автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.04, диссертация на тему:Нанотрибоэлектрохимические технологии при реализации эффекта безызности в водно-спиртовых средах

На правах рукописи

'/о *

КОСОГОВА Юлия Павловна

НАНОТРИБОЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРИ РЕАЛИЗАЦИИ ЭФФЕКТА БЕЗЫЗНОСНОСТИ В ВОДНО-СПИРТОВЫХ СРЕДАХ

Специальность 05.02.04. - Трение и износ в машинах

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

СЮ34883Ь2

Ростов-на-Дону 2009г.

003488352

Работа выполнена на кафедре «Химия» государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Донской государственный технический университет».

Научные руководители:

Заслуженный деятель науки РФ, лауреат премии Президента РФ, доктор технических наук, профессор Кужаров А. С.

доктор технических наук, доцент Бурлакова В. Э.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Кохановский В.А. кандидат технических наук Акимова Е.Е.

Ведущая организация:

ФГУП "Особое конструкторско-технологическое бюро «Орион»" г. Новочеркасск.

Защита состоится «22» декабря 2009 г. в 10.00 часов на заседании диссертационного Совета Д 212.058.02 в Донском государственном техническом университете (ДГТУ) по адресу: 344000, г. Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, 1, ауд. 252.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ДГТУ.

Отзыв в двух экземплярах, заверенных печатью, просим высылать в Диссертационный совет по указанному адресу.

Автореферат разослан « .-\-У » И ОЛ- СгиЯ.^ 2009г,

Ученый секретарь

Диссертационного совета, л

д.т.н., проф. Ц-UfrrthJ В.С.Сидоренко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В настоящее время одной из наиболее динамично развивающихся областей научного знания стала сфера изучения наноразмерных объектов и систем, которые проявляют принципиально новые свойства и обладают огромным потенциалом в развитии реального сектора экономики.

В 2009 году применительно к технологиям по управлению in situ триботехническими свойствами металлов электрохимическими методами за счет целенаправленного формирования на их поверхностях нанокри-сталлических и, вследствие этого, безызносных металлических пленок, был предложен термин «нанотрибоэлектрохимические технологии», в наибольшей степени соответствующий тем процессам и явлениям, которые происходят в зоне фрикционного контакта при самоорганизации и реализации эффекта Гаркунова (избирательный перенос, эффект безыз-носности при трении).

В настоящее время создан ряд эффективных гибридных технологий для получения нанокластеров мягких металлов и разработаны ме-таллоплакирующие смазочные композиции, основным функциональным компонентом которых являются наноразмерные порошки металлов, их сплавы и химические соединения. Использование таких смазочных материалов снижает трение и износ в различных парах трения, обеспечивая в предельном случае сверхантифрикционность (/i = 103) и безызносность

(ih = ia12).

Одновременно с этим известно, что достижение указанных рекордных триботехнических характеристик трибосолряжения, например, в классической трибосистеме «медь - глицерин - сталь», сопровождается значительным приработочным износом и происходит в течение длительного (измеряемого часами) времени, что ограничивает широкое использование избирательного переноса в реальных машинах и механизмах.

В связи с этим, разработка нанотрибоэлектрохимических технологий получения металлоплакирующих смазок и управления эволюцией трибосистем при их самоорганизации и выходе на режим безызносности при трении является актуальной задачей и требует детального исследования физико-химических свойств поверхности трения и смазочного материала в сопоставлении с триботехническими характеристиками различных трибосопряжений.

Такого рода исследования применительно к водным растворам многоатомных спиртов, за исключением водного раствора глицерина, с нанокластерами меди, свинца и палладия до проведения настоящей работы были неизвестны.

Целью настоящей работы является исследование влияния на-нотрибоэлектрохимических технологий на эволюцию самоорганизующихся трибосисгем, реализующих эффект Гаркунова при трении, сокращение времени их перехода в режим безызносности, и расширение на этой основе номенклатуры металлоплакирующих смазочных материалов.

Для осуществления поставленной цели необходимо решение следующих задач:

1. Разработка нанотрибоэлектрохимических технологий регулирования триботехнических характеристик самоорганизующихся трибо-сопряжений, в частности трибоэлектрохимического способа легирования смазочных материалов стабилизированными нанокластерами меди, свинца и палладия.

2. Проведение сравнительного анализа и идентификация продуктов звукоэлектрохимической и трибоэлектрохимической обработок модельных смазочных композиций.

3. Исследование размеров и формы стабилизированных в водно-органических средах наноструктур меди, свинца и палладия, полученных с помощью нанотрибоэлектрохимических технологий.

4. Изучение влияния размера и концентрации наночастиц металлов, используемых в качестве металлоплакирующих компонентов, на триботехнические характеристики трения металлов в вводно-спиртовых средах, возможность реализации в них избирательного переноса и сокращения времени выхода на режим безызносности.

5. Исследование взаимосвязи химического строения полиатомных спиртов, природы и дисперсности мягких металлов с триботехниче-скими характеристиками реальных трибосопряжений.

Научная новизна:

1. Показано, что введение в состав смазочного материала нанок-ласгеров меди, свинца и палладия приводит к образованию на поверхности фрикционного контакта как в паре трения сталь-сталь, так и в паре трения^ бронза-сталь наноструктурированной защитной пленки, обладающей, вследствие своей наноструктуры, свойствами квазижидкости и обеспечивающей безызносность и сверхантифрикционность.

2. Обнаружено, что время перехода в режим безызносности и достижения необходимой для начала формирования сервовитной пленки концентрации нанокластеров металлов в составе смазочного материала при использовании нанотрибоэлектрохимических технологий в трибоси-стемах «сталь-водный раствор спирта-сталь» и «сталь-водный раствор спирта-бронза» определяется природой металла пленкообразователя и сокращается в ряду свинец - медь - палладий.

3. Доказано, что продукты топохимических реакций, образующихся при моделировании условий фрикционного контакта электролизом в ультразвуковом поле тождественны продуктам трибохимических превращений при реализации эффекта безызносности.

Практическая ценность:

1. Разработана технология получения наноразмерных кластеров меди, свинца и палладия, заключающаяся в электровосстановлении из водных растворов полиатомных спиртов металла пленкообразователя на поверхности фрикционного контакта при одновременной непрерывной механической деформации.

2. Показано, что образующаяся при трении стали по стали на сопряжённых поверхностях в смазочных средах с нанокпастерами металлов наноструктурированная медная, свинцовая или палладиевая плёнка, обеспечивает снижение коэффициентов трения до 10'3 и интенсивности износа до 10"12.

3. Установлено, что интенсификация процессов кластерообразо-вания и переноса металла электролизом при трении уменьшает время, необходимое для выхода системы на режим избирательного переноса в 1,5 - 2 раза.

4. На примере 50% водного раствора сорбита показано, что замена нанокластеров свинца на нанокластеры палладия приводит к снижению коэффициента трения в паре сталь-сталь почти в 60 раз.

