автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.04, диссертация на тему:Разработка металлосодержащих присадок к маслам, реализующих избирательный перенос при трении

На правахрукописи

КИСЕЛЕВ Вячеслав Валериевич

РАЗРАБОТКА МЕТАЛЛОСОДЕРЖАЩИХ ПРИСАДОК К МАСЛАМ, РЕАЛИЗУЮЩИХ ИЗБИРАТЕЛЬНЫЙ ПЕРЕНОС ПРИ ТРЕНИИ

Специальность 05.02.04 -Трение и износ в машинах

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Иваново 2004

Работа выполнена в Ивановском государственном химико-технологическом университете

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор, Заслуженный деятель науки РФ Мельников Вячеслав Георгиевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Сизов Александр Павлович кандидат технических наук, профессор Можин Николай Афанасьевич

Ведущая организация:

Открытое акционерное общество «Гаврилов-Ямский» льнокомбинат»

Защита состоится «04» июня 2004 года в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 212.062.03 при Ивановском государственном университете по адресу: 153025, г. Иваново, ул. Ермака, 39, учебный корпус № 3, ауд. 459.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИвГУ. Автореферат разослан OYi 2004 года.

Ученый секретарь диссертационного совета

Общая характеристика работы

Актуальность работы. Эффективность и надежность работы машин и механизмов в значительной степени определяется величиной и стабильностью коэффициента трения и износостойкостью материалов. Одним из наиболее экономически выгодных путей повышения долговечности и надежности является улучшение качества смазочных материалов, в том числе введением в масла специальных присадок, реализующих избирательный перенос.

Достаточно плодотворными в этом направлении являются работы российских ученых - Д.Н. Гаркунова, И.В. Крагельского, А.А. Полякова, М.В. Голуба, А.К. Прокопенко, В.Г. Мельникова и др. по созданию на поверхностях трения в процессе работы сервовитной пленки мягких металлов с особыми свойствами, аномально низкими значениями коэффициента трения и интенсивности изнашивания.

Разработка и исследование новых смазочных композиций с присадками, реализующими избирательный перенос, является важной и актуальной задачей.

Цель работы. Разработка и исследование свойств присадок к маслам на основе стеаратов меди и олова, реализующих избирательный перенос, для эксплуатации в различных режимах трения.

Настоящая работа выполнена в соответствии с «Основными направлениями фундаментальных исследований», пункт 2.2.4. Трибология (приложение1 к постановлению Президиума РАН от 1 июля 2003 г., №233).

Основные задачи исследования.

Разработка смазочных композиций с участием стеаратов меди и олова;

изучение влияния стеаратов меди и олова на триботехнические свойства разработанных смазочных композиций;

оптимизация состава р а з р нных композиций по триботехническим свойствам; I рос НАЦИОНАЛЬНАЯ

I БИБЛИОТЕКА

! ггвкйз.

исследование коррозионной активности разработанных смазочных композиций к материалам пар трения; выдача рекомендаций для промышленного использования разработанных смазочных композиций.

Научная новизна работы.

Разработан состав стеаратов меди, олова и их смеси, способных после растворения в маслах восстанавливаться при трении до металлической меди и олова (их сплава). Обнаружен синергизм действия восстановленной пленки металлов на трущихся поверхностях с резким улучшением триботехнических свойств.

Выявлены оптимальное соотношение меди и олова в присадке (в пересчете на металлические) и концентрация присадки в масле, дающие максимальный эффект от их применения.

Практическая ценность работы.

Разработана металлосодержащая присадка на основе солей меди и олова для масел общего и специального назначения (Решение о выдаче патента на изобретение по заявке № 2002135854/04 (038094) «Смазочная композиция» от 06.02.2004).

Разработаны и утверждены технические условия на смазочную композицию, выданы рекомендации для промышленного использования указанной присадки.

Реализация результатов работы. Результаты производственных испытаний подтвердили целесообразность использования разработанной присадки на основе стеаратов олова и меди в качестве добавки к моторным, трансмиссионным, компрессорным маслам. Разработанная присадка успешно прошла производственные испытания в автомобилях учебной пожарной части ИФА ГПС МЧС России, в компрессорных установках ООО «Полимерпром», в автомобилях агрокомплексов.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на Межвузовском семинаре «Физика, химия и механика трибосистем» (Иваново, 2002 и 2003), Международном конгрессе «Современные технологии в промышленности строительных материалов и стройиндустрии» (Белгород, 2003), Двенадцатой научно — техническая конференции «Системы безопасности» (Москва, 2003).

Публикации. По теме диссертации имеется 8 публикаций.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, общих выводов, списка использованной литературы (102 источника) и приложений. Содержит 141 страницу печатного текста, 113 рисунков и фотографий.

Основное содержание работы

Во введении обосновывается актуальность темы диссертации, обозначены цель и задачи исследования, сформулированы положения, выносимые на защиту.

В первой главе приведены данные об использовании эффекта избирательного переноса и материалах, которые способствуют и реализуют сверхнизкое трение в узлах трения машин и механизмов. Приведен обзор литературных, патентных и рекламных данных по номенклатуре выпускаемых смазочных материалов и присадок к ним.

Показано, что в настоящее время энергично развиваются прогрессивные направления получения прочных, постоянно возобновляемых граничных слоев, защищающих металл от износа и снижающих трение.

Явление избирательного переноса, связанное с формированием на поверхности металла тончайших пленок меди и других мягких металлов, позволяет в некоторых случаях добиться минимального износа.

В последнее время выполнен ряд исследований различных металлосодержащих соединений, которые способствуют

созданию в зоне трения эффекта избирательного переноса. Данный эффект нашел широкое применение в промышленности.

В последнее время использование избирательного переноса значительно расширилось и охватывает многие отрасли промышленности: машиностроение, авиастроение, судостроение, текстильная промышленность.

Образующаяся пленка мягкого металла на поверхности трения заполняет микронеровности и резко увеличивает фактическую площадь контакта, что приводит к такому же резкому снижению давления. А это влечет за собой снижение температуры в зоне контакта. Прочно сцепленная с поверхностью металла пленка, например, меди, легко подвижна, пластична и имеет квазикристаллическую структуру, напоминающую расплав. Она, расступаясь, пропускает микронеровности трущихся поверхностей и смыкается после прохода этих микронеровностей. Когда толщина медной пленки превышает высоту микронеровностей, то процесс трения локализуется в медной пленке. Это приводит к снижению износа и коэффициента трения в десятки раз.

Большинство рассмотренных присадок, способствующих эффекту избирательного переноса, имеют один существенный недостаток. Металлические компоненты данных присадок находятся в масле в виде мелких частиц, которые не способны проходить через системы фильтров, что резко снижает круг применения присадок. Выполненный анализ литературных данных позволил определить основные задачи и цель исследований: разработка металлосодержащих присадок, полностью растворимых в маслах и восстанавливающихся до металла только в зоне трения.

Вторая глава посвящена материалам и методикам экспериментов, приводятся данные о материалах и реактивах, использованных в процессе проведения исследований. Описана методика получения медно - оловянного стеарата. При исследовании в качестве испытуемых материалов применялась пара трения (образец и контртело), изготовленная из стали 45 (ГОСТ 1050) с поверхностной твердостью 40 - 42 HRC (рис. 1). Все образцы имели поверхности 8 класса шероховатости по ГОСТ 2789.

Рис.1. - Вкладыш (а) и контртело (б) для проведения испытаний на трение и изнашивание.

Рис. 2. Упрощенная схема узла трения машины СМТ-1: 1 - нижний (вращающийся) вал; 2 - верхний (неподвижный) вал; 3 - нагружающее устройство; 4 - образец; 5 - контртело; 6 - ванночка для смазочного материала.

Исследование триботехнических характеристик масел с разработанными присадками проводилось на машине для испытания материалов на трение и износ модели СМТ-1 (рис.2).

При исследовании износостойкости образца в присутствии разработанной присадки режимы трения были выбраны усредненными, применительно к режимам работы большинства узлов трения машин и аппаратов. При этом скорость скольжения диска по образцу составляла 1 м/с. Нагрузка при испытаниях повышалась ступенчато до резкого увеличения момента трения, путь трения при смазке маслом с присадками составлял 30 км. Смазочная композиция вводилась в зону трения капельным способом - 8 - 10 капель в минуту.

Описана методика коррозионных испытаний разрабатываемых смазочных композиций и методика определения содержания металлических компонентов в присадке атомно - абсорбционной спектрометрией.

В третьей главе представлены результаты лабораторных исследований трения и износа разработанных смазочных композиций и исследований по определению оптимальной концентрации разработанного медно - оловянного стеарата в масле.

В разделе 3.1 приведены результаты триботехнических и коррозионных испытаний разработанных медного и оловянного стеаратов в масле Индустриальное - 40. Для оценки и сравнения разработанных присадок были исследованы следующие триботехнические характеристики - зависимости коэффициента трения от нагрузки, величины износа от пути трения при постоянной нагрузке и зависимость интенсивности изнашивания от приложенной нагрузки при фиксированном пробеге. Эти характеристики определяют границы работоспособности пары трения. Стойкость материалов к изнашиванию при различных режимах трения определяют ресурс и срок службы узлов трения. Присадки представляют собой стеараты меди и олова насыщенных и ненасыщенных жирных кислот растительных масел. Металлы, находящиеся в стеарате, разрушаются с выделением химически чистой меди и олова только в зоне трения, где присутствуют нормальные и сдвигающие нагрузки и повышение температуры. Химически чистые металлы очень активны и практически мгновенно восстанавливаются на очищенных от оксидных пленок металлических поверхностях деталей узлов трения, предотвращая непосредственный контакт пары трения.

На рисунках 3 и 4 приводятся основные триботехнические показатели масла И-40 с разработанными присадками.

Рис.3. Зависимость коэффициента трения от давления. ■ - для базового масла И - 40; ♦ - для масла И - 40 с 1.5% оловянного стеарата; ▲ - для масла И - 40 с 1.5% медного стеарата.

Рис.4. Зависимость интенсивности изнашивания от давления, а - дня базового масла И - 40; ♦ - для масла И - 40 с 1.5% оловянного стеарата; А - для масла И - 40 с 1.5% медного стеарата.

Анализ зависимостей позволяет сделать следующие выводы:

- введение стеарата олова позволяет в 1,3 раза увеличить нагрузочную способность, по сравнению со стеаратом меди при одинаковом содержании стеаратов в базовом масле;

- коэффициент трения в изученном диапазоне давлений несколько ниже при трении в масле с медным стеаратом, интенсивность изнашивания при этом практически одинаковая.

Введение в серийно выпускаемое минеральное масло разработанного медного стеарата позволило качественно улучшить основные триботехнические показатели его. В частности, коэффициент трения снизился в среднем в 2 раза, нагрузочная способность возросла примерно на 20 - 30%, износ уменьшился в 3 раза.

Что касается оловянного стеарата, то эта присадка к базовому маслу И-40 позволила получить еще более значимые результаты. После введения ее в масло нагрузочная способность возросла на 30 %, коэффициент трения снизился в среднем в 3 раза, значительно уменьшился износ испытуемой пары трения, по сравнению с результатами в присутствии медного стеарата.

В разделе 3.2 приведены результаты триботехнических и коррозионных исследований разработанного медно -оловянного стеарата.

Разработанные медный и оловянный стеараты существенно улучшили основные триботехнические показатели масла И-40, однако при их применении коэффициент трения контактирующей пары и интенсивность изнашивания были достаточно высокими.

С учетом данных, полученных после проведения исследований с металлоплакирующими присадками, была разработана новая присадка, содержащая одновременно стеараты меди и олова жирных кислот - медно - оловянный стеарат.

Для исследований основных триботехнических характеристик было изготовлено шесть однотипных присадок, отличающихся содержанием металлического компонента. Вводимый в смазочный материал медно - оловянный стеарат содержал 10-30 мас. % в пересчете на металлическую медь и

и

3-8 мас. % в пересчете на металлическое олово. Указанное соотношение меди и олова является оптимальным, которое позволяет достичь избирательного переноса.

Введение в базовое масло 1,5 мас. % медно - оловянного стеарата позволило в 4 - 5 раз снизить коэффициенты трения, по сравнению с трением в масле с медным стеаратом. Интенсивность изнашивания во всем диапазоне давлений при этом была в 2,5 — 3,5 раза ниже, по сравнению с медным и оловянным стеаратами (рис. 5,6).

О 2 4 6 8 10 Давление (МПа)

Рис.5. Зависимость коэффициента трения от давления. ■ - для базового масла И - 40; • - для масла И — 40 с 1.5% медно - оловянного стеарата.

Проводились исследования с разработанным медно -оловянным стеаратом по определению его рабочего диапазона. При фиксированном давлении и постоянном коэффициенте трения f = 0,025 варьировалась скорость скольжения пары трения от 0,25 (м/с) до 1,5 (м/с). Величина давления на контртело фиксировалась на отметках 2, 3, 4,4.5 (МПа) (рис.7). Максимальная величина произведения давления на скорость скольжения - pV, равная 5 (МПа • м/с), отмечена при содержании 1,5 мас.% медно - оловянного стеарата и соотношением меди к олову в стеарате - 4,5.

к

1 0 2 4 6 8 10

Давление (МПа)

Рис. 6. Зависимость интенсивности изнашивания от давления. ш - для базового масла И - 40; • - для масла И - 40 с 1.5% медно - оловянного стеарата.

5

О Ц----

О 0,5 1 1,5 2

Скорость скольжения (м/с)

Рис. 7. Работоспособность р - V (давление - скорость) для медно - оловянного стеарата при коэффициенте трения f = 0,025.

Скорость образования металлической пленки при-использовании медно - оловянного стеарата и ее положительное влияние на фрикционные свойства подтверждается следующим экспериментом (рис. 8).

Контактирующая пара работала в режиме избирательного переноса с минимальным коэффициентом трения. На отметке 3000 (м) пробега была произведена замена смазочного материала: вместо масла И-40 с разработанным медно -оловянным стеаратом было использовано масло И-40 без добавок. В результате минимальный коэффициент трения в зоне контакта наблюдался еще в течение 500 (м), а затем коэффициент трения начал быстро увеличиваться и вырос более чем в 5 раз. Однако если подачу модифицированного масла в зону трения возобновить, то коэффициент трения быстро возвращается к прежнему уровню.

0,12

1 0,1 х а>

0,08

к-

| 0,06 §: о,о4

о

£ 0,02 О

О 2000 4000 6000 8000 10000;

Путь трения (м)

Рис. 8. Изменение коэффициента трения при изнашивании в масле без присадки и с присадкой.

Анализируя триботехнические свойства (коэффициент трения, интенсивность изнашивания, нагрузочную способность, диапазон работоспособности с сохранением металлической

пленки на трущихся поверхностях) исследованных присадок -стеаратов меди, олова и медно - оловянного стеарата можно сделать выводы:

1. Медно - оловянный стеарат в определенном соотношении меди и олова позволяет говорить о синергетическом воздействии на улучшение свойств смазочной композиции с присадкой. Так, стеарат, содержащий 7 мас.% олова и 30 мас.% меди (в пересчете на металлические), после растворения в масле позволил, по сравнению с трением без присадки, в 22 - 25 раз снизить коэффициент трения, в 17 - 20 раз уменьшить интенсивность изнашивания и в 1,5 раза повысить нагрузочную способность. Эти результаты в 1,5 - 1,7 раза превосходят аналогичные показатели при трении с присадками стеаратов меди и олова.

2. Наилучшие триботехнические свойства показали медно -оловянные стеараты при соотношении меди к олову (в пересчете на металлические) в пределах 4 - 5. Отклонения от этого соотношения в меньшую или большую сторону приводят к увеличению коэффициента трения и повышению интенсивности изнашивания. Проведенные исследования дают возможность

предполагать, что на стальных поверхностях трения образуется олово - и медь - содержащая пленка. Профилографирование и фотографирование поверхностей трения подтвердило наличие металлической пленки. Профилографирование поверхностей трения проводилось до трения и после 30 (км) пути трения в масле И-40 с разработанным медно - оловянным стеаратом при давлении на рабочие поверхности 5 (МПа). Фотографирование поверхностей осуществлялось при помощи электронного микроскопа с увеличением 2000 раз (рис. 9).

На представленной фотографии поверхности трения видна пленка в виде островков, вытянутых вдоль линии скольжения контртела по поверхности вкладыша. Предположения о том, что эти островки - пленки мягких металлов подтвердились методом электронографии.

Рис. 9. Профилограммы поверхностей вкладыша до трения (а) и после трения (б) в разработанной смазочной композиции и поверхность контакта образца после трения (увеличение х 2000).

Электронограммы были получены на электронном микроскопе ЭМВ 100Л в режиме микродифракции (ускоряющее напряжение и = 75КВ).

Измерив радиусы колец (в случае кольцевой электронограммы) или расстояния между рефлексами (в случае точечной электронограммы, рис. 10), используя калибровочную кривую, определили межплоскостные расстояния.

В-во вп Бп Си Си Си

^эксп.» А 2.69 2.01 1.78 1.28 1.08

Рис. 10. Электронограммы эталона (а) и исследуемого образца (б).

Используя справочные данные и периоды, рассчитанные с помощью калибровочной кривой, было установлено, что исследуемые соединения являются двухкомпонентной системой, состоящей из меди и олова.

На основании проведенных исследований можно утверждать, что на поверхностях пары трения образуются тончайшие пленки меди и олова, что способствует

значительному улучшению основных триботехнических показателей масла после введения в него разработанной присадки.

В разделе 3.3 приведены результаты исследований по определению оптимальной концентрации разработанного медно - оловянного стеарата в индустриальных маслах общего назначения.

В технической литературе нет однозначного ответа об оптимальной концентрации присадок в маслах, реализующих избирательный перенос при трении. Для каждой отдельной присадки существует своя оптимальная концентрация в масле, обусловленная определенными критериями ее применения, однако эта концентрация не выходит за рамки 0,2 ... 3 мас.%.

Предварительный анализ результатов экспериментов показал, что значения зависимого фактора - степени износа являются наименьшими при концентрации присадки в масле в пределах 1-2 мас.%. Это подтверждалось для каждой из разработанных смазочных композиций и при каждом фиксированном значении нагрузки.

Так как целью исследования являлось определение экстремумов, а линейная функция их не имеет, подбор зависимостей был начат с многочленов второй степени. При этом не исключалась, при необходимости, возможность использования иных функций. Таким образом, подбиралась зависимости вида:

У — ао+ а1Х1+а2Х2+ацХ12 ч-а^Х^г+аггХг2

При этом, поскольку общее число определяемых параметров влияет на качество статистических оценок, то исследовались и «усеченные» зависимости, в которых отсутствуют слагаемые с незначимыми коэффициентами.

Статистической обработкой результатов экспериментов, учитывающей влияние случайных погрешностей, определено, что наилучшим значением концентрации присадки в масле является 1,5 мас.% медно - оловянного стеарата.

Общие выводы

1. Разработана и исследована. универсальная металлосодержащая присадка на основе стеаратов меди и олова, реализующая эффект избирательного переноса при трении.

2. Выявлено, что оптимальной концентрацией разработанной металлосодержащей присадки в индустриальном масле является 1,5 мас.% в исследованном диапазоне нагрузок и скоростей скольжения.

3. Экспериментально доказано, что введение в базовое масло И - 40 разработанного стеарата меди и олова приводит к синергитическому улучшению его триботехнических свойств:

уменьшению коэффициента трения в 22 - 25 раз, по сравнению с трением без присадки; снижению интенсивности изнашивания в 17-20 раз;. повышению нагрузочной способности в 1,5 раза.

4. Определено, что синергитический эффект улучшения свойств возможен при соотношении меди к олову (в пересчете на металлические) в медно - оловянном стеарате в пределах 4 - 5 . Отклонение от этого соотношения ведет к ухудшению триботехнических свойств.

5. Исследование морфологии поверхностей трения с помощью электронного микроскопа, профилографирование и электронографии подтверждают появление на контактирующих поверхностях металлической пленки, способствующей проявлению эффекта сверхнизкого трения. Сопоставление межплоскостных расстояний, рассчитанных по электронограммам исследуемых веществ с использованием справочных данных и калибровочной кривой, подтвердило, что соединение на поверхностях трения является двухкомпонентной системой, состоящей из меди и олова.

6. Доказано, что введение в испытуемое масло разработанной присадки на основе меди и олова не

сказывается на увеличении коррозионной активности. В частности, увеличение массы испытуемого образца вследствие воздействия масла с присадкой составило не более 0,15%.

7. Разработаны и утверждены технические условия на разработанную смазочную композицию МК - 4. Разработанная смазочная композиция успешно апробирована в узлах трения различного назначения: в двигателях и трансмиссиях автотракторной техники колхозов и фермерских хозяйств Ивановской области, автомобилей пожарной части г. Иваново, в компрессорной установке КС - 19п.

Публикации по теме диссертации.

1. Киселев В.В., Мельников В.Г., Замятина Н.И., Бельцова Е.А. Реализация безызносного трения в индустриальных маслах с присадками.// Межвузовский сборник научных трудов «Физика, химия и механика трибосистем». -Иваново, ИвГУ, 2002. - С. 98 - 99.

2. Киселев В.В. Исследования по выявлению оптимальной концентрации разработанного медно - оловянного комплекса в масле.// Депонирована в ВИНИТИ 29.04.2003, № 836.

3. Киселев В.В., Тимофеева СВ. К вопросу надежности работы пожарной техники: реализация эффекта безызносности в узлах трения.// Тезисы докладов двенадцатой научно - технической конференции «Системы безопасности». - М.: Академия Государственной противопожарной службы, 2003. - С. 261-264.

4. Киселев В.В., Мельников В.Г., Гунина В.В. Повышение долговечности узлов строительной техники.// Вестник БГТУ. - 2003. - №7. - С. 28 - 30.

5. Киселев В.В., Гунина В.В., Мельников В.Г., Исследование износостойкости порошковых

стеклонаполненных бронз.// Межвузовский сборник научных трудов «Физика, химия и механика трибосистем». - Иваново, ИвГУ, 2003. - С. 33 - 35.

6. Киселев В.В., Мельников В.Г., Гунина В.В. Влияние металлоплакирующей присадки на основные триботехнические характеристики пары трения сталь -сталь.// Межвузовский сборник научных трудов «Физика, химия и механика трибосистем». — Иваново, ИвГУ,2003.-С. 49-51.

7. Киселев В.В., Мельников В.Г. Исследование свойств разработанных присадок на основе солей мягких металлов.// Эффект безызносности и триботехнологии. -2004.-№1.-С. 16-20.

8. Положительное решение от 06.02.2004 г. о выдаче патента на изобретение «Смазочная композиция» / Киселев В.В., Мельников В.Г. и др.// Заявка № 2002135854/04(038094).

Отпечатано с оригинала макета, предоставленного автором

Подписано в печать £0. оиоц г. .Усл.п.л.. А <7 Уч.изд.л. 1>2Ч Формат 60x84 1/16Тираж '¡Ю экз. Заказ, ЗО Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Ивановский государственный химико-технологический университет. 153000 г.Иваново, пр-т Ф.Энгельса,7. Отпечатано на полиграфическом оборудовании кафедры экономики и финансов ГОУ ВПО «ИГХТУ»

8055

ВВЕДЕНИЕ

1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1 Общие вопросы трения и изнашивания

1.1.1 Механо-химические процессы при трении

1.2 Влияние смазочных материалов на процесс трения и изнашивания^

1.2.1 Роль смазочных материалов в процессе трения и изнашивания

1.2.2 Механизм изнашивания деталей при трении с граничной смазкой

1.2.3 Защита поверхностей трения от водородного изнашивания

1.2.4 Кинетика износа пары трения сталь - сталь

1.3 Механизм избирательного переноса при трении

1.3.1 Сервовитная пленка. Механизм образования

1.3.2 Структура сервовитной пленки

1.3.3 Самоорганизация в узлах трения

1.4 Физические основы уменьшения износа и сил трения при эффекте безызносности

1.5 Предотвращение процесса окисления металла на поверхностях трения

1.6 Избирательный перенос как средство достижения безызносности и повышения надежности контактируемых деталей

1.7 Общая характеристика смазочных материалов, реализующих эффект безызносности

1.8 Применение избирательного переноса в узлах трения

1.9 Актуальность работы и постановка задачи

2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТОВ

2.1 Методика получения медно — оловянного комплекса

2.1.1 Приготовление 10 % раствора едкого натра

2.1.2 Омыление жирового сырья

2.1.3 Приготовление 25 % раствора сульфата меди

2.1.4 Реакция замещения (обмена)

2.1.5 Промывка продукта

2.2 Исследования износостойкости пар трения в масле с разработанными присадками

2.3 Определение содержания металлических компонентов в разработанной присадке атомно - абсорбционной спектрометрией

2.4 Метод определения коррозионной активности масла И — 40 с разработанной присадкой

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

3.1 Исследование влияния разработанных медