Разработка и исследование триботехнических свойств смазочных материалов, наполненных порошками геомодификаторов трения
На правах рукописи
ЗАРУБИН Василий Павлович
РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ТРИБОТЕХНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ СМАЗОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ, НАПОЛНЕННЫХ ПОРОШКАМИ ГЕОМОДИФИКАТОРОВ ТРЕНИЯ
Специальность 05.02.04 – Трение и износ в машинах
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Иваново - 2007
Работа выполнена в Ивановском государственном химико-технологическом университете
Научный руководитель: доктор технических наук, профессор,
МЕЛЬНИКОВ Вячеслав Георгиевич.
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор
Годлевский Владимир Александрович
кандидат технических наук, доцент
Иванов Анатолий Александрович
Ведущая организация: ОАО «Новая Ивановская Мануфактура»
Защита состоится «18» мая 2007 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 212.062.03 при Ивановском государственном университете по адресу: 153025, г. Иваново, ул. Ермака, д. 39, ауд. 459
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ивановского государственного университета
Автореферат разослан « » 2007 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета Наумов А.Г.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы. Повышение нагрузочно – скоростных параметров машин и механизмов всех отраслей промышленности невозможно без улучшения работы узлов трения. Повысить надежность и долговечность последних можно за счет применения новых смазочных материалов, присадок и наполнителей.
В последние годы широко используется в качестве наполнителя масел и смазок порошок измельченного природного серпентина. Использование серпентина в качестве наполнителя включает операции дробления минерала, тонкого помола и рассева фракций, отделения примесей, термической обработки, механоактивации и др. Природный серпентин содержит в виде примесей большое количество оксидов и других компонентов (алюминий, железо, никель, кремний, магний, асбест, шамот, базальт и др.), роль которых в зоне трения является неоднозначной. К недостаткам наполнителя можно отнести большой разброс по содержанию примесей и гранулометрическому составу измельченного минерала, присутствие в составе крупных твердых частиц, что может привести к абразивному износу антифрикционных сплавов.
Замена природного серпентина искусственным, свободным от указанных недостатков, который может быть получен в коллоидном состоянии, и не содержать грубых включений и примесей, является важной и актуальной задачей. При этом возможно замедление формирования коллоидных частиц серпентина и получение гетерогенной системы с нужным уровнем дисперсности.
Работа выполнена в соответствии с основными научными направлениями Ивановского государственного химико-технологического университета: Теоретические и прикладные исследования в области нанотехнологий и наноматериалов (2006 – 2010 г.).
Цель работы. Разработка и исследование триботехнических свойств смазочных материалов, наполненных порошками геомодификаторов трения.
Основные задачи исследования.
- Разработка и получение серпентиноподобных структур в условиях лаборатории;
- Исследование изменения триботехнических свойств масла наполненного порошками искусственных минералов;
- Оптимизация состава разработанных композиций по триботехническим показателям;
- Исследование влияния оптимальной смазочной композиции на детали пар трения из материалов с разной твердостью;
- Выдача рекомендаций для промышленного использования разработанных смазочных композиций.
Научная новизна работы. Использование в качестве наполнителя к смазочным материалам порошков искусственно полученного минерала. Выявлена зависимость изменения триботехнического состояния (коэффициент трения, интенсивность изнашивания и т.д.) контактной зоны от вида и количества разработанного (золь-гель технология и гидротермальный синтез) геомодификатора трения.
Практическая ценность работы.
- Разработаны смазочные составы для обработки пар трения, для масел общего и специального назначения (Решение о выдаче патента на изобретение по заявке № 2006108726/04 «Смазочный состав для обработки пар трения» от 26.01.2007. Решение о выдаче патента на изобретение по заявке № 2006108717/04 «Смазочный состав для обработки пар трения» от 26.01.2007.).
- Выданы рекомендации для промышленного использования указанного наполнителя.
- Накоплены экспериментальные материалы по действию различных геомодификаторов трения на физико – химические и трибологические свойства, которые используются при разработке новых смазочных композиций.
Реализация результатов работы. Результаты производственных испытаний подтвердили целесообразность использования разработанного наполнителя к индустриальным маслам и к турбинному маслу. Разработанный наполнитель успешно прошел производственные испытания в подшипниках турбин котельной очистных сооружений, подшипниках электродвигателей. Результаты исследований переданы на ОАО «Новая Ивановская Мануфактура» для реализации.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на Научно – практической конференции «Проблемы и перспективы развития с/х науки и АПК в современных условиях» (Иваново 2004), Международной научно – методической конференции «Актуальные проблемы и перспективы развития агропромышленного комплекса» (Иваново 2005), 57-й международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы науки в агропромышленном комплексе» (Кострома 2005), Научно-техническая конференции (Москва 2006), Научно-практической конференции «Современные развития АПК в работах молодых ученых и студентов ИГСХА» (Иваново 2006).
Публикации. По теме диссертационной работы имеется 13 публикаций.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, общих выводов, списка использованной литературы (103 источника) и приложений. Содержит 145 страниц печатного текста, 10 таблиц, 90 рисунков и фотографий.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обосновывается актуальность темы диссертации, обозначены цель и задачи исследования, сформулированы положения, выносимые на защиту.
В первой главе приведены данные о промышленном использовании геомодификаторов трения (ГМТ) в качестве наполнителей к смазочным материалам и применение смазочных композиций в узлах трения машин и механизмов. Приведен обзор литературных, патентных и рекламных данных по номенклатуре и свойствам выпускаемых смазочных материалов с ГМТ.
Влияние наполнителей на структуру и свойства смазок определяется их взаимодействием с загустителями и дисперсионной средой, а также действием на твердые частицы присутствующих в смазках присадок и естественных (или технологических) ПАВ. Большое значение имеют концентрация и дисперсность наполнителей, их предварительное модифицирование. Использованию наполнителей в смазках обычно предшествует их обработка (процессы диспергирования, фракционирования, очистки и активации), что, как и ряд других факторов, может существенно влиять на смазочное действие наполнителей.
Эффективность наполнителей определяется поверхностными явлениями, возникающими на границе раздела фаз. С уменьшением размера частиц наполнителя увеличивается удельная поверхность и соответственно возрастает роль поверхностных явлений и связанная с ними активность добавок.
Перспективным материалом для использования в качестве одного из компонентов специальных смазочных материалов для тяжело нагруженных узлов трения являются так называемые трансформационно-упрочненные керамические материалы.
Наиболее известными продуктами этого класса восстановителей являются: «Ремонтно-восстановительный состав - РВС технология», препараты фирмы «P.M. Ceramic», «Фокар», украинской корпорации «ХАДО».
Известно, что по химическому и фазовому составу порошки технологии РВС представляют собой классический магнезиально-железистый силикат (серпентин), являющийся формой целого ряда минеральных руд класса оливинов, конечными фазами которого являются форстерит (Mg2SiO4) и фаялит (Fe2SiO4).
Поскольку минералы, входящие в состав геомодификаторов, химически инертны, то на эксплуатационные свойства масел они действия не оказывают. Изначально ГМТ представляют собой абразивные невысокой твердости частицы. Попав в зону трущихся деталей, они под воздействием энергии трения вступают в реакцию с металлом и образуют на нем гладкий металлокерамический слой (согласно рекламных описаний), благодаря чему смазочные материалы с ГМТ могут применяться практически во всех машинах и механизмах.