5. Расширена номенклатура полиатомных спиртов, используемых в качестве модельных смазочных сред, обеспечивающих избирательный перенос в парах трения бронза-сталь и сталь-сталь. Показано, что эритрит, арабит и сорбит являются более эффективными компонентами смазочных материалов для реализации избирательного переноса, чем глицерин.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на Международной научно-практической конференции «Проблемы трибоэлектрохимии», Новочеркасск, 16-19 мая 2006; Международной научно-практической конференции «Славянтрибо», Рыбинск-Санкг-Петербург-Пушкин, 2006; Международной научно-технической конференции «Эффективные технологические процессы в металлургии, машиностроении и станкоинструментальной промышленности», Ростов-на-Дону, 3-5 сентября 2007; VI Международной научно-практической конференции «Проблемы синергетики в трибологии, трибоэлектрохимии, материаловедении и мехатронике», Новочеркасск, 2 ноября 2007; Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы трибологии», Самара, июнь 2007; VII Международной научно-технической конференции «Инженерия поверхности и реновация изделий», Ялта - Киев, 29-31 мая 2007; IX международном семинаре по магнитному резонансу (спектроскопия, томография, экология), Ростов-на-Дону, 15-20 сентября 2008; V международной конференции по новым технологиям и приложениям современных физико-химических методов для изучения окружающей среды, Ростов-на-Дону, 1-5 июня 2009.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 13 печатных работ, в том числе 2 статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ и 1 патент РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, общих выводов и списка использованных источников из 117 наименований. Работа изложена на 165 страницах, содержит 71 рисунок, 12 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цель работы, научная новизна и практическая значимость диссертационной работы.

Глава 1. ИЗБИРАТЕЛЬНЫЙ ПЕРЕНОС В ТРИБОЛОГИЧЕ-СКИХ СИСТЕМАХ С НАНОМОДИФИКАТОРАМИ

Представлен литературный обзор по реализации избирательного переноса в трибологических системах с наномодификаторами, обсуждены основные физико-химические характеристики наноразмерных частиц металлов, способы их получения и эффективность в различных по своей природе смазочных материалах.

На основании приведенного обзора литературы обоснована необходимость изучения триботехнических характеристик смазочных материалов с наноразмерными кластерами металлов, как основы для разработки базисных самоорганизующихся трибосистем, призванных обеспечить повышение конкурентоспособности продукции отечественного машиностроения.

Глава 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ Представлены характеристики материалов, оборудования и методики, применяемые в ходе проведения экспериментальных исследований.

В качестве материалов трущихся тел для исследования трибологических свойств использовались образцы, изготовленные из стали-45, стали ШХ-15 и бронзы БРОФЮ-1.

В качестве смазки использовали 50% водные растворы метанола и систематического ряда полиатомных спиртов: этиленгликоля, глицерина, эритрита, арабита, сорбита:

СН3 СН2-СН2 СН2-СН-СН2 СН2~ СН - СН - СН2 III III lili ОН он он он он он он он он он

метанол этиленгликоль глицерин эритрит

СН2-СН-СН-СН-СН2 СНг-CH-CH-CH-CH-СН2

I lili I I I I I I

ОН ОН он он ОН ОН ОН ОН ОН ОН ОН арабит сорбит

б

Трибологические испытания проводились на ЧШМ по ГОСТ 9490-75, торцевой машине трения типа АЕ-5 и прецизионном три-бометре TR-2,

Изучение топографии поверхностей трения, размеров и формы металлических кластеров проводилось методами АСМ и РЭМ с использованием зондового микроскопа Solver Р47Н и растрового электронного микроскопа Quanta 200.

Спектральные характеристики продуктов трибохимических, три-боэлектрохимических и звукоэлектрохимических реакций получены в видимой области с использованием цифрового спектрофотометра PD-303UV, а ИК-спектры выделенных стабилизированных нанокластеров - на спектрофотометре Specord IR-71.

Глава 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТА И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ 3.1. Исследование триботехнических свойств пары трения бронза-сталь

Сравнительный анализ триботехнических характеристик пары трения бронза-сталь, полученных с использованием торцевой машины трения типа АЕ-5 в водных растворах многоатомных спиртов, показывает, что одновременное увеличение атомности спирта и длины углеводородного радикала, при переходе от этиленгликоля', в котором, хотя и наблюдается незначительное уменьшение коэффициента трения за время наблюдений, избирательный перенос не реализуется, к сорбиту, приводит к сокращению времени выхода на режим безыз-носного трения (рис.1), о чем свидетельствует дос-

" При трении медных сплавов по стали в одноатомных спиртах: метаноле, этаноле, пропаноле и т.д., избирательный перенос, как известно, не реализуется.

0,25 ,

О 10000 20000 30000 40000 50000

Время,с

Рис.1. Зависимость коэффициента трения от времени фрикционного взаимодействия пары трения бронза-сталь (У=0,26 М;С-1, Р=7,5 МПа, Т=70°С) на торцевой машине трения типа АЕ-5 в 50% водных раство-рах: 1- этиленгликоля, 2 - глицерина, 3 - арабита, 4 - сорбита.

тижение сверхнизких коэффициентов трения г 5-Ю"3 в исследуемых три-босистемах.

Представленные результаты можно объяснить, если предположить, что для самоорганизации трибосистемы «медный сплав - раствор спирта - сталь» и перехода её в режим безызносности необходимо накопление в составе смазки наноразмерных медьсодержащих продуктов, при достижении критических концентраций которых самопроизвольно и быстро формируется сервовитная пленка.

В таком случае становится очевидным, что введение в состав смазочной среды нанокпастеров меди должно, по крайней мере, сокращать время выхода на режим безызносного трения.

Последнее подтверждается в условиях прецизионного трибологиче-ского эксперимента. В средах, содержащих порошок меди с размером частиц более 1мкм, избирательный перенос за время эксперимента (=400с) не реализуется, а получаемая трибо-грамма не отличается от трибограммы исходной водно-глицериновой смеси (рис.2). В тоже время введение нанокпастеров меди сразу приводит к характерному для установившегося режима коэффициенту трения (рис.3), т.е. сокращение времени самоорганизации и перехода в режим безызносности, судя по полученным данным, представляется бесспорным.

Учитывая полученный результат, показывающий, что для сокращения времени выхода трибологической системы на режим избирательного переноса и формирования сервовитной пленки на поверхности трения необходима не только критическая концентрация медьсодержащих продуктов, но и их нанометричный размер, в работе продемонстрирована возможность трибоэлектрохимического регулирования параметров трения, заключающегося в проведении в ходе фрикционного взаимодействия электролиза раствора спирта с использованием в качестве анода компактного металла кластерообразователя, а в качестве катода - поверхности трения.

Рис.2. Зависимость коэффициента трения (1) и силы трения (2) от изменения удельной нагрузки (3) при условиях: Т=60°С, \/=1м-с_1 при трении в системе «сталь - водный раствор глицерина - бронза».

0.4

и А

Г 03

§ 0,2

•е-

-е-

5 0.1

К

Г 6 - 30

"й 14

§4 20

о л лГ

ь и

я &

а

-¡310 к

- 0 - 0

0 100 200 300 400 Время, с

Рис.3. Зависимость коэффициента трения (1) и силы трения (2) от изменения удельной нагрузки (3) при условиях: Т=60°С, У=1м-с'1 при трении в системе «сталь - водный раствор глицерина с нанокластерами меди -бронза».

Установлено (рис.4), что интенсификация процесса кластерообразования электролизом в процессе трения более чем в два раза уменьшает время, необходимое для выхода на режим сверхантифрикционности и безызносности. При этом независимо от атомности используемых спиртов и режимов трибоэлектрохимиче-ской обработки конечным результатом эволюционных изменений поверхности фрикционного контакта при самоорганизации пары трения бронза-сталь являются практически одинаковые структуры поверхностных слоев, что проявляется в практическом равенственаб-людаемых коэффициентов трения (рис.4).

О 10000 20000 ЗОООО 40000 60000

Время, с

Рис.4. Зависимость коэффициента трения от времени фрикционного взаимодействия пары трения бронза-сталь (\/=0,26 м-с" \ Р=7,5 МПа, Т=70°С) на торцевой машине трения типа АЕ-5 в 50% водных растворах: 1 - глицерина, 2 - глицерина при трибо-, электрохимической обработке с медным анодом, 3 - сорбита, 4 - сорбита при трибоэлектрохими-ческой обработке с медным анодом.

Таким образом, показано, что использование нанотрибоэлекгро-химичес-кой технологии, обеспечивающей накопление в смазочной среде нанокластеров меди, способствует более быстрому переходу трибологи-ческой системы «бронза - многоатомный спирт - сталь» в режим безыз-носности, а трибоэлектрохимическое регулирование является одним из способов управления самоорганизацией при переходе в режим безызнос-ного трения.

3.2. Исследование триботехнических свойств пары трения сталь-сталь в растворах полиатомных спиртов и наномоди-фицированных металлоплакирующих смазок на их основе

3.2.1.Точечный контакт

Сравнение зависимости диаметра пятна износа от нагрузки по результатам испытания на ЧШМ водных растворов полиатомных спиртов (рис.5) обнаруживает явное влияние атомности спирта на триботехни-ческие свойства исследуемых растворов: увеличение атомности при переходе от одноатомного метанола к шестиатомному сорбиту в ряду метанол, этиленгликоль, глицерин, эритрит, арабит, сорбит приводит к значительному (более чем в 2 раза) улучшению противозадирных свойств (увеличению Рк и Рс).

4

м 9

3,5

2

3

И

о 2.5

о

X

(•>

2

га

X

ь 1.5

к

с

о. 1

ь

а>

г га 0.5

X

СС 0

1000

1500

2500

Нагрузка, Н

Рис.5. Сравнение триботехнических свойств растворов спиртов: 1-ЗМ раствор метанола; 2-ЗМ раствор этиленгликоля; З-ЗМ раствор глицерина; 4-ЗМ раствор эритрита; 5-ЗМ раствор арабита; 6-ЗМ раствор сорбита; 7-50% водный раствор сорбита; 8-50% водный раствор сорбита после 3 часов электролиза с медным анодом в ультразвуковом поле; 9-50% водный раствор сорбита после 5 часов электролиза с медным анодом в ультразвуковом поле.

Введение наноразмерных частиц переходных металлов, полученных звукоэлектрохимической технологией, т.е. электролизом водного раствора спирта с медным или свинцовым анодом или раствора РсЮг на платиновых электродах в ультразвуковом поле, дополнительно увеличивает как Рк, так и Рс по сравнению с основой. Увеличение концентрации наноразмерных кластеров металлов в исследуемых смазочных композициях за счет увеличения времени звукоэлектрохимической обработки водного раствора спирта не зависимо от природы спирта также способствует росту Рк и Рс (рис.5 кривые 8, 9).

Наноразмерные частицы разных металлов дают разный трибо-технический эффект. Ультрадисперсные медь и палладий, характеризуются лучшими триботехническими показателями, чем кластеры свинца. В сопоставимых условиях Рк, Рс и И3 повышаются при введении в смазку кластеров разных металлов на 7-50% (табл.1,2), а диаметр пятна износа в часовых испытаниях уменьшается на 25-35% по сравнению с основой в ряду свинец - медь - палладий (рис.б).

Таблица 1.

Противозадирные свойства водных растворов глицерина _____в присутствии нанокластеров металлов _______

Время Рк Рс Из Диаметр пятна износа, мм

обработ- РЬ Си Р6 РЬ Си Рй РЬ Си Рс! РЬ Си Р<1

ки, ч

1 784 820 1235 1235 1235 1744 38,3 38,0 45,8 0,97 0,95 0,93

2 820 820 1372 1235 1372 1744 36,8 40,4 50,4 0,95 0,92 0,90

3 980 980 1470 1235 1372 1840 47,5 45,7 49,2 0,93 0,88 0,85

4 980 1038 1568 1372 1470 1840 53,4 54,5 51,5 0,90 0,84 0,80

5 980 1098 1568 1372 1470 1960 54,3 57,9 60,7 0,87 0,80 0,70

Таблица 2.

Противозадирные свойства водных растворов сорбита ________в присутствии нанокластеров металлов____________

Время обработки, ч Рк Рс Из Диаметр пятна износа, мм

РЬ Си Рс) РЬ Си Рс) РЬ Си Рс) РЬ Си Рс1

1 1235 1235 1840 1744 1840 2200 50,7 48,9 80,6 0,8 0,74 0,74

2 1235 1235 1960 1840 1960 2450 56,8 59,7 85,3 0,78 0,7 0,7

3 1235 1300 1960 1960 1960 2450 64,6 70,9 89,8 0,76 0,64 0,58

4 1372 1372 2068 1960 2068 2560 65,7 76,0 92,5 0,74 0,58 ' 0,55

5 1372 1372 2068 2068 2200 2560 70,9 83,9 93,4 0,7 0,55 0,54

Полученные результаты позволяют предполагать, что наблю-

даемое в эксперименте увеличение Рк, Рс и И3, а также уменьшение диаметра пятен износа при испытаниях на ЧШМ, в ряду РЬ, Си и Рс) может быть связано с облагораживанием поверхности трения вследствие увеличения электродного потенциала, а также с большей устойчивостью кластеров в указанном ряду металлов, что приводит к формированию и в растворе, и на поверхности трения наноструктур с более мелким зерном и их большей механической прочностью.

держащих 50% водные растворы спиртов после 5 часов звукоэлектрохимической обработки, на ЧШМ (часовые испытания при нагрузке 235Н).

3.2.2.Контакт площадей

Показано, что нанотрибоэлектрохимическая технология регулирования состава смазочных материалов на основе водных растворах многоатомных спиртов с нанокластерами переходных металлов (Си, Рс1, РЬ) способствует реализации избирательного переноса при контакте площадей и в паре трения сталь-сталь. При этом, как и при трении бронзы по стали, увеличение длины углеводородного радикала и атомности спирта сокращает время выхода на режим безызносности (рис.7).

