автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.02, диссертация на тему:Прогнозирование работоспособности узлов трения с полиамидными покрытиями

005003867

7

ИВАНЬКОВ СЕРГЕЙ АНДРЕЕВИЧ

ПРОГНОЗИРОВАНИЕ РАБОТОСПОСОБНОСТИ УЗЛОВ ТРЕНИЯ С ПОЛИАМИДНЫМИ ПОКРЫТИЯМИ

Специальность: 05.02.02 - «Машиноведение, системы приводов и детали машин»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

- 8 ДЕК 2011

Санкт-Петербург - 2011

005003867

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет».

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор, лауреат государственной премии Башкарев Альберт Яковлевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Потапов Анатолий Иванович; кандидат технических наук, доцент Заборский Евгений Васильевич

Ведущая организация:

Институт проблем машиноведения РАН (ИПМаш РАН) Санкт-Петербург

Защита состоится «27» декабря 2011 г. в 14:00 ч. на заседании диссертационного совета Д 212.229.12 в ФГБОУ ВПО "Санкт-Петербургский государственный политехнический университет" по адресу: 195251, Санкт-Петербург, Политехническая ул., д. 29, уад. 41,1 учебный корпус.

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке ФГБОУ ВПО "Санкт-Петербургский государственный политехнический университет".

Автореферат разослан « » ноября 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, Евграфов А.Н.

Актуальность работы.

Актуальным вопросом машиностроения всегда остается проблема повышения долговечности тяжелонагруженных узлов трения, работающих в сложных условиях эксплуатации.

Одним из путей увеличения их срока службы стало применение антифрикционных пластмасс. В настоящее время накоплен достаточно большой опыт использования полимерных материалов в различных отраслях машиностроения, что связано с рядом их достоинств: высокой износостойкостью, низким коэффициентом трения, сокращением расходов на эксплуатацию и ремонт механизмов и т. п.

Из многообразия полимерных материалов, по наиболее удачному сочетанию свойств для узлов трения, можно выделить полиамиды. Они применяются, как при создании монолитных деталей, так и в качестве тонкослойных антифрикционных покрытий, прочно соединенных с металлической подложкой. По износостойкости, при корректном использовании, полиамиды превосходят не только другие полимеры, но и многие антифрикционные металлы и сплавы. Другим их достоинством является высокая технологичность, обусловленная сравнительно низкой температурой плавления и хорошей текучестью расплавов.

Тонкое полиамидное покрытие может воспринимать нагрузки, создающие напряжения, которые значительно превышают предел прочности полиамида в монолите. Это объясняется тем, что покрытие, прочно удерживаемое на металлической поверхности силами адгезии, имеет ограниченную возможность к деформированию. Благодаря малой толщине полимерного слоя (менее 0.35 мм) увеличивается его теплопроводность, что существенно уменьшает тепловую напряженность узла трения.

Использование полимеров в узлах трения в виде тонкослойных покрытий, позволяет без больших экономических затрат применять особо высококачественные композиты, в том числе включающие нано-структурные материалы, такие как фуллерены.

Но все это становится возможным только при обеспечении надежного соединения покрытия с металлической подложкой. Практический опыт показывает, что именно нестабильность адгезии антифрикционного слоя к подложке ограничивает их широкое применение, так как в результате воздействия неблагоприятных факторов в процессе эксплуатации происходит постепенное снижение прочности адгезии. Следовательно, первоочередной задачей является повышение стабильности адгезии полимерных покрытий.

В предыдущих работах в основу расчетов на прочность адгезии полимерного покрытия закладывались феноменологические теории прочности, то есть сравнение прочности адгезии нанесенного покрытия и возникающих под действием нагрузки напряжений. Поэтому все исследования были направлены на определение технологических режимов, при которых достигалась максимальная адгезионная прочность. Были созданы теории расчета оптимальных температурно-временных технологических режимов и выведены аналитические зависимости для их расчета с учетом металлоемкости покрываемой полимером детали.

Однако уже эти зависимости позволяли предположить, что от этих параметров зависит не только начальная адгезионная прочность, но и динамика ее последующего изменения. Причем, режимы, обеспечивающие высокую адгезионную прочность, не всегда удовлетворяют условию долговечности для конкретных рабочих нагрузок и температур.

Таким образом, дальнейшее продвижение в узлы трения новых перспективных полимерных композитов требует создания методов расчета их адгезии на прочность с учетом не только значения действующих нагрузок, но и планируемого времени эксплуатации подшипника скольжения. Благодаря этому станет возможным определение диапазона надежного применения полимерных антифрикционных покрытий.

Поэтому выполненное исследование, можно считать актуальным направлением по продвижению в конструкции машин новых перспективных материалов.

Цель работы и задачи исследования.

Целью настоящей работы является совершенствование методов расчета тяжелонагруженных металлополимерных узлов трения. Для ее достижения необходимо было решить следующие задачи.

• Провести анализ работ, посвященных изучению полимеров, применяемых в узлах трения машин, и обосновать выбор материалов наиболее отвечающих требованиям эксплуатации тяжелонагруженных механизмов.

• Определить оптимальную для решения поставленных задач методику испытаний, которая позволит получить достаточное количество достоверных экспериментальных данных.

• Провести экспериментальное исследование влияния технологических и эксплуатационных температурных режимов на долговечность полимерных покрытий в том числе модифицированных наноматериалами.