Все известные фирмы, выпускающие металлокерамические восстановители в качестве наполнителя к маслам и смазкам применяют природный серпентин и его разновидности. Основным недостатком при этом является сложность измельчения минерала. В большинстве патентов, описывающих подобные процессы, размер частиц порошков серпентина находится в пределах 1 – 40 мкм. А это значит, что часть наполнителя может задерживаться фильтрами, попадая в зазоры трущихся поверхностей крупные частицы минерала, работают как абразивные. Как следствие применения таких наполнителей – высокие значения интенсивности изнашивания – 3,2-5,2 мкм/км, и высокие значения коэффициентов трения – 0,08-0,16. Кроме того, природный минерал – серпентин содержит большое количество примесей, которые оказывают негативное влияние на триботехнические свойства смазочных композиций.
Важным недостатком, на наш взгляд, является отсутствие исследований, систематических экспериментальных данных по работоспособности предлагаемых ГМТ. В технической литературе, патентах и многочисленных рекламах приводятся только данные по улучшению работоспособности отдельных видов техники. Совершенно отсутствуют теоретические предпосылки и обобщения, на основе которых делаются далеко идущие выводы о структуре поверхностного слоя в зоне трения после введения смазки с порошком геомодификатора, чаще всего серпентина.
Проведенный анализ литературных данных позволил определить цель и основные задачи исследований.
Во второй главе приведены методики триботехнических исследований, получения серпентиноподобных соединений, определения структуры полученных соединений и гранулометрического состава полученного различными способами порошка искусственного серпентина. Частичный вкладыш и контртело (рис. 1) были изготовлены из стали 45 (ГОСТ 1050) с поверхностной твердостью 45 – 48 HRC. Все образцы имели рабочие поверхности 8 класса шероховатости (ГОСТ 2789)
 | Рис.1. – Частичный вкладыш (а) и контртело (б) для проведения испытаний на трение и изнашивание. |
 | Рис. 2. Упрощенная схема узла трения машины СМТ – 1: 1 – нижний (вращающийся) вал; 2 – верхний (неподвижный) вал; 3 – нагружающее устройство; 4 – образец; 5 – контртело. |
Исследование триботехнических характеристик разработанных присадок проводилось на машине для испытания материалов на трение и износ модели СМТ-1 (рис.2).
При исследовании износостойкости образца в присутствии разработанной смазочной композиции были выбраны усредненные режимы трения, применительно к режимам работы большинства узлов трения машин и аппаратов: скорость скольжения составляла 1 м/с; нагрузка повышалась ступенчато до резкого увеличения момента трения; смазочная композиция вводилась в зону трения капельным способом – 8 – 10 капель в минуту.
Для определения более широких возможностей разработанных смазочных композиций, в работе предложено использовать схему трения с точечным контактом. Для этого на машину трения СМТ – 1 установили пару трения вращающийся диск – неподвижный шарик, рис. 3.
Рис. 3. Упрощенная схема узла трения машины СМТ – 1.
1 – нижний (вращающийся) вал; 2 – верхний (неподвижный) вал;
3 – нагружающее устройство; 4 – шарик; 5 – контртело, 6 – пара трения: диск – шарик.
Материал диска – сталь 45 с твердостью 45 – 50 НRC. Материал шарика – сталь ШХ 15. В качестве шарика использовалось тело качения шарикоподшипника № 111 с диаметром d = 10,32 мм.
По схеме трения вращающийся диск – неподвижный шарик фиксировались изменения коэффициента трения и изменения интенсивности изнашивания пары трения.
Поскольку, как известно из ранних работ, ГТМ организует на поверхностях контакта слой с повышенной микротвердостью, в работе исследовалось изменение микротвердости поверхностного слоя образцов при изнашивании на приборе микротвердости ПМТ-3.
Размер частиц порошков наполнителя, а также их твердость относятся к главным параметрам наполнителей смазочных материалов. Так, крупные и твердые частицы минерала, попадая в зону трения, приводят к повышенному износу за счет процесса микрорезания, высокому коэффициенту трения и, как следствие, быстрому выходу из строя узла трения. Для исследуемых наполнителей размер частиц не должен превышать 40 мкм. Это связано с условиями применения смазочных композиций, содержащих порошки наполнителей.