Итогом самоорганизации и в этом случае являются сверхнизкие, не зависящие после выхода на режим безызносности от природы спирта, коэффициенты трения, что также свидетельствует о схожести механизмов трения в рассматриваемых системах.

О 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000 45000 50000

Время, с

Рис.7. Зависимость коэффициента трения от времени фрикционного взаимодействия пары трения сталь-сталь (У=0,26 м-с"1, Р=7,5 МПа, Т=70°С) на торцевой машине трения типа АЕ-5 в 50% водных растворах посла трибоэлектрохимической обработки с медным анодом: 1-этиленгликоль; 2-глицерин; 3-эритрит; 4-арабит; 5-сорбит.

Природа спирта и нанокластеров металлов в составе металло-плакирующих композиций предопределяет время приработки пары сталь-сталь, что проявляется в закономерном сокращении времени перехода трибологической системы в режим безызносности и снижении коэффициента трения (рис.8) в ряду спиртов глицерин - эритрит - арабит -сорбит и металлов свинец, медь, палладий.

Металлоплакирующие композиции, содержащие нанокластеры меди и палладия, обладают лучшими антифрикционными и противоиз-носными свойствами, чем смазочные композиции с нанокластерами свинца, в частности трибосистема сталь-сорбит-сталь, содержащая нанокластеры палладия, характеризуется коэффициентом трения почти в 60 раз меньшим, чем такая же с нанокластерами свинца.

Вместе с падением коэффициента трения в исследуемых системах, наблюдается уменьшение на порядок интенсивности изнашивания (табл.3).

Коэффициент трения

<¿71

I

и

РЬ

Си

Pd

сорбит

этилен- глицерин эритрит арабит гликоль

Рис. 8. Зависимость коэффициента трения от атомности спирта и природы металла после трибоэлектрохимического взаимодействия в паре сталь-сталь в течение 4 часов (N/=0,26 м-с"1, Р=7,5 МПа).

Таблица 3

Значения интенсивности изнашивания в паре трения сталь-сталь

Спирт Нанокластеры металлов Износ, г-см'3 ' 1 . / . Интенсивность изнашивания

глицерин медь 7,9x10-" 8х1012

сорбит медь 2,1x10" 2,3х1012

сорбит свинец 1,2х10'10 1,1x10"

глицерин палладий 9,6x10" 0,8x10-"

арабит палладий 1,1x10" 0,9х1012

Результаты полученных в работе экспериментальных данных свидетельствуют, что как сама возможность реализации избирательного переноса при трении, так и время выхода на режим сверхантифрикцион-ности и безызносности зависят и определяются:

• атомностью спирта, увеличение которой улучшает триботех-нические свойства исследуемых трибосистем;

• природой металла пленкообразователя, увеличение электродного потенциала которого приводит к сокращению времени самоорганизации трибосопряжений и уменьшению коэффициента трения;

• размерами кластеров металла, чем больше дисперсность, тем меньшее время необходимо для самоорганизации трибосистемы.

3.3. Физико-химическое обоснование нанотрибоэлектро-химических технологий

3.3.1. Спектрофотометрические исследования

Сравнительные спектрофотометрические исследования в видимой области водных растворов полиатомных спиртов, содержащих на-нокластеры меди, полученные в результате звукоэлектрохимической и трибоэлектрохимической обработок, а также при трении бронзы по стали свидетельствуют об их качественной идентичности. Во всех полученных спектрах наблюдаются две полосы поглощения (рис.9) в области 5001000 нм. Полоса с Атах=бб0 нм соответствует сЫ-переходам меди комплексных соединениях меди. Полоса с Атах=940-9б0 нм соответствует плазмонному поглощению золя меди и обусловлена наличием в составе смазки наночастиц меди с достаточно высокой степенью агрегации.

Интенсивность наблюдаемых полос зависит от скорости образования комплексных соединений и нанокластеров меди и определяется видом энергетического воздействия на систему и временем проведения соответствующей обработки. При этом видно, что активация протекающих топохимических реакций ультразвуком с электровосстановлением эффективнее как трения, так и трения с электровосстановлением.

Последнее, а именно, значительное уменьшение скорости кластеризации в условиях фрикционного взаимодействия обуславливает длительный переходный период в режим безызносности, а его сокращение может быть достигнуто соответствующим комбинированным энергетическим (электролиз + ультразвук или электролиз + трение) воздействием на смазочный материал.

Таким образом, спектроскопия в видимой области даёт прямые экспериментальные доказательства образования нанокластеров меди как в процессах нанотрибоэлектрохимических технологий, так и при трении.

0,6

о -I---,--------------,---------,—.......... ,----------------,

500 600 700 800 900 1000

Длина волны, нм

Рис.9. Спектры в видимой области относительно исходного 50% водного раствора сорбита: 1 - после электрохимической обработки с медным анодом в ультразвуковом поле; 2 - после трибоэлектрохими-ческой обработки в паре сталь-сталь с медным анодом; 3 - после фрикцион-ного взаимодейст-вия в паре бронза-сталь.

3.3.2. ИК-спектроскопия смазочных композиций

Сравнение ИК-спектров отработанных водных растворов спиртов при трении в режиме безызносности и при получении металлоплакирую-щих композиций с наноразмерными кластерами переходных металлов с исходными свидетельствует о том, что стабилизация наночастиц металлов в исследуемых смазочных средах происходит за счет продуктов три-бохимических превращений полиатомных спиртов, которые формируют защитную пленку на поверхности образующихся наночастиц. Возникающая на поверхности трения наноструктура металла также защищена серфинг пленкой, состоящей из продуктов трибохимических реакций окисления, комплексообразования и полимеризации смазочной среды, что способствует снижению коэффициента трения.

3.3.3. Исследование размеров и формы кластеров

АСМ выделенных кластеров меди и палладия, полученных при трении и в модельных условиях, позволяет утверждать (рис.11), что

в водных растворах полиатомных спиртов происходит образование кластеров с размерами от 20 до 200 нм с разной степенью агрегации.

кластеры меди кластеры палладия

Рис.11. АСМ нанокласгеров металлов, полученных при электрохимической обработке 50% водных растворов сорбита в ультразвуковом поле.

а б

Рис. 12. РЭМ кластеров, выделенных из растворов сорбита после трибоэлектрохи-мической обработки в паре трения сталь-сталь: а - электролиз с хлоридом палладия, б - электролиз с медным анодом.

Полученные данные показывают, что при прочих равных условиях образующиеся кластеры палладия всегда меньше кластеров меди и свинца. Результаты РЭМ (рис.12) хорошо согласуются с выводами АСМ.

3.3.4. Исследование поверхности трения

Изучение топографии поверхности трения с использованием метода АСМ, обнаруживает на поверхности стали в условиях безызносно-го трения образования с характерными размерами около 30 нм, что подтверждает участие наноструктур металлов пленкообразователей в механизме фрикцион-ного взаимодействия при реализации избирательного переноса (рис.13).

3.3.5. Трибохимические реакции в условиях безызносно-го трения

В работе предложена схема (рис.14) трибохимических превращений полиатомных спиртов на примере сорбита, которая в принципе отражает все, наблюдаемые при физико-химических исследованиях эффекты трибохимических превращений модельных смазочных композиций.

О О

Рис. 13. АСМ-изображение кластеров меди на поверхности образца, полученных после трибоэлектрохимической обработки в паре трения сталь-сталь с медным анодом в растворе сорбита.

Сервозитная пленка

Комплексные соединения

СН? - СН - СН - С = СН - СНг 1111 I он он он он он *

гоксен-4-пешнааЛ'1,2,3,4,6

Полимерные продукты

Сложные эфиры

//

он

ОН ОН ОН ОН ОН Н

2,3,4,5,6-пентаоксигсксаналь (сорбоза) 1[0]

(рНг-рН -СН-С^Н -рН - Сч

.он он он он он он

2,3,4,5,6'Пентаоксигексановав кислота (альдонооая)

||0]

!> * 4°

^с-ртрн-рг^н-с^

н он он он он он

2,3,4,5'Шетраокси-6-оксогексаноодя кислота (уромовая)

с-сн-сн-сн-сн-с' /1111 \ но он он он он он

2,3,4,5-п1етраоксигександиозая кислота (сахарна я)

но о о он о он

3-окси-2,4,5-триоксогоксандиоаая кислота

СН =

I

сн-I

г

сн-I

: О

■ он

■он ■он

[О]

-сн-сн-с

' / |Г I I 1|

но о он он о

3,4-диокси-2,5-диоксогсксандиовая кислота

/

\

ОН

Ме

Хелатные комплексы

А

О ОН

2,3,4-триокси-5-оксоъександиоеая кислота

|[0]

4 с-с

Сервовитная пленка

Н</

С—С—С-

II II II II 0 0 0 0

с* \

Ме

Хелатные комплексы

ОН

2,3,4,1-тетраоксогександиооая

кислота

Сервовитная пленка

Рис.М.Схема трибоокисления сорбита.

3.4. Нанотрибоэлектрохимическая технология регулирования триботехнических свойств металлоплакирующих смазок

Разработана нанотрибоэлектрохимическая технология получения стабилизированных нанокластеров меди, свинца, цинка, никеля размерами частиц 15-50 нм. Способ включает электрохимическое восстановление металла в водно-органическом растворе электролита с растворимым анодом из восстанавливаемого металла с одновременным диспергированием восстановленного металлического слоя на катоде. Электрохимическое восстановление и диспергирование восстановленного металлического слоя осуществляют в водном растворе трех - шестиатомных спиртов, при этом диспергирование ведут путем трения пары стальной катод-сталь под воздействием нагрузки. В устройстве для осуществления способа катод выполнен в форме стального диска, над поверхностью которого с возможностью вертикального перемещения установлена державка, на нижней поверхности которой равномерно по окружности выполнены три паза с закрепленными в них стальными пальцами, рабочие торцы которых контактируют с поверхностью стального диска с образованием зоны трения.

3.5. Производственные испытания мсталлоплакирующей

смазки

В производственных условиях Азовского завода по выпуску куз-нечно-прессового оборудования проведены сравнительные испытания работоспособности тихоходных высоконагруженных подшипников скольжения и шаровых опор листоштамповочного полуавтомата с индустриальной смазкой И20А и смазкой, содержащей нанокластеры меди, полученные с использованием нанотрибоэлектрохимической технологии.

По результатам испытаний установлено, что контактирующие поверхности, работающие при смазке с наноразмерными частицами меди, покрыты слоем медной пленки, прочно связанной с основным металлом. Отмечено уменьшение шероховатости контактирующих поверхностей и износа, испытуемых трибосопряжений.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Разработана нанотрибоэлектрохимическая технология получения наноразмерных кластеров металлов, заключающаяся в восстановлении на поверхности трения ионов металла при непрерывной деформации в процессе фрикционного взаимодействия, что позволяет регулировать триботехнические характеристики трибосопряжений.

2. Доказана триботехническая эффективность наноразмерных кластеров меди, свинца и палладия в составе жидких металлоплакирую-щих смазочных материалов. Показано, что в процессе трения на поверхности трения формируется сервовигная плёнка, улучшающая антифрик-

ционные характеристики и уменьшающая износ контактирующих поверхностей.

3. Установлено, что сокращение времени выхода трибосистемы на режим безызносности и формирование сервовитной пленки на трущихся поверхностях металлов достигается при наличии в составе смазочного материала критической концентрации и оптимальных размеров кластеров металла пленкообразователя.

4. Обнаружено, что сокращение времени выхода трибосистемы на режим безызносного трения (времени приработки) зависит от природы нанокластеров металла и сокращается в ряду Pb - Cu - Pd в соответствии с увеличением значений электродного потенциала металлов.

5. Выявлено влияние химического строения спиртов на трибо-технические характеристики металлоплакирующих смазочных композиций на их основе: увеличение атомности спирта и длины углеводородного радикала облегчает реализацию в их водных растворах эффекта безызносности при трении.

6. Предложен механизм трибохимических превращений сорбита при реализации эффекта Гаркунова, включающий реакции его трибо-окисления, трибополимеризации, трибокоординации и трибокластериза-ции.

7. Разработан и испытан в производственных условиях металло-плакирующий наноструктурированный медьсодержащий смазочный материал на основе индустриального масла И20А для обеспечения работоспособности высоконагруженных тихоходных подшипников скольжения листоштамповочного полуавтомата на ЗАО «Завод по выпуску КПО» г. Азов.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

Статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ

1.ТрибоЭДС при трении в режиме безызносности / A.C. Кужаров, Ю.П. Косогова, В.Э. Бурлакова и др.// Трение и смазка в машинах и механизмах. - 2009. - №7. - С.3-11.

2. Кужаров A.C. Синтез и триботехнические свойства нанокластеров меди в водных растворах сорбита / A.C. Кужаров, Ю.П. Косогова, A.A. Кужаров //Вестник Дон. гос. техн. ун-та, - 2005. - Т.5, №4 (26). - С. 628-630.

Тезисы и материалы конференций

3. Косогова Ю.П. Самоорганизация при трении металлов в водно-спиртовых средах / Ю.П. Косогова, A.C. Кужаров, A.A. Кужаров // V международная конференция по новым технологиям и приложениям совре-

менных физико-химических методов для изучения окружающей среды: материалы семинара. - Ростов н/Д, 2009. - С.62-63.

4. Кужаров А.С. Исследование нанотехнологических эффектов при реализации эффекта Гаркунова в водных растворах полиатомных спиртов / А.С. Кужаров, Ю.П. Косогова, А.А. Кужаров // IX международный семинар по магнитному резонансу (спектроскопия, томография, экология): материалы семинара. - Ростов н/Д, 2008. - С.47.

5. Кужаров А.С. Tribotechnical effectivity of copper nanoclusters In water solutions of sorbite / А.С. Кужаров, Ю.П. Косогова, А.А. Кужаров // Проблемы синергетики в трибологии, трибоэлектрохимии, материаловедении и мехатронике: материалы VI Междунар. науч.-практ. конф., 2 но-яб. - Новочеркасск, 2007. - С.5-7.

6. Кужаров А.С. Физико-химические основы самоорганизации при трении и супрамолекулярные металлические системы / А.С. Кужаров, Ю.П. Косогова, А.А. Кужаров // Проблемы синергетики в трибологии, трибоэлектрохимии, материаловедении и мехатронике: материалы VI Междунар. науч.-практ. конф., 2 нояб. - Новочеркасск, 2007. - С. 4-5.

7. Косогова Ю.П. Анализ триботехнической эффективности узлов трения при использовании нанокластеров металлов в водных растворах полиатомных спиртов / Ю.П. Косогова, А.С. Кужаров, А.А. Кужаров // Эффективные и технологические процессы в металлургии, машиностроении и станкоинструментальной промышленности: сб. тр. Междунар. на-уч.-техн. конф. в рамках Промышленного конгресса Юга России и междунар. специализир. выставки "Метмаш. Станкоинсгрумент-2007", 3-5 сент. Секц. 2 / ВЦ "ВертолЭкспо". - Ростов н/Д, 2007. - С. 128-130.

8. Кужаров А.С. Синтез, физико-химические и триботехнические свойства нанокластеров меди в водных растворах глюкозы / А.С. Кужаров, Ю.П. Косогова, А.А. Кужаров // Проблемы трибоэлектрохимии: материалы Междунар. науч.-техн. конф. - Новочеркасск, 2006. - С. 127-131.

9. Роль полиатомных спиртов в реализации эффекта безызносно-сти при трении / А.С. Кужаров, В.Э. Бурлакова, Ю.П. Косогова и др. // Актуальные проблемы трибологии: сб. тр. Междунар. науч.-техн. конф. -М.: Машиностроение, 2007. - Т. 3. - С. 345-348.

10. Кужаров А.С. Триботехническая эффективность нанокластеров свинца, меди и палладия в водных растворах полиатомных спиртов / А.С. Кужаров, Ю.П. Косогова, А.А. Кужаров // Порошковая металлургия: респ. межведом, сб. науч. тр. - Минск, 2007, - Выл, 30. - С. 277-280.

11. Кужаров А.С. Возможности использования нанокластеров свинца, меди и паладия в водных растворах полиатомных спиртов для полиатомных спиртов для повышения триботехнической эффективности узлов трения / А.С. Кужаров, Ю.П. Косогова, А.А. Кужаров // Инженерия

поверхности и реновация изделий: материалы 7-й Междунар. науч.-техн. конф., г. Ялта, 29-31 мая. - Киев, 2007. - С. 102-105.

12. Косогова Ю.П. Синтез и триботехнические возможности на-нокластеров меди в водных растворах полиатомных спиртов / Ю.П. Косогова, A.C. Кужаров, A.A. Кужаров // «Славянтрибо»: материалы науч.-техн. школы-конф. - Рыбинск; СПб; Пушкин. - 2006. - Т.2. - С. 42-43.

Патенты

13. Способ получения нанокластеров металлов и устройство для его осуществления / Ю.П. Косогова, A.C. Кужаров, A.A. Кужаров -№2008132581/02(040862), заявл. 29.07.2008. Положительное решение о выдаче патента на изобретение от 15.09.2009.

В печать 49700 Т,

Объем /,2 усл.п.л. Офсет. Формат 60x84/16.

Бумага тип №3. Заказ № Ц®2~Хщш{00.

Издательский центр ДГТУ

Адрес университета и полиграфического предприятия: 344000, г.Ростов-на-Дону, пл.Гагарина,!.

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. ИЗБИРАТЕЛЬНЫЙ ПЕРЕНОС В ТРИБ О ЛОГИЧЕСКИХ

СИСТЕМАХ С НАНОМОДИФИКАТОРАМИ.

1.1. Введение.

1.2. Избирательный перенос в трибологических системах.

1.3. Избирательный перенос в трибологических системах с наномодификаторами.

1.4. Общая характеристика наноразмерных частиц металлов.

1.5. Критические характеристики и свойства нанокластеров.

1.5.1. Тепловые свойства.

1.5.2. Дефекты и напряжения в наноструктурах.

1.5.3. Аномалии механического поведения наноматериалов.

1.6. Способы получения наноматериалов.

1.6.1. Физические способы получения наноразмерных частиц.

1.6.1.1. Газофазный синтез (конденсация паров).

1.6.1.2. Механосинтез.

1.6.1.3. Детонационный синтез и электровзрыв.

1.6.1.4. Воздействие ультразвука.

1.6.1. Химические способы получения наноразмерных частиц.

1.6.2.1. В осстановление из растворов.

1.6.2.2. Плазмохимический синтез.

1.6.2.3. Осаждение из коллоидных растворов.

1.6.2.4. Синтез с использованием пространственно-ограниченных систем - нанореакторов (мицелл, капель, пленок).

1.6.2.5. Термическое разложение и восстановление.

1.6.2.6. Электрохимическое катодное осаждение.

1.6.2.7. Одновременное ультразвуковое и электрохимическое воздействие как модель фрикционного взаимодействия в самоорганизующейся трибосистеме.

Глава 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ.

2.1. Объекты исследования.

2.1.1. Выбор и физико-химические свойства растворителей.

2.1.2. Металлы, подготовка электродов.

2.2. Методики получения смазочных композиций, содержащих наноразмерные кластеры металлов.

2.2.1. Электрохимическое восстановление металлов из водно-органического раствора с использованием ультразвука.

2.2.2. Трибоэлектрохимическое восстановление из водно-органических растворов полиатомных спиртов.

2.3. Исследование триботехнических свойств смазочных композиций.

2.3.1. Изучение триботехнических характеристик с использованием четырехшариковой машины трения.

2.3.2. Изучение влияния внешних условий на коэффициент трения с использованием трибометра ТЯ-2.

2.3.3. Исследование триботехнических свойств с использованием торцевой машины трения АЕ-5.

2.4. Спектрофотометрические исследования.

2.5. Метод электронной микроскопии.

2.6. ИК-спектроскопия смазочных композиций.

2.7. Исследование кластерных структур метод атомно-силовой микроскопии.

Глава 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТА И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ.

3.1. Исследование триботехнических свойств пары трения бронза — сталь.

3.2. Исследование триботехнических свойств пары трения сталь-стальв растворах полиатомных спиртов и наномодифицированных металлоплакирующих смазок на их основе.

3.2.1. Точечный контакт.

3.2.2. Контакт площадей.

3.3. Физико-химическое обоснование нанотрибоэлектрохимических технологий.

3.3.1. Спектрофотометрические исследования.

3.3.2. ИК-спектроскопия смазочных композиций.

3.3.3. Исследование размеров и формы кластеров.

3.3.4. Исследование поверхности трения.

3.3.5. Трибохимические реакции в условиях безызносного трения.

3.4. Нанотрибоэлектрохимическая технология регулирования триботехнических свойств металлоплакирующих смазок.

