах. Был использован тот же самый водный раствор неорганического полимерного комплекса, который описан в опыте 16. Так же были измерены величины крутящего момента, и при этом результаты испытаний шли параллельно испытанию мощности в лошадиных силах. Эти результаты приведены в табл. 2. Опыт 20. В двигателе 1974 VolkswagenVan с воздушным охлаждением были заменены масло и фильтр. Когда двигатель работал, к новому маслу добавили 4 унции (118,30 мл) водного раствора неорганического полимерного комплекса, отрегулированного до рН 4. Спустя десять минут механик проверил масло путем вытягивания стержня для измерения уровня жидкости или мерной рейкой. Новое масло изменило свой цвет на цвет черного дегтя и стало более вязким, чем новое масло. Масло и фильтр были сразу же заменены, и двигатель работал еще 10 мин, после чего его вновь проверили. Спустя 10 мин масло сохраняло его золотистый цвет и по сообщению механика двигатель работал ровнее. Это испытание показало, что двигатель может быть очищен от отложений углеродного шлама в течение десяти минут. Опыт 21. Проводили анализ выхлопных газов, использующих бензин двигателей для того,чтобы определить содержание моноокиси углерода и углеводорода до и после испытаний. Результаты испытаний просуммированы в табл. 3. Снижение выхлопа углеводорода из двигателей внутреннего сгорания является высоким национальным приоритетом Агентства защиты окружающей среды. Используемые в данных испытаниях неорганические водные комплексы имели тот же самый состав, что и в опыте 16. Способность снижать выделение углеводорода в течение менее, чем 15 мин, удивляла. Таким образом, разработан новый способ снижения выхлопов на автомобилях с двигателем внут 13 реннего сгорания. Результаты серии испытаний детализированы в табл. 3. Опыт 22. 1984 Chevrolet Corvette с пробегом 82000 миль (132000 км) испытывали на степень сжатия, выделение углеводорода и моноокиси углерода, и экономию топлива. Полученные результаты показали увеличение на 3,33% степени сжатия, снижение выделения моноокиси углерода с 0,84% до 0,00% и снижение выделения моноокиси углерода от 188 ppm (частей на миллион) до 25 ppm (частей на миллион), и увеличение экономии топлива с 22,6 МНГ (9,6 км/л) до 25,5 МНГ (10,83 км/л) или увеличение на 12%. Предшествующее описание экспериментов относилось к частным вариантам изобретения в целях иллюстрации изобретения. Специалистам должно быть понятно, что из описанных экспериментов может быть получено множество модификаций, изменений и различных применений, не выходящих за рамки изобретения. Целью настоящего изобретения является включение всех таких модификаций и вариаций основного изобретения. Таблица 1. В таблице приведены результаты I EDAX анализа неизношенной поверхности подшипника Timken. Подшипник из опыта 8 проверяли в точке, примыкающей к рубцу на поверхности подшипника для определения того,присутствует ли цинк и фосфат в отсутствие эффекта полирования контакта между подшипником и обоймой. Было идентифицировано присутствие фосфата и цинка. Таблица 2. Приведены результаты динамометрического испытания на отремонтированном двигателе объемом 350 куб.дюймов(5735,45 куб. см), проведенного на фирме KimBarr Racihg Engines, Garland, Texas. Двигатель работал неустойчиво в течение 20 ч эксплуатации с использованием моторного масла Pennzoil 10W30. Перед испытанием измерили крутящий момент и мощность в лошадиных силах и затем обработали 4 унциями (118,30 мл) водного раствора неорганического полимерного комплекса,содержащего ионы молибдена. Увеличение крутящего момента в футо-фунтах и мощности в лошадиных силах на отремонтированном двигателе имело место как в абсолютном выражении так и в процентном отношении. Таблица 3. Приведены результаты анализа выхлопных газов, проведенного на шести автомобилях перед обработкой водным раствором неорганического полимерного комплекса, в сравнении с результатами, полученными через 15 мин после обработки неорганическим полимерным комплексом. Все испытанные автомобили показали снижение выделения углеводородов и моноокиси углерода. 14 ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ получения железофосфатного покрытия на металлических деталях в смазочном масле путем использования смазочной среды в качестве фосфатирующей ванны для обеспечения необходимого осаждения, отличающийся тем, что он включает образование неорганического полимерного комплекса путем (i) смешения в водной среде источника реакционноспособных NH2 групп с (а) гидроксидом щелочного металла для повышения рН раствора до более 12 для образования водного раствора гидроксида щелочного металла/аммония или (b) источником фосфорной кислоты для снижения рН до около 0 для образования кислой аммониевой соли, и (ii) смешения смеси, полученной на стадии (i) (а), с источником фосфорной кислоты или смеси, полученной на стадии (i) (b), с указанным гидроксидом со скоростью, достаточной для осуществления сильно экзотермической реакции, в результате которой в растворе в процессе образования неорганического полимерного комплекса содержатся реакционноспособные NH2 группы; добавление неорганического полимерного комплекса, полученного на этапе (i), путем медленной заливки в смазочное масло; образование эмульсии; и контактирование металлических деталей с полученной эмульсией для образования железофосфатного покрытия. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в водный раствор неорганического комплекса либо перед, либо после экзотермической реакции вводят источник ионов металла для образования неорганического полимерного комплекса металл-фосфат-щелочной металл. 3. Способ по п.2, отличающийся тем, что ионы металла выбирают из группы, включающей цинк, молибден или вольфрам. 4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что в водный раствор неорганического полимерного комплекса вводят водорастворимый гликоль. 5. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что смазочное масло находится в баке двигателя, который работает для образования эмульсии и для обеспечения контактирования подвижных и скользящих деталей с указанной эмульсией. 6. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что он включает следующие этапы: снижение рН водного раствора неорганического полимерного комплекса путем добавления минеральной или карбоновой кислоты; заливку раствора неорганического полимерного комплекса в бак для смазочного масла двигателей и моторов машин и машинного оборудования для образования эмульсии и обеспечения контакта раствора с металлическими деталями и получения в результате этого железофосфатного поверхностного слоя. 15 7. Способ нанесения фосфатсодержащего покрытия на внутреннюю поверхность бензинового или дизельного двигателя внутреннего сгорания для повышения эффективности работы упомянутого двигателя, отличающийся тем, что он включает этапы введения в масло в картере двигателя в условиях образования эмульсии неорганического полимерного комплекса, полученного путем смешивания водной среды, источника реактивных NH2 групп с гидроксидом щелочного металла для повышения рН водного раствора до более 12; смешивания с водным раствором источника фосфорной кислоты до получения рН около 0 со скоростью, обеспечивающей осуществление сильно экзотермической 16 реакции, в результате которой в растворе в процессе образования неорганического полимерного комплекса содержатся реактивные NH2 группы. 8. Способ по п.7, отличающийся тем, что рН водного раствора неорганического полимерного комплекса снижают до примерно 3 путем добавления фосфорной кислоты перед введением комплекса в картер. 9. Способ по любому из пп.7 или 8, отличающийся тем, что в комплекс добавляют молибденовую кислоту, в результате чего образовавшееся покрытие содержит молибден. Анализ выхлопныхгазов бензиновых двигателейМодель, двигатель, масло 1 МоноДвуокись углерода окись угСO2 (%) лерода CO

МПК / Метки

МПК: C23C 22/07

Метки: получения, железо-фосфатного, покрытия, cпособ

Код ссылки

<a href="http://easpatents.com/10-95-cposob-polucheniya-zhelezo-fosfatnogo-pokrytiya.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Cпособ получения железо-фосфатного покрытия.</a>

Похожие патенты