Размер частиц синтезированных минералов, в данной работе, определяли с помощью лазерного дисперсионного анализатора микрочастиц «Аnalizetter 22».
Исследование полученных разными методами порошков серпентина проводили на рентгеновском дифрактометре ДРОН-2,0 – общего назначения. Параметры измерений были выбраны следующие: напряжение на рентгеновской трубке U = 40 кВ; ток рентгеновской трубки I = 20 мА; скорость счетчика равна 4 мин -1, излучение - CuK.
Полученные экспериментальные данные подлежали математической обработке: определялись погрешности измерения, проводился статистический анализ случайных погрешностей при многократных измерениях, для основных зависимостей исследования составлялись математические модели.
В третьей главе представлены результаты лабораторных исследований трения и износа разработанных смазочных композиций и исследований по определению оптимальной концентрации разработанного геомодификатора трения в масле.
В разделе 3.1 представлены результаты исследований влияния минералов, полученных по золь-гель технологии, на основные триботехнические характеристики пар трения. Для сравнительной оценки разработанных наполнителей были исследованы зависимости коэффициента трения и интенсивности изнашивания от давления, при фиксированном пробеге, величины износа от пути трения при постоянном давлении на образцы. Эти характеристики определяют границы работоспособности пары трения.
Наполнители к минеральному маслу И-20 представляли собой искусственно полученные минералы: форстерит, серпентин, тальк, гель кремниевой кислоты. Попадая в зону трения частицы наполнителя, под действием давления, разрушаются с выделением тепла. В размягченные слои металла поверхности трения внедряются частицы наполнителя, образуя прочный металлокерамический слой. Образованный слой значительно снижает коэффициент трения, интенсивность изнашивания, обладает повышенной микротвердостью.
На рисунке 4 (а, б) представлены основные триботехнические показатели минерального масла И-20 наполненного разработанными соединениями.
Анализируя графики можно сделать вывод, что добавление в базовое масло И-20 наполнителей приводит к улучшению его триботехнических свойств. Из исследованных смазочных композиций следует выделить масло И-20 с 10% наполнителя (серпентин, полученный по золь-гель технологии). При введении в масло этого наполнителя коэффициент трения снижается более, чем в 5 раз при давлении до 3 МПа, интенсивность изнашивания уменьшается в 2 – 4 раза во всем диапазоне исследованных давлений. В дальнейших исследованиях большее значение уделялось серпентину, полученному по золь-гель технологии.
Закономерность интенсивности изнашивания смазки И-20 с 10% наполнителя – серпентина адекватно описывается полиноминальной регрессией 2-го порядка (рис. 4 – б).
а) б)
Рис. 4 Зависимость коэффициента трения – а и интенсивности изнашивания – б от давления.
– Для базового масла И-20 без наполнителей;
– Для масла И-20 с 10% мас. наполнителя (форстерит);
– Для масла И-20 с 10% мас. наполнителя (гель кремниевой кислоты);
- Для масла И-20 с 10% мас. наполнителя (серпентин, золь-гель технология);
– Для масла И-20 с 10% мас. наполнителя (тальк).
Точки – экспериментальные данные.
Преимущества наполнителя – серпентина, полученного по золь-гель технологии, подтвердились в паре трения с точечным контактом с аналогичным снижением коэффициента трения и интенсивности изнашивания. При такой схеме трения наполнитель – серпентин, полученный по золь-гель технологии, снижает коэффициент трения в 1,5 – 2 раза и снижает интенсивность изнашивания в 2 – 4 раза.
Для оптимизации количественного содержания серпентина, полученного по золь-гель технологии, в масле И-20 проводились эксперименты с различным содержанием наполнителя, средние значения которых представлены в табл. 1.