3.5. Производственные испытания металлоплакирующей смазки.

Актуальность темы

Ключевой проблемой развития современного машиностроения является неуклонное повышение качества и надёжности выпускаемой техники. Вместе с тем техническое обслуживание и ремонт машин требует все больших материальных и энергетических ресурсов. Достаточно сказать, что только на преодоление сил трения в машинах затрачивается до 20 . 25% энергетических ресурсов, вырабатываемых в мире /1/. Например, у автомобилей потери энергии на трение доходят до 50% их номинальной мощности. На восстановление и ремонт имеющихся машин ежегодно расходуется до 15-20% металла, вырабатываемого в мире.

В настоящее время одной из наиболее динамично развивающихся областей знания стала сфера изучения наноразмерных объектов и систем, которые проявляют принципиально новые свойства и обладают огромным потенциалом в развитии реального сектора экономики.

В связи с этим развитие триботехники связано с созданием металло-плакирующих смазочных материалов, которые формируют поверхностные пленки в зоне контактного взаимодействия, обеспечивающие повышение износостойкости пар трения. Анализ современных присадок позволил выделить новый класс — металлсодержащие смазочные композиции на основе твердофазных кластерных добавок. Основные компоненты данного типа присадок - наноразмерные порошки различных металлов, их сплавов. Введение в пластичные смазочные материалы таких добавок улучшает их смазочные способности, снижает коэффициент трения, интенсивность износа деталей подшипников качения и температуру в зоне контакта, увеличивает прочность смазочного слоя на контакте, повышает герметизирующие и защитные свойства смазочного материала.

В 2009 году применительно к известным ранее технологиям по управлению in situ триботехническими свойствами металлов электрохимическими методами за счет целенаправленного формирования на их поверхностях на-нокристаллических и, вследствие этого, безызносных металлических пленок, был предложен термин «нанотрибоэлектрохимические технологии», в наибольшей степени соответствующий тем процессам и явлениям, которые происходят в зоне фрикционного контакта при самоорганизации и реализации эффекта Гаркунова.

Это позволило создать ряд эффективных гибридных технологий для получения нанокластеров мягких металлов и разработать металлоплакирующие смазочные композиции, в достаточно широком ассортименте представленные сегодня на рынке, основным компонентом которых являются наноразмерные порошки металлов, их химические соединения и сплавы. Введение в смазочные материалы таких добавок снижает трение и износ, обеспечивая в предельном случае сверхантифрикционность (// = 0,001) и безызносность /л = 10'12. Одновременно с этим известно, что достижение указанных рекордных триботехнических характеристик трибосопряжения в классической системе «медь - глицерин — сталь» сопровождается значительным приработоч-ным износом и происходит в течение длительного (измеряемого часами) времени, что ограничивает широкое использование эффекта Гаркунова в реальных машинах и механизмах

В связи с этим, разработка нанотрибоэлектрохимических технологий получения металлоплакирующих смазок и управления эволюцией трибосистем при их самоорганизации и выходе на режим безызносности при трении является актуальной задачей и требует детального исследования физико-химических, свойств поверхности трения, состава и свойств смазки в сопоставлении с триботехническими характеристиками различных трибосопряже-ний. Такого рода исследования применительно к водным растворам многоатомных спиртов, за исключением водного раствора глицерина, с нанокластерами меди, свинца и палладия до проведения настоящей работы были неизвестны.

Целью настоящей работы является исследование влияния нанотрибо-электрохимических технологий на эволюцию самоорганизующихся трибоси-стем, реализующих эффект Гаркунова при трении, сокращение времени их перехода в режим безызносности, и расширение на этой основе номенклатуры металлоплакирующих смазочных материалов.

Для осуществления поставленной цели необходимо решение следующих задач:

1. Разработка нанотрибоэлектрохимических технологий регулирования три-ботехнических характеристик самоорганизующихся трибосопряжений, в частности трибоэлектрохимического способа легирования смазочных материалов стабилизированными нанокластерами меди, свинца и палладия.

2. Проведение сравнительного анализа и идентификация продуктов звуко-электрохимической и трибоэлектрохимической обработок модельных смазочных композиций.

3. Исследование размеров и формы стабилизированных в водно-органических средах наноструктур меди, свинца и палладия, полученных с помощью нанотрибоэлектрохимических технологий.

4. Изучение влияния размера и концентрации наночастиц металлов, используемых в качестве металлоплакирующих компонентов, на триботехниче-ские характеристики трения металлов в вводно-спиртовых средах, возможность реализации в них избирательного переноса и сокращения времени выхода на режим безызносности.

5. Исследование взаимосвязи химического строения полиатомных спиртов, природы и дисперсности мягких металлов с триботехническими характеристиками реальных трибосопряжений.

Научная новизна:

1. Показано,' что введение в состав смазочного материала нанокластеров меди, свинца и палладия приводит к образованию на поверхности фрикционного контакта как в паре трения сталь-сталь, так и в паре трения бронза-сталь наноструктурированной защитной пленки, обладающей, вследствие своей наноструктуры, свойствами квазижидкости и обеспечивающей бе-зызносность и сверхантифрикционность.

2. Обнаружено, что время перехода в режим безызносности и достижения необходимой для начала формирования сервовитной пленки концентрации нанокластеров металлов в составе смазочного материала при использовании нанотрибоэлектрохимических технологий в трибосистемах «сталь-водный раствор спирта-сталь» и «сталь-водный раствор спирта-бронза» определяется природой металла пленкообразователя и сокращается в ряду свинец - медь - палладий.

3. Доказано, что продукты топохимических реакций, образующихся при моделировании условий фрикционного контакта электролизом в ультразвуковом поле тождественны продуктам трибохимических превращений при реализации эффекта безызносности.

Практическая ценность:

1. Разработана технология получения наноразмерных кластеров меди, свинца и палладия, заключающаяся в электровосстановлении из водных растворов полиатомных спиртов металла пленкообразователя на поверхности фрикционного контакта при одновременной непрерывной механической деформации.

2. Показано, что образующаяся при трении стали по стали на сопряжённых поверхностях в смазочных средах с нанокластерами металлов нанострук-турированная медная, свинцовая или палладиевая плёнка, обеспечивает снижение коэффициентов трения до 10~3 и интенсивности износа до 10"12.

3. Установлено, что интенсификация процессов кластерообразования и переноса металла электролизом при трении уменьшает время, необходимое для выхода системы на режим избирательного переноса в 1,5-2 раза.

4. На примере 50% водного раствора сорбита показано, что замена нанокла-стеров свинца на нанокластеры палладия приводит к снижению коэффициента трения в паре сталь-сталь почти в 60 раз.

5. Расширена номенклатура полиатомных спиртов, используемых в качестве модельных смазочных сред, обеспечивающих избирательный перенос в парах трения бронза-сталь и сталь-сталь. Показано, что эритрит, арабит и сорбит являются более эффективными компонентами смазочных материалов для реализации избирательного переноса, чем глицерин.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на:

1. Международной научно-практической конференции «Проблемы три-боэлектрохимии», Новочеркасск, 16-19 мая 2006;

2. Международной научно-практической конференции «Славянтрибо», Рыбинск-Санкт-Петербург-Пушкин, 2006;

3. Международной научно-технической конференции «Эффективные технологические процессы в металлургии, машиностроении и станко-инструментальной промышленности», Ростов-на-Дону, 3-5 сентября 2007; •

4. VI Международной научно-практической конференции «Проблемы синергетики в трибологии, трибоэлектрохимии, материаловедении и ме-хатронике», Новочеркасск, 2 ноября 2007;

5. Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы трибологии», Самара, июнь 2007;

6. VII Международной научно-технической конференции «Инженерия поверхности и реновация изделий», Ялта - Киев, 29-31 мая 2007;

7. IX международном семинаре по магнитному резонансу (спектроскопия, томография, экология), Ростов-на-Дону, 15-20 сентября 2008;

8. V международной конференции по новым технологиям и приложениям современных физико-химических методов для изучения окружающей среды, Ростов-на-Дону, 1-5 июня 2009;

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 13 печатных работ, в том числе 2 публикации в журналах, рекомендованных ВАК РФ и 1 патент РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, общих выводов и списка использованных источников из 117 наименований. Работа изложена на 165 страницах, содержит 70 рисунков и фотографий, 12 таблиц.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ЭКСПЕРТИЗЫ

21) Заявка № 2008132581/02(040862) (22) Дата подачи заявки 06.08.2008

24) Дата начала отсчета срока действия патента 06.08.2008 (85) Дата начала рассмотрения международной заявки на национальной фазе

ПРИОРИТЕТ УСТАНОВЛЕН ПО ДАТЕ [х] (22) подачи заявки 06.08.2008 [ ] (23) поступления дополнительных материалов от к ранее поданной заявке N2 ОТ

1 (62) [] приоритета изобретения по первоначальной заявке № от , из которой данная заявка выделена [ ] подачи первоначальной заявки № ОТ , из которой данная заявка выделена [ ] (66) подачи ранее поданной заявки № • ОТ ] (30) подачи первой(ых) заявки(ок) в государстве-участнике Парижской конвенции

31) Номер первой(ых) заявки(ок) (32) Дата подачи первой(ых) заявки(ок) (33) Код сфаны

1. (86) Заявка К» РСТ/ [] (96) Заявка № ЕА ] (87) Номер публикации и дата публикации заявки РСТ

72) Авгор(ы) Косогова Ю.П., Кужаров A.C., Кужаров A.A., RU

73) Патентообладатель(и) Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ), RU

54) Название изобретения СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НАНОКЛАСТЕРОВ МЕТАЛЛОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

02 2

ДОМ 30.06.2009 см. на оборони)

022601

2008132581/0<.

Публиковать с фиг. № ^ Приложение № 2

54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НАНОКЛАСТЕРОВ МЕТАЛЛОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Реферат

57) Изобретение относится к области разработки металлоплакирующих присадок к смазочным композициям, содержащим твердофазные ультрадисперсные добавки металлов, и предназначено для получения нанокластеров меди, свинца, цинка, никеля размерами частиц 15-50 им. Способ включает электрохимическое восстановление металла, выбранного из группы Си, РЬ, 7.П, N1, в водно-органическом растворе электролита с растворимым анодом из восстанавливаемого металла с одновременным диспергированием восстановленного металлического слоя на катоде. Электрохимическое восстановление и диспергирование восстановленного металлического слоя осуществляют в водном растворе трех - шестиатомных спиртов, при этом диспергирование ведут путем трения пары «стальной катод - сталь» под воздействием регулируемой нагрузки не менее 7,5 МПа. В устройстве для осуществления способа катод выполнен в форме стального диска, над поверхностью стального диска с возможностью вертикального перемещения установлена державка, на нижней поверхности которой равномерно по окружности выполнены три паза с закрепленными в них стальными пальцами, рабочие торцы которых контактируют с поверхностью стального диска с образованием зоны "трения. Технический результат -получение стабилизированных нанокластеров металлов Си, РЬ, Zn, N4, устойчивых к действию кислорода и влаги, повышение триботехнических характеристик получаемых водно-спиртовых смазочных композиций, обеспечение возможности контроля триботехнических характеристик водно-спиртовых смазочных композиций. 2 н.и 3 з.п. ф-лы, 8 ил., 2 пр.

Референт Г.П. Мельникова

Форма JVs Ola

21)2008132581/02 •

51) МГЖ

C10M125/04 (2006.01) C25C 7/00 (2006.01)

57)

1. Способ получения нанокластеров металлов, включающий электрохимическое восстановление металла, выбранного из группы Cu, Pb, Zn, Ni, в водно-органическом растворе электролита с растворимым анодом из восстанавливаемого металла с одновременным диспергированием восстановленного металлического слоя на катоде, отличающийся тем, что электрохимическое восстановление и диспергирование восстановленного металлического слоя осуществляют в водном растворе трех - шестиатомных спиртов, при этом диспергирование ведут путем трения пары «стальной катод -сталь» под воздействием регулируемой нагрузки не менее 7,5 МПа.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве спиртового компонента раствора электролита используют глицерин С3Н803.

3. Способ получения нанокластеров металлов по п.1, отличающийся тем, что в качестве спиртового компонента раствора электролита использ)ют

ЭрИТрИТ С4Н10О4.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве спиртового компонента раствора электролита используют арабит С5Н12О5.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве спиртового компонента раствора электролита используют сорбит СбН1406.

6. Устройство для получения нанокластеров металлов электрохимическим восстановлением металла, выбранного из группы Cu, РЬ, Zn, Ni, содержащее установленную на основании электрохимическую ванну для водно-органического раствора электролита, погруженные в нее катод и растворимый анод из восстанавливаемого металла, подключенные к источнику постоянного электрического тока, отличающееся тем, что катод выполнен в форме стального диска, который жестко закреплен на дне электрохимической ванны, установленной на основании на опорных шариковых подшипниках, над поверхностью стального диска с возможностью вертикального перемещения установлена державка, на нижней поверхности которой равномерно по окружности выполнены три паза с закрепленными в них стальными пальцами, рабочие торцы которых контактируют с поверхностью стального диска с образованием зоны трения, причем нерабочие поверхности пальцев и стального диска имеют диэлектрическое пленочное покрытие для изоляции от раствора электролита, а верхняя часть державки выполнена с выступом, в центре которого размещена шаровая опора, связанная посредством головки привода, имеющей поводок, со шпиндельным валом,, который соединен подвижным блоком посредством рычага с регулируемым грузом, на внешней поверхности электрохимической ванны закреплен динамометр.

56) из 5925463 А, 20.07.1999; БШ 2248389 С2, 20.03.2005; Ш 5147841 А, 15.09.1992; ЕР 0318196 А2, 31.05.1989; Ки 2279400 С2, 10.07.2006; и8 5609907 А, 11.03.1997.

При публикации сведений о выдаче патента будет использовано описание в редакции, уточненной заявителем, с откорректированным экспертизой рефератом.