• Создать научно-обоснованную физико-математическую модель для расчета долговечности адгезии антифрикционных полимерных покрытий.

• Ввести в методики расчетов на прочность антифрикционного полимерного покрытия фактор времени.

Научная новизна.

• Предложена физико-математическая модель для прогнозирования работоспособности металлополимерных композиций, основанная на кинетическом представлении о природе прочности твердых тел.

• В разработанной методике впервые долговечность адгезии антифрикционного полимерного покрытия рассматривается в виде двух временных этапов: технологическом и эксплуатационном.

• Исследовано влияние на адгезию полиамидов фуллерена, который в настоящее время стал рекомендоваться для улучшения антифрикционных свойств полимеров.

Практическая значимость работы заключается в том, что полученный комплекс результатов исследования позволяет давать рекомендации по применению антифрикционных полимерных покрытий в тяжелонагруженных узлах трения с учетом планируемого срока их эксплуатации и режимов нагружения.

Достоверность результатов обеспечивается использованием фундаментальных положений физики разрушения материалов, большим объемом экспериментов, выполненных с привлечением современных методов исследования, сопоставлением установленных в работе закономерностей с результатами экспериментов и выводами других исследователей.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы и результаты исследований докладывались и обсуждались на 5 научно-технических конференциях и семинарах, в том числе на: XXXVII Неделе наук, СПб, СПбГПУ, 2008; XXXVIII Неделе наук, СПб, СПбГПУ, 2009; 11-й международной научно-практической конференции «Ресурсосберегающие технологии ремонта, восстановления и упрочнения деталей машин, механизмов, оборудования, инструмента и технологической оснастки от нано- до макроуровня», СПб, 2009; Научно-техническом семинаре кафедры «Транспортные и технологические системы», СПб, СПбГПУ, 2010; Научно-техническом семинаре кафедры «Транспортные и технологические системы», СПб, СПбГПУ, 2011.

Публикации.

Основное содержание работы изложено в 5 печатных работах, в том числе в 2-х статьях, изданных в журналах, входящих в список ВАК РФ. Библиографический список основных работ приведен в конце автореферата.

Структура и объем работы.

Работа состоит из введения, 4 глав, общих выводов и списка литературы из 97 наименований, изложена на 105 страницах, включая: 5 таблиц и 19 рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулирована цель исследования, поставлены основные задачи. Показана научная новизна и практическая значимость проделанной работы.

В первой главе проведен краткий обзор известных конструкционных полимерных материалов, которые могут быть использованы в узлах трения. Показано, что в сравнении с металлическими сплавами вместе с рядом преимуществ им свойственен и ряд недостатков. Например, относительно низкая прочность, плохая теплопроводность, значительный коэффициент температурного расширения и разбухание в жидких средах. Все это существенно ограничивает область их применения.

Во многом эти недостатки устраняются, если полимеры применять в виде тонкослойных покрытий, соединенных с металлической, обычно стальной, подложкой силами адгезии. Сцепление с подложкой устраняет возможность деформирования полимерного слоя, что обеспечивает ему прочность, такую же как у металла.

К сожалению, количество полимеров обладающих сочетанием хороших антифрикционных свойств со способностью создавать прочные адгезионные соединения не велико. В машиностроении по этим показателям наибольшее распространение получили полиамиды, которые к тому же обладают и хорошими технологическими свойствами.

Практика применения полимерных покрытий показала, что прочность адгезии существенно зависит от ряда внешних факторов. К ним в первую очередь относятся контактные давления и температура, которые могут приводить к ее временному обратимому изменению или к существенному необратимому снижению с течением времени. В современных методиках расчета металлополимерных узлов трения именно последний процесс не учитывается, что приводит к неожиданным разрушениям.

Также в первой главе был сделан обзор наиболее распространенных методов испытания адгезии и полученных с их помощью результатов по изучению влияния на нее технологических и эксплуатационных режимов, типа и состава вводимых наполнителей и т.д. Выбраны формы образцов и методика их нагружения, в том числе и в условиях сложного напряженного состояния и нагрева.

Обоснование используемой методики базируется на анализе аналогичных работ других исследователей, внесших огромный вклад в изучение возможностей антифрикционных полимерных покрытий. Прежде всего, это академик Белый В.А. и его многочисленная научная школа, такие ученые как Басин И. В, Башкарев А.Я., Берлин А. А., Букреев В.В., Стукач A.B., Шестаков Б.М. и многие другие.

Во второй главе представлены результаты исследования влияния на адгезионную прочность температуры и давления, которое всегда присутствует в узле трения со стороны контртела. Особенность испытания состояла в том, что использовались два вида образцов. В одном случае испытания проводились на отрыв и сдвиг, в другом только на отрыв покрытия от металлической подложки.

Все исследования проводились с полиамидными материалами, которые в виде мелкодисперсных порошков наносились на предварительно нагретые стальные подложки (Ст 3).

В результате было установлено, что с повышением давления, адгезионная прочность соединения полиамид-металл на сдвиг существенно

возрастает, причем влияние давления может быть описано эмпирической зависимостью

й=Ио+а-9с (1)

Здесь [г]0- адгезионная прочность без давления, а и с- константы полимерного материала, <? - контактные давления. Для исследованных материалов было установлено: а- 3, с = 0,53.

При введении наполнителей изменяется начальное значение адгезионной прочности [т]0, а значения констант а и с сохраняются. Повторное циклическое нагружение образцов контактными давлениями на величину адгезионной прочности [г]0 не влияло.

В исследованиях выполненных ранее А.Я. Башкаревым было установлено, что между прочностью адгезии на сдвиг и на отрыв существует зависимость [сг]= 0,7 - [г] ± 5% которая сохраняется при любых давлениях.

Также во второй главе приведены результаты исследования зависимости адгезионной прочности от температуры. Опубликованные другими авторами результаты исследований многократно подтверждали, что с повышением температуры адгезия полимеров существенно снижается. Однако применительно к полиамидам, используемым в узлах трения, четкой информации по этому вопросу встречается мало. Поскольку нагрев является лишь одним из факторов, действующих на адгезионное соединение и должен изучаться в комплексе, в данной работе его влияние было изучено применительно к исследованному материалу. В результате была получена зависимость, описывающая обратимое снижение адгезионной прочности с повышением температуры, которое, однако, исчезает с охлаждением образцов.

Нг =\Ан-Ь\Т-Тн) (2)

здесь 1Лг - адгезионная прочность при повышенной температуре;

г]и •- адгезионная прочность при нормальной температуре; ТиТн -

повышенная и нормальная температура соответственно; h - коэффициент пропорциональности. Для различных по составу покрытий коэффициент h =0,14-0,45 МПа/°К.

В третьей главе описываются результаты испытания адгезионной прочности полиамидных покрытий, модифицированных фуллереном С60.

Постановка данной задачи возникла в связи с тем, что появился целый ряд работ, в которых достаточно убедительно показано положительное влияние фуллеренов на антифрикционные свойства многих полимеров, в том числе и полиамидов. Поэтому закономерным был вопрос и об изучении их влияния на адгезионную прочность.

Актуальность данного вопроса обоснована также и тем исключительным вниманием, которое в настоящее время обращается на поиск эффективного применения наноматериалов, в том числе в машиностроении.

На основе опубликованных работ, относящихся к физике строения фуллереном С60, была проанализирована перспектива его добавки в структуру полиамида. В работах, направленных на изучение процессов трения, подобных подходов практически не встречается.

Были найдены работы, в которых показана возможность химического соединения фуллеренов с полиамидами, что учитывая термостабильность структуры фуллеренов, должно положительно повлиять на физико-механические свойства композита.

Исследование проводилось для двух марок полиамида: ПА-6 и ПА-11. Была разработана специальная методика смешения их порошков с малыми концентрациями фуллерена С60 (от 0 до 1 % по массе). Для этого фуллерен растворялся в толуоле в заданной пропорции, а затем полиамидный порошок смешивался с раствором и высушивался.

Влияние фуллерена представлено на рисунке 1 и в таблице 1.

0.0075 0,015 0,025 0,05

Содержание С60, %

Рис. 1. Зависимость адгезионной прочности полиамида ПА-6 от процентного содержания в нем фуллерена С60. Температура нанесения покрытий 573 °К, скорость нагружения 0,2 МПа/сек. Д - испытания при температуре 293 °К; о - испытания температуре 353 °К.

Анализ полученных результатов показал, что оптимальное содержание фуллерена в полиамиде с точки зрения адгезионной прочности лежит в пределах 0,0075 - 0,015 %. При этом эффект имеет место только при нормальной температуре испытания. При повышенной, наиболее интересной с точки зрения эксплуатации узлов трения, ни положительного, ни отрицательного влияния добавки фуллерена С60 обнаружено не было.

Таблица 1. Влияние добавки фуллерена С6она прочность адгезии.

Материал ПА-11, содержание добавки С60, % Температура нанесения покрытий. °С

280 320

Темп, испытания, °С Темп, испытания, °С

22 83 22 83

Без добавки 34 28 38 28

0,015 37 28 35 26

существенного влияния добавки фуллерена С60 также обнаружено не было.

В четвертой главе представлены исследования долговечности адгезионного соединения полимерного покрытия с металлической

подложкой, которые базируются на рассмотрении деструкции полимера и его соединений с металлом с позиции термофлуктуационной теории прочности, сформулированной академиком Журковым С.Н. При этом технологическая фаза образования адгезионных связей в результате появления активных радикалов при термодеструкции полимера представляется как часть периода их существования. Ее небольшая продолжительность протекает в условиях активной деструкции не только молекул полимера, но и их адгезионных связей с металлической подложкой. В результате теплового воздействия при нанесении покрытия, его адгезионная прочность возрастает, а ее стабильность в условиях эксплуатации падает.

Разрушение соединения покрытия с подложкой описывается моделью, которая включает два процесса. Первый - постепенная деструкция адгезионных связей, то есть разупрочнение, и второй - мгновенное разрушение ослабленного соединения под действием касательных напряжений, возникающих под действием сил трения.

Таким образом, согласно термофлуктуационной теории прочности и с использованием критерия Бейли, продолжительность службы адгезионного

соединения полимерное покрытие - металлическая подложка рассчитывается по формуле

Где иа - энергия активации процесса разрушения адгезионных связей, У - коэффициент чувствительности материала к действию

механической нагрузки; [с] - начальная адгезионная прочность в

условиях контактного давления и рабочей температуры; - действующие

I.

(3)

напряжения в момент ; Т - температура эксплуатации в градусах Кельвина; Я - универсальная газовая постоянная.

В диссертации была разработана методика экспериментального

определения иа, У, и - энергии активации процесса разрушения самого полимера. Для этого были использованы образцы, схема нагруження которых изображена на рисунке 3. Их форма в отличие от склеенных пластин позволяла полностью соответствовать условиям формирования и работы реального покрытия.

схема нагружения

-ГЬкрьпие

№стоопрьва

Шба

Штъфп

Рисунок 3. Образец штифтового метода испытания и схема его нагружения. Представив продолжение жизни адгезионного покрытия в виде двух

последовательных этапов: технологического 0 — ?0 и эксплуатационного

^о , было получено выражение

сИ

1-

'о

I-¡г^Ч-

Л

- = 1

о г0ехр-

'о г0 ехр

К -уд [сг] (4)

ят(о " ' дг

Которое в условиях постоянной технологической и эксплуатационной температур принимает вид

'о

и

т0ехр

ЯТ0

1--Ь-

2гпехр—

° ^оу

, -1 т ехр иа ~ Н (5)

ДГ

Где ^о - продолжительность технологического процесса; ^о -

температура нанесения покрытия температуре; Г - температура эксплуатации.

Из представленного выражения определяется значение времени , то есть момента разрушения адгезионного соединения.

Также в четвертой главе на основе анализа работ предшествующих авторов предлагается формула для расчета контактных напряжений в узле трения с полимерным покрытием и данные о значении коэффициента трения для расчета касательных напряжений.

На основе полученных и представленных выше зависимостей предлагается следующая методика расчета покрытия на его адгезионную прочность.

1. Задаются геометрические размеры узла и температура, при которой он работает (очевидно, максимально допустимая температура для смазки).

2. По предложенной формуле рассчитываются максимальные

контактные давления 9тах и напряжения от силы трения I' #тах ■

3. По результатам выполненных исследований определяется адгезионная прочность при заданной температуре Т и контактных

давлениях Ч

тах -

[т) = [т\-Ь-(Т-Тн) + а-Ч]

с

тах (6)

4. По представленной выше формуле устанавливается расчетная продолжительность службы адгезионного соединения полимерное покрытие - металлическая подложка для соответствующих значений температуры и нагрузок.

5. При неудовлетворительном результате изменяются геометрические размеры узла или режимы технологии.

Выполненный расчет дает ответ на вопрос о возможности использования антифрикционного полимерного покрытия в конкретном узле, как альтернативы цветным антифрикционным сплавам.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

Выполненные исследования дали возможность получить следующие научные результаты и сделать выводы.

1. Разработана, обоснована и апробирована методика расчета адгезионной прочности антифрикционного полимерного покрытия, которая базируется на представлении процесса работы адгезионного соединения «полимерное покрытие - стальная подложка» в виде двух последовательных этапов: кратковременного технологического, протекающего при экстремальных условиях, и продолжительного эксплуатационного под действием рабочих нагрузок.

2. Для практического использования термофлуктационной теории прочности применительно к расчетам долговечности адгезионного соединения предложен способ определения энергии активации разрушения и коэффициента, отражающего чувствительность материала к механическим напряжениям. Особенность способа заключается в том, что для повышения достоверности результатов, испытания могут проводятся при одном значении температуры.

3. Применительно к антифрикционным полимерным композициям, исследовано влияние на адгезионную прочность полимер-сталь величины

контактных давлений и температуры во время действия нагрузки. В разработанной методике расчета оба эти фактора учитываются.

4. Проведенные исследования полиамидных покрытий с добавкой фуллерена Сбо показали, что существенного изменения адгезионной прочности у данных композиций нет. И рекомендации по их применению могут учитывать лишь положительный эффект с точки зрения антифрикционных и износостойких свойств.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ИЗЛОЖЕНО В СЛЕДУЮЩИХ ПУБЛИКАЦИЯХ:

1. Иваньков С.А., Башкарев А.Я. Улучшение адгезии полиамидов к металлам путем их модификации фуллереном 60; XXXVII Неделя науки СПбГПУ. Материалы всероссийской межвузовской конференции студентов и аспирантов. - СПб.: Издательство Политехи, ун-та, 2008. - стр.135;

2. Федотова A.C., Степанов К.Н., Иваньков С.А. и др. Влияние наноматериалов на адгезионные свойства композитов/ XXXVIII Неделя науки СПбГПУ: материалы международной научно-практической конференции. Ч. IV. - СПб.: Изд-во Политехи, ун-та, 2009. - с. 170-171.

3. Иваньков С.А., Забиров А.Г. Адгезия полиамида к металлам. -Ресурсосберегающие технологии ремонта, восстановления и упрочнения деталей машин, механизмов, оборудования, инструмента и технологической оснастки от нано- до макроуровня. Материалы 11-й международной научно-практической конференции, 2009, с. 335.

4. Иваньков С.А., Башкарев А.Я. О долговечности и прочности композитов/ Научно-технические ведомости СПбГПУ. - СПб., 2010. -№4 (110): Наука и образование. - с. 196 -199.

5. Веттегрень В.И., Иваньков С.А., Мамалимов Р.И. Деформация химических связей в молекулах покрытия из полиамида 6 на поверхности стали/ Журнал технической физики, 2011, том 81, выпуск 10. - с. 107 - 113.

Подписано в печать 16.11.2011. Формат 60x84/16. Печать цифровая. Усл. печ. л. 1,0. Тираж 100. Заказ 8350Ь.

Отпечатано с готового оригинал-макета, предоставленного автором, в типографии Издательства Политехнического университета. 195251, Санкт-Петербург, Политехническая ул., 29. Тел.:(812)550-40-14 Тел./факс: (812) 297-57-76

Введение.

1. Постановка вопроса и методика исследования.

1.1 Анализ возможностей полимерных материалов в узлах трения машин и механизмов.

1.2 Адгезия и адгезионная прочность тонкослойных полиамидных покрытий.

2. Исследование адгезионной прочности полиамидных композиций.

2.1 Зависимость адгезионной прочности от контактных давлений.

2.2 Зависимость адгезионной прочности от температуры.

3. Исследования покрытий, модифицированных фуллереном.

3.1 Анализ возможности влияния фуллеренов на физико-механические свойства полимеров.

3.2 Влияния фуллерена Сбо на свойства адгезии тонкослойных полиамидных покрытий.

4. Исследование долговечности адгезионного соединения.

4.1 Методика исследования долговечности адгезии.

4.2 Определение параметров долговечности адгезии полиамидных покрытий.

4.3. Напряженное состояние полиамидного покрытия в цилиндрическом подшипнике скольжения.

4.4. Методика расчета долговечности адгезии с учетом технологических факторов.

Актуальным вопросом машиностроения всегда остается проблема повышения долговечности тяжелонагруженных узлов трения, работающих в сложных условиях эксплуатации.

Одним из путей увеличения их срока службы стало применение антифрикционных пластмасс. В настоящее время накоплен достаточно большой опыт использования полимерных материалов в различных отраслях машиностроения, что связано с рядом их достоинств: высокой износостойкостью, низким коэффициентом трения, сокращением расходов на эксплуатацию и ремонт механизмов и т. п.

Из многообразия полимерных материалов, по наиболее удачному сочетанию свойств для узлов трения, можно выделить полиамиды. Они применяются, как при создании монолитных деталей, так и в качестве тонкослойных антифрикционных покрытий, прочно соединенных с металлической подложкой. По износостойкости, при корректном использовании, полиамиды превосходят не только другие полимеры, но и многие антифрикционные металлы и сплавы. Другим их достоинством является высокая технологичность, обусловленная сравнительно низкой температурой плавления и хорошей текучестью расплавов.

Тонкое полиамидное покрытие может воспринимать нагрузки, создающие напряжения, которые значительно превышают предел прочности полиамида в монолите. Это объясняется тем, что покрытие, прочно удерживаемое на металлической поверхности силами адгезии, имеет ограниченную возможность к деформированию. Благодаря малой толщине полимерного слоя (менее 0.35 мм) увеличивается его теплопроводность, что существенно уменьшает тепловую напряженность узла трения.

Использование полимеров в узлах трения в виде тонкослойных покрытий, позволяет без больших экономических затрат применять особо высококачественные композиты, в том числе включающие нано-структурные материалы, такие как фуллерены.

Однако все это становится возможным только при обеспечении надежного соединения покрытия с металлической подложкой. Но практический опыт показывает, что именно нестабильность адгезии антифрикционного слоя к подложке ограничивает широкое применение тонкослойных полимерных покрытий в узлах трения, так как в результате воздействия неблагоприятных факторов в процессе эксплуатации происходит постепенное снижение прочности адгезии.

Таким образом, дальнейшее продвижение в узлы трения новых перспективных полимерных композитов требует создания методов расчета их адгезии на прочность с учетом фактора времени работы.

Выполненное исследование является еще одним шагом к решению данной проблемы.

Основные выводы и результаты.

Выполненные исследования дали возможность получить результаты и сделать следующие выводы.

1. Разработана, обоснована и апробирована методика расчета долговечности полимерного антифрикционного покрытия, учитывающая температурно-временной режим технологического процесса и I доказывающая, что от него зависит не только величина адгезионной прочности, но и ее стабильность в процессе эксплуатации.

2. Для практического использования термофлуктационной теории прочности применительно к расчетам долговечности адгезионного соединения предложен способ определения энергии активации разрушения и коэффициента, отражающего чувствительность материала к механическим напряжениям. Особенность способа заключается в том, что испытания могут проводятся при постоянной температуре, что повышает достоверность результатов.

3. Применительно к антифрикционным полимерным композициям, исследовано влияние на адгезионную прочность полимер-сталь величины контактных давлений и температуры во время действия нагрузки. В разработанной методике расчета оба эти фактора учитываются.

4. Проведенные исследования полиамидных покрытий с добавкой фуллерена Сбо показали, что существенного изменения адгезионной прочности у данных композиций нет. Однако исследования по изучению стабильности адгезии таких покрытий могут быть продолжены.

1. Александров В.М., Бабешко В.А., Белоконь A.B. и др. Контактная задача для кольцевого слоя малой толщины // Механика твердого тела, 1966. № 1. - С. 135 - 139.

2. Александров В.М., Бабешко В.А., Белоконь A.B. и др. Расчет теплоупругих контактных давлений в подшипнике с полимерным покрытием. Сб.: Контактные задачи и их инженерные приложения. М.: НИИМАШ, 1969.-С. 214-226.

3. Алешин А.Н., Бирюлин Ю.Ф., Виноградова JI.B., Згонник В.Н. и др. // Письма в ЖТФ 21, 23, 64 (1995).

4. Айдуганов В.М., Волкова Л.И., Лаптева Т.И. Опыт строительства и эксплуатации трубопроводов из металлопластиковых труб// Нефтегазовое дело, 2006.

5. Айнбиндер С.Б. и др. Свойства полимеров при высоких давлениях. -М.: Химия, 1973. 192 с.

6. Бабиков Д.Ф. Изучение статического сопротивления полиамидов при различном исходном состоянии и режиме нагружения. -Кандидатская диссертация, ЛПИ, 1968. 210 с.

7. Башкарев А.Я., Лебедев A.A. Методика расчета металлополимерных шарнирных соединений строительных машин. // Исследование конструктивных параметров и динамики вибрационных машин: Межвуз. сб. научн. тр. Ярославль: ЯПИ, 1985.

8. Белоцерковский М.А., Федаравичус A.B. Разработка технических средств для газопламенного напыления полимерных покрытий // Машиностроитель: 2002. №12. - С. 13.

9. Белый В.А. и др. О расчете тонкослойных полимерных подшипников скольжения // Полимеры в промышленности. Гомель: АН БССР, 1968.

10. Белый В.А., Довгяло В.А., Юркевич O.P. Полимерные покрытия. Минск: Наука и техника, 1976. - 416 с.

11. Белый В. А., Егоренков H.H., Плескачевский Ю.М. Особенности формирования покрытий и клеевых швов из порошковых полимеров. ДАН БССР, 1970. - Т.14. - №3. - С. 247 - 252.

12. Белый В.А., Егоренков Н.И., Плескачевский Ю.М. Адгезия полимеров к металлам Минск: Наука и техника, 1971. - 288 с.

13. Белый В. А., Рутто P.A. Исследование и применение антифрикционных покрытий из полиамидов. Сб.: Полимеры в машинах, М.: НИИМАШ, 1966.- С. 271 - 275.

14. Белый В.А., Свириденок А.И. Подбор материалов для трущихся деталей В кн.: Трение, изнашевание и смазка Т.1/ М.: Машиностроение, 1978, С. 127-159.

15. Беляков Л.Я. Исследование влияния толщины антифрикционного полиамидного покрытия на тепловой режим подшипников скольжения. Сб.: Применение материалов на основе пластмасс для опор скольжения и уплотнений в машинах, М.: Наука, 1968. - С. 80 - 82.

16. Берлин А. А., Басин И. В. Основы адгезии полимеров. М.: Химия, 1974.

17. Биглова Ю.Н. Фуллерен С6о в реакции радикальной сополимеризации аллиловых и виниловых мономеров // Автореферат диссертации на соискание ученой степени к.х.н., Уфа, 2008. 121 с.

18. Бирюлин Ю.Ф., Лебедев В.М., Миков С.Н., Орлов С.Е. и др. Некоторые физические свойства и элементный состав пленок звездообразных фуллеренсодержащих полистиролов // Физика твердого тела, 2000. Т. 42. - вып. 10. - С. 1904 - 1910.

19. Бондаренко Г.З., Измалков Л.И. Исследование металлополимерных подшипников скольжения. Сб.: Методы испытания и оценки служебных свойств материалов для подшипников скольжения. -М.: Наука, 1972. - С. 130 - 136.

20. Бриджмен П.В. Исследование больших пластических деформаций и разрыва. М.: Издатинлит, 1955. - 444 с.

21. Букреев В.В. Методы повышения надежности и долговечности подвижных соединений деталей строительных машин на базе использования полимерных покрытий // Автореферат канд. техн. наук. Д., 1996. 15 с.

22. Бухин В.Е., Евсеев В.Н., Постинков Ю.А., Федосеева А.Ю. Полимерные материалы для узлов трения // Технология, организация производства и управление, 1987. №7.

23. Валишин A.A., Карташова Э.М. Статистическое описание теплового движения в полимерах // Пластические массы: 2006. №7. - С. 36.

24. Валишин A.A., Степанова Т.С. Проблема смещения полюса в температурно-временной зависимости прочности полимеров. Вычислительный эксперимент // Пластические массы: 2008. №7. - С.29.

25. Валишин A.A., Степанова Т.С., Карташов Э.М. Прочность и долговечность полимеров и композитов в переменных температурно-силовых внешних условиях // Механика композиционных материалов и конструкций: 2008. Т. 14. - №4. - С. 547-560.

26. Верещагин Л.Ф., Шапочкин В.А. Влияние гидростатического давления на сопротивление сдвигу в твердых телах // Физика металлов и металловедение, 1960. Т.9. - № 2. - С. 258 - 264.

27. Веттегрень В.И., Иваньков С.А., Мамалимов Р.И. Деформация химических связей в молекулах покрытия из полиамида 6 на поверхности стали // Журнал технической физики: 2011. Т.81.- № 10. -С. 107-113.

28. Виноградов С.И., Капустин М.И., Семенов В.П. Несущая способность полиамидных подшипников // Труды ЛПИ, Л.: Машиностроение, 1967. № 285. - С. 27 - 31.

29. Виноградов В.М. Остаточные напряжения в изделиях из наполненных пластических масс // Пластические массы, 1976. № II. - С. 51-54.

30. Ворович И.И., Устинов Ю.А. О некоторых результатах исследования контактных явлений в полимерных подшипниках. М.: НИИМАШ, 1969. - С. 193 - 199.

31. Гинзбург Б.М., Поздняков А.О., Поздняков О.Ф., Редков Б.П. ЖПХ. 2000. - Т. 73. - вып.З. - С. 484 - 490.

32. Гинзбург Б.М., Точильников Д-Г., Влияние фуллеренсодержащих добавок к фторопластам на их несущую способность при трении // Журнал технической физики, 2001. Т. 71. -вып.2. - С. 120-124.

33. Гладченко C.B., Полоцкая Г.А., Грибанов A.B., Згонник В.Н. Исследование твердофазных композиций полистирол-фуллерен // Журнал технической физики, 2002. Т. 72. вып.1. - С. 105 - 109.

34. Гольдман А.Я. Прочность конструкционных пластмасс. JL: Машиностроение, 1979. - 320 с.

35. Гонца В.Ф. Влияние слабой сжимаемости на решение задач теории для несжимаемого // Вопросы динамики и прочности, 1970. № 20.-С. 181 - 193.

36. Горский В.А., Сиротинкин Н.В., Голощапов Ю.Г. и др., Модификация фуллереном полиакрилатной матрицы. // Химия твердого тела и современные микро и нанотехнологии. VI Международная конференция. Кисловодск Ставрополь: СевКавГТУ, 2006. - 501 с.

37. Громов В.Г. Термо-вязко-упругие деформации полимерного подшипника. Сб.: Контактные задачи и их инженерные приложения. М.: НИИМАШ, 1969. - С. 193 - 199.

38. Гуль В.Е., Структура и прочность полимеров. М.: Химия, 1978. - 328 с.

39. Гуняев Г.М., Ильченко С.И., Комаров O.A. и др. Фуллероидные наноматериалы активные модификаторы полимеров и полимерных композитов // Пластические массы, 2003. - №10. - С. 15.

40. Гутьяр Е.М. Распределение давлений между шипом и втулкой при малом зазоре между ними. М.: Труды МИИСП, 1964. - Т. I. - вып.5. - С. 89 - 96.

41. Жуков В.В., Кустов Л.И. Расчет долговечности металлополимерных подшипников скольжения // Вестник машиностроения, 1969. № 8. - С. 36 - 38.

42. Заборский Е.В. Исследование шарнирных соединений с полимерным покрытием в узлах строительных и дорожных машин // Автореферат дисс. кандтехн. наук, Л., 1980.

43. Зборжил И.П., Айнбиндер С.Б., Бетехтин В.И. Влияние гидростатического давления на образование субмикротрещин при растяжении полимеров // Механика полимеров, 1971. № 5. - С. 917-921.

44. Згонник В.Н., Меленевская Е.Ю, Литвинова Л.С., Кевер Е.Е. и др. Высокомолекулярные соединения. Сер. А 38, 2, 203 (1996).

45. Зимон А.Д. Адгезия пленок и.покрытий. М.: Химия, 1977.352 с.

46. Зубов П.И., Сухарева Л.А., Смирнова Ю.П. Влияние внутренних напряжений на долговечность полимерных покрытий. -Доклады АН СССР, 1963. Т.150. - N2. - С. 359 - 360.

47. Иваньков С.А., Башкарев А.Я. О долговечности и прочности композитов // Научно-технические ведомости СПбГПУ. СПб., 2011. -№4 (110): Наука и образование. - С.196 - 199.

48. Каис, A.M. Джода. Повышение долговечности и ремонтнопригодности соединений в узлах строительных машин с помощью полимерных материалов // Дисс. канд. техн. наук: СПб., 1994. -120 с.

49. Карагельский И.В., Михин Н.М. Узлы трения машин: Справочник. М: Машиностроение, 1984. - 280 с.

50. Карпович 0,И. Температурные зависимости вязкоупругих свойств термопластичных полимеров // VII Международная научно-техническая конференция «Современные проблемы машиноведения». -Гомель. 2008. - С. 44 - 45.

51. Кинлок Э. Адгезия и адгезивы // Наука и техника: перевод с англ. Под ред. JI.M. Притыкина М.: Мир, 1991.

52. Комиссаров Ю.А., Зеленев Ю.В., Дегтярев В.Г. Математическое моделирование управления свойствами полимерных материалов // Пластические массы: 2001. №7. - С. 14.

53. Корнопольцев В.Н., Могнонов Д.М., Фарион И.А, Никитин В.Е., Захаров В.А. Применение сверхвысокомолекулярного полиэтилена для подшипниковых материалов на стальной подложке // Трение и износ, 2009. Т. 30. - №1. - С. 78 - 82.

54. Краснов А.П., Плескачевский Ю.М., Адериха В.Н., и др. Совместимость и триботехнические свойства смесей СВМПЭ ПА-6 // Пластические массы, 2001. - №12. - С. 12.

55. Кривопал Б.А. Исследование долговечности полимерных покрытий деталей машин. Сб.: Надежность и долговечностьполимерных материалов и изделий из них // Материалы конференции, МДНТП, 1969.-С. 159- 163.

56. Кузнецов Е.В., Дивгун С.М., Бударина JI.A. и др. Практикум по химии и физике полимеров. М.: Химия, 1977. - 256 с.

57. Лин Д.Г., Воробьева Е.В. Перенос металла в полиэтиленовых пленках, окисляемых на медных подложках // Журн. Прикладной химии -2001.- Т.74. №6. - С. 998 - 1002.

58. Мадорский Л. Термическое разложение органических полимеров. Пер. с англ. М.: Мир, 1967. - 328 с.

59. Мышкин Н.К., Петроковец М.И., Ковалев A.B. Трибология полимеров: адгезия, трение, изнашивание и фрикционный перенос // Трение и износ, 2006. Т. 27. - №4. - С. 429 - 443.

60. Навасардич Г.Г., Березников В.В. Перспективы применения полимерных материалов при ремонте сельскохозяйственной техники // Пластические массы, 1973. № 11. - С. 71-73.

61. Необердин Ю.А. Исследование контактных напряжений для прямых и обращенных пластмассовых подшипников скольжении // Автореферат кандидатской диссертации. Л., 1973. - 24 с.

62. Оптимальное использование фрикционных материалов в узлах трения машин // Под ред. Чичинадзе A.B. М.: Наука, 1973. - 139 с.

63. Пенькова A.B. Исследование физико-химических свойств композиции фуллерен-полифениленоксид // Материалы Международной конференции молодых ученых по фундаментальным наукам «ЛОМОНОСОВ 2006». - Химия. - Т. 1. - 174 с.

64. Петров В. А., Башкарев А .Я., Веттегрень В.И. Физические основы прогнозирования долговечности конструкционных материалов. -СПб.: Политехника, 1993. 475 с.

65. Петров С.В. Эксплуатация модифицированных РТИ // VII Международная научно-техническая конференция «Современные проблемы машиноведения». Гомель, 2008. - С. 50 - 51.

66. Платонов В.Ф. Подшипники из полиамидов. М.: Машгиз, 1961.-112 с.

67. Полимеры в узлах трения машин и приборов // Под ред. Чичинадзе A.B. М.: Машиностроение, 1988. 328 с.

68. Попов A.B., Кириченко И.Я., Басов Н.И. О несущей способности полимерного подшипника скольжения // Вестник машиностроения, 1969. № 10. - С. 50 - 52.

69. Поталицын М. Г., Бабенко А. А., Алехин О. С., Алексеев Н. И., и др. Модифицирование капролона фуллероидными материалами // Вопросы материаловедения, 2006. № 2(46). - С. 153 - 157.

70. Раевский А.Н. Полиамидные подшипники. М.: Машиностроение, 1967. - 138 с.

71. Ратнер С.Б., Ярцев В.П. Физическая механика пластмасс // Как прогнозируют работоспособность. М.: Химия, 1992.

72. Сидоров Л.Н., Юровская М.А. и др. Фуллерены: Учебное пособие. М.: Издательство «Экзамен», 2005. - 688 с.

73. Скрипняк В.А., Козулин A.A. Влияние технологических микродефектов структуры на долговечность полимерных материалов // Известия ВУЗов: Физика, 2007. №7. - С. 3 - 6.

74. Скудра A.M., Кирулис Б. А. Критерий прочности адгезионной связи при взаимодействии нормальных и касательных напряжений // Механика полимеров, 1974. № 2. - С. 246 - 251.

75. Снеговский Ф.П. Опоры скольжения тяжелых машин. М.: Машгиз, 1969. - 223 с.

76. Снеговский Ф.П., Ситников И.И. Рабочие параметры скоростных подшипников скольжения с пластмассовыми антифрикционными слоями // Вестник машиностроения, 1967. № 7. - С. 46 - 48.

77. Справочник по композиционным материалам: В 2-х кн. Кн. 1 // Под ред. Дж. Любина; Пер. с англ. А.Б. Геллера, М.М. Гельмонта; Под. Ред. Б.Э. Геллера. -М.: Машиностроение, 1988. 448 с.

78. Справочник по композиционным материалам: В 2-х кн. Кн. 2 // Под ред. Дж. Любина; Пер. с англ. А.Б. Геллера; Под. Ред. Б.Э. Геллера. М.: Машиностроение, 1988. - 584 с.

79. Старосельский A.A., Клейнер А.Б. О распределении давлений в поперечном сечении неметаллического подшипника скольжения. Сб.: Детали машин и подъемно-транспортные машины. -Киев; Техника, 1966. - вып.З. - С. 80 - 86.

80. Стукач A.B. Исследование работоспособности узлов трения с полимерными покрытиями в гусеничном ходе строительных машин // Кандидатская диссертация. ЛИИ им. М.И. Калинина, 1979. - 216 с.

81. Трение и износ фрикционных материалов // Под ред. Чичинадзе A.B. М.: Наука, 1977. - 136 с.

82. Третьяков А.Г. Материалы для узлов трения // Полимеры-деньги, 2006. №4(№18), - С. 72.

83. Турусов А., Вуба К.Т. Напряженное состояние и особенности оценки прочности адгезионных соединений при сдвиге. Физика и химия обработки материалов, 1979. - № 9. - С. 87.

84. Фрейдин A.C. Прочность и долговечность клеевых соединений. -М.: Химия, 1971. 272 с.

85. Чесноков Н.М. Количественная оценка внутренних напряжений в полимерных покрытиях металлопластмассовых цилиндров // Тр.ин-та. ЛПИ, 1969. - С. 56 - 69

86. Шепелевский A.A., Богданов A.A., Гинзбург Б.М., Лексовский A.M., Ойченко В.М., Олейник C.B., Точильников Д.Г. Изменение структуры и свойств фуллереновых саж при хранении в атмосферных условиях // Трение и износ, 2009. Т.ЗО. - №2. - С. 199 -203.

87. Шестаков Б.М. Работоспособность тонкослойных полимерных покрытий. -М.: Машиностроение, 1973. 160 с.

88. Штаерман И.Я. Контактная задача теории упругости. — М. — JL: Гостехиздат, 1949. 272 с.