Для сравнительной характеристики в статистическом анализе использовали квадратичную регрессию для всех вариантов концентрации наполнителя (табл. 1):
1) f1 = 0,0007Р2 + 0,01Р + 0,09, (1)
2) f2 = -0,002Р2 + 0,05Р - 0,06, (2)
3) f3 = 0,005Р2 + 0,01Р - 0,04, (3)
4) f4 = 0,02Р2 - 0,15Р + 0,31, (4)
Таблица 1.
Основные триботехнические параметры смазки И-20 с наполнителем – серпентином, золь-гель технология
| N | Смазка | Параметры | Р, МПа | |||
| 2 | 3 | 4 | 5 | |||
| 1 | И-20 | f | 0,11 | 0,125 | 0,138 | 0,156 |
| I, мкм/км | 2,02 | 3,65 | 4,0 | 6,0 | ||
| 2 | И-20 + 1% | f | 0,025 | 0,057 | 0,093 | 0,115 |
| I, мкм/км | 2,02 | 1,31 | 1,05 | 0,81 | ||
| 3 | И-20 + 10% | f | 0,005 | 0,016 | 0,093 | 0,123 |
| I, мкм/км | 0,5 | 0,57 | 0,59 | 1,44 | ||
| 4 | И-20 + 30% | f | 0,09 | 0,028 | 0,037 | 0,056 |
| I, мкм/км | 1,03 | 0,9 | 0,5 | 0,4 | ||
Анализ уравнений (1…4), по значимости коэффициентов и по свободной третьей величине, позволяет сделать вывод, что наилучший вариант исследования: смазка №3 (И-20 + 10% наполнителя – серпентин, золь-гель технология).
Важным для исследования является влияние содержания в базовом масле серпентина, полученного золь-гель технологией, на величину интенсивности изнашивания пары трения при различных давлениях в контакте, см. табл. 1. По экспериментальным усредненным величинам вычислена зависимость I = (P). При расчете оказалось, что все варианты данных исследований хорошо согласуются с степенными регрессиями (при корреляции 0,84…0,99).
1) I = 2,16 Р0,23, (5)
2) I = 3,95 Р-0,98, (6)
3) I = 0,22 Р0,97, (7)
4) I = 2,4 Р-1,1, (8)
Установлено опытным и расчетным путем, что добавление в масло И-20 10% наполнителя – серпентина (золь-гель технология) увеличивает среднюю износостойкость пар трения (сталь-сталь) при давлении в контакте Р = (2…5) МПа в 5 раз.
В разделе 3.2 представлены результаты исследований влияния серпентина, полученного гидротермальным синтезом, на основные триботехнические характеристики пары трения.
Как показали результаты исследований, минералы, полученные по золь - гель технологии, улучшают триботехнические свойства минерального масла И-20. Кроме этой технологии был осуществлен гидротермальный синтез минералов. Основными отличиями двух способов получения минералов, являются температура и давление, присутствующие в гидротермальном синтезе. Под действием этих факторов образуются более прочные кристаллы, обладающие иными свойствами.
Для исследования процессов изнашивания было подготовлено три смазочных материала на основе минерального масла И-20 и 1%, 10% и 30% наполнителя серпентина, полученного гидротермальным синтезом (ГТС).
На рисунке 5 (а, б) представлены графики зависимостей основных триботехнических характеристик разработанных смазочных композиций.
Рассматривая полученные зависимости от содержания в масле наполнителя – серпентина, полученного гидротермальным синтезом, можно отметить:
- Оптимальной концентрацией искусственного наполнителя, в исследованных режимах трения, является 1% мас., имеющая меньшие значения фрикционных характеристик. При этом коэффициент трения снижается в 1,5 - 2 раза, а интенсивность изнашивания уменьшается в 5 раз.
а) б)
Рис. 5 Зависимость коэффициента трения – а и интенсивности изнашивания – б от давления.
– Для базового масла И-20 без наполнителей;
– Для масла И-20 с 1% мас. наполнителя (ГТС);
- Для масла И-20 с 10% мас. наполнителя (ГТС);
- Для масла И-20 с 30% мас. наполнителя (ГТС).
2. Оптимальным давлением, при котором искусственный наполнитель независимо от концентраций, показал лучшие характеристики, является р = 3 МПа.
В разделе 3.3 представлены результаты исследований влияния искусственно полученных серпентинов на триботехнические свойства пары трения, содержащий металл с низкой твердостью.
В узлах трения машин и механизмов, как правило, одна из деталей изготавливается из антифрикционного материала меньшей твердости.
На рисунке 6 представлены графики зависимостей триботехнических свойств смазочных композиций, содержащих, в качестве наполнителей, искусственные серпентины, полученные гидротермальным синтезом, по золь-гель технологии и природный серпентин. Материалами пары трения служили сталь 45 и баббит – Б-83. Из-за пластичности материала баббит Б-83 измерение интенсивности изнашивания методом искусственных баз не предоставлялось возможным (искусственную базу затягивало материалом образца). Поэтому изменение интенсивности изнашивания баббитовых вкладышей измерялось весовым методом.
Анализируя данные графиков можно сделать следующие выводы:
- Природный серпентин в масле проявил себя как противоизносная добавка. Присутствие его в масле снизило интенсивности изнашивания в 2 – 4 раза. Коэффициент трения при этом незначительно отличался от значений коэффициента трения масла без наполнителей.
Рис. 6 Зависимость коэффициента трения и интенсивности изнашивания от давления:
– Для базового масла Тп-46 без наполнителей;
- Для масла Тп-46 с 10% мас. наполнителя (золь-гель серпентин);
- Для масла Тп-46 с 10% мас. наполнителя (природный серпентин);
- Для масла Тп-46 с 10% мас. наполнителя (ГТС).
- Искусственный серпентин, полученный гидротермальным способом, обладал триботехническими характеристиками аналогичными природному наполнителю, но более высокой интенсивностью изнашивания.
- Лучшие триботехнические характеристики оказались у смазочной композиции, содержащей искусственный серпентин, полученный по золь-гель технологии. При использовании этой композиции коэффициент трения снизился в 5 – 10 раз, интенсивность изнашивания уменьшилась в 2 – 4 раза.
В разделе 3.4 представлены результаты рентгеноструктурного анализа порошков наполнителей.
В процессе проведения работы по созданию смазочной композиции было получено два искусственных наполнителя масел – серпентин, полученный по золь-гель технологии, и серпентин, полученный гидротермальным синтезом. Контроль полученных минералов проводили с помощью рентгеноструктурного анализа. По данным исследований, с помощью компьютерной программы, были построены рентгенограммы, представленные на рисунках 7 – 9.
| Рис. 7. Рентгенограмма порошка природного серпентина. | Рис. 8. Рентгенограмма порошка серпентина, полученного гидротермальным синтезом. |
 | Рис. 9. Рентгенограмма порошка серпентина, полученного по золь-гель технологии. |
Расшифровать рентгенограмму серпентина, полученного по золь-гель технологии, не удалось из-за отсутствия пиков. Это можно объяснить отсутствием крупных частиц и аморфностью структуры полученного порошка.
Рентгенограммы, порошков природного и гидротермального серпентинов, позволяют сделать выводы:
- Значения межплоскостных расстояний у порошка исследуемого природного серпентина совпали со справочными значениями.
- У гидротермального серпентина полного связывания гидроокиси магния и этилсиликата до серпентина не происходит. Причиной могли послужить не достаточно высокая температура и давление в процессе синтеза минерала. Но на рентгенограмме выделяются небольшие рефлексы, соответствующие серпентину.
В разделе 3.5 приводятся результаты контроля гранулометрического состава порошков наполнителя.
Анализируя данные лазерного дисперсионного анализатора микрочастиц «Analizetter 22» и фотографии (рис. 10) можно сделать вывод, что порошок, полученный по золь – гель технологии, имеет большее количество частиц наноразмеров.
| а) | б) |
 в) | Рис. 10. Порошки – наполнители (ГМТ): а – природный серпентин; б – серпентин, полученный гидротермальным способом; в – серпентин, полученный по золь-гель технологии. |
Размер и твердость частиц оказывают большое влияние на поверхности трения деталей. Фотографии поверхностей трения образцов, сделанные с помощью металлографического микроскопа, представлены на рисунке 11.
Фотографии поверхностей трения подтверждают предположение о том, что в процессе синтезирования искусственного серпентина по золь-гель технологии, получился порошок с частицами наноразмеров. Применение в качестве наполнителя такого порошка положительно влияет на триботехнические свойства смазочной композиции, снижая коэффициент трения и интенсивности изнашивания. На поверхностях трения стального вкладыша (рис. 11 - г) отсутствуют риски и царапины, что подтверждает отсутствие крупных и твердых частиц. Внедряясь в поверхность трения, наночастицы порошка искусственного серпентина образуют слой с повышенной микротвердостью, в 2 – 3 раза превышающей микротвердость до трения. Повышенная микротвердость оказывает непосредственное влияния на снижение интенсивности изнашивания и, как следствие, продления срока службы узла трения.
а) б)
в) г)
Рис. 11. Поверхности трения (х 500) стальных образцов после изнашивания:
а - в масле И-20 без наполнителей; б - в масле, с 10 % мас. порошка природного серпентина; в - в масле, с 10 % мас. порошка искусственного серпентина, полученного ГТС; г - в масле, с 10 % мас. порошка искусственного серпентина, полученного по золь-гель технологии.
Более наглядное изменение микротвердости поверхности трения стальных образцов можно проследить на графике изменения микротвердости поверхности трения от давления на образец, рисунок 12.
 | Рис. 12. Зависимость микротвердости поверхности трения от давления. - Для базового масла И-20. - Для масла И-20 с 10% наполнителя (природный серпентин) - Для масла И-20 с 10% наполнителя (ГТС) - Для масла И-20 с 10% наполнителя (серпентин полученный по золь-гель технологии). |
Общие выводы
- Разработаны и исследованы наполнители к смазочным материалам на основе порошков природного минерала – серпентина и искусственных серпентинов. Отработаны технологии получения порошков искусственных серпентинов: гидротермальный синтез и золь-гель технология.
- Разработанные технологии позволили получить порошки минералов класса силикатов: серпентина, форстерита, талька, гель кремниевой кислоты. Исследованиями установлено, что оптимальным наполнителем является искусственный серпентин, полученный по золь-гель технологии.
- Экспериментально доказано, что введение в базовое масло И-20 разработанного наполнителя приводит к улучшению его триботехнических свойств:
- уменьшению коэффициента трения в 5 – 10 раз, по сравнению с трением без наполнителя;
- снижению интенсивности изнашивания в 2 – 4 раз;
- повышению микротвердости стальных поверхностей трения в 2 – 3 раза.
- Определено, что наполнитель – порошок искусственно полученного серпентина оказывает положительное действие в различных схемах трения (контакт по поверхности и контакт в точке), режимах трения и материалах деталей пар трения.
- Исследование поверхностей контакта подтверждает появление на этих поверхностях слоя с повышенными механическими свойствами, способствующий улучшению триботехнических характеристик пар трения.
- Сопоставление межплоскостных расстояний, рассчитанных по рентгенограммам исследуемых веществ, с использованием справочных данных, подтвердило, что в процессе синтеза образуются системы, схожие с природным минералом серпентином.
- Разработанная композиция успешно апробирована в узлах трения различного назначения.
Основные положения диссертации изложены в следующих публикациях:
1. Зарубин В.П., Мельников В.Г., Терентьев В.В. Исследование влияния на микротвердость поверхности пар трения смазочных композиций, наполненных порошками силикатов. // Известия высших учебных заведений. Химия и химическая технология. Т. 50. Вып.1. Иваново. 2007. 0,07 п.л.
2. Зарубин В.П., Мельников В.Г., Терентьев В.В., Юдина Т.Ф. Исследование свойств пластичных смазок с омедненным порошком графита. // Эффект безызносности и триботехнологии. 2004 г. №1. 0,25 п.л.
3. Зарубин В.П., Терентьев В.В. Реализация безызносного трения в маслах с геомодификаторами. Материалы научно-практической конференции «Проблемы и перспективы развития сельскохозяйственной науки и АПК в совремнных условиях» Иваново: ИГСХА, 2004. 0,06 п.л.
4. Зарубин В.П., Терентьев В.В., Мельников В.Г. Исследование возможности применения в качестве присадки к смазочным материалам аналога геомодификатора. Сборник материалов международной научно-методической конференции «Актуальные проблемы и перспективы развития агропромышленного комплекса» Иваново: ФГОУ ВПО ИГСХА, 2005. 0,06 п.л.
5. Зарубин В.П., Мельников В.Г. Исследование свойств искусственного геоактиватора в качестве наполнителя смазочных материалов. Материалы научных докладов 4-й международной научно-технической интернет-конференции «Новые материалы и технологии в машиностроении». Брянск: БГИТА, 2005. 0,19 п.л.
6. Зарубин В.П., Терентьев В.В. Разработка перспективных смазочных материалов для узлов трения сельскохозяйственной техники. Материалы 57-й международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы науки в агропромышленном комплексе». В 5т. Т 5. – Кострома: КГСХА, 2006. 0,06 п.л.
7. Зарубин В.П., Терентьев В.В. Исследование жидких смазочных материалов с применением геоактиваторов. Материалы 57-й международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы науки в агропромышленном комплексе». В 5т. Т 5. – Кострома: КГСХА, 2006. 0,13 п.л.
8. Зарубин В.П. Исследование свойств геомодификатора в качестве наполнителя смазочных материалов. Труды научно-практической конференции «Современные проблемы развития АПК в работах молодых ученых и студентов ИГСХА». Иваново: ИГСХА, 2006. 0,19 п.л.
9. Зарубин В.П., Мельников В.Г. Исследования процессов на поверхностях контакта металлов при изнашивании в маслах с нанопорошками геомодификаторов трения. Материалы Международной научно-практической конференции «Нанотехнологии и информационные технологии – технологии 21 века». М.: Изд-во МГОУ, 2006. 0,06 п.л.
10. Положительное решение о выдаче патента РФ по заявке №2006108726/04 (009491) «Смазочный состав для обработки пар трения». Зарубин В.П., Мельников В.Г.
11. Положительное решение о выдаче патента РФ по заявке №2006108717/04 (009482) «Смазочный состав для обработки пар трения». Зарубин В.П., Мельников В.Г.
12. Зарубин В.П., Мельников В.Г. Исследование триботехнических свойств масел с силикатными наполнителями. Материалы Международной научно-методической конференции, посвященной 90-летию академика Д.К. Беляева «Актуальные проблемы и перспективы развития агропромышленного комплекса». Иваново, Россия, 2007. 0,12 п.л.
13. Зарубин В.П., Аль-Сабти Хайдар А. Триботехнические свойства пластичных смазок, наполненных твердыми смазочными материалами. Материалы Международной научно-методической конференции, посвященной 90-летию академика Д.К. Беляева «Актуальные проблемы и перспективы развития агропромышленного комплекса». Иваново, Россия, 2007. 0,12 п.л.
ЗАРУБИН Василий Павлович
РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ТРИБОТЕХНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ СМАЗОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ, НАПОЛНЕННЫХ ПОРОШКАМИ ГЕОМОДИФИКАТОРОВ ТРЕНИЯ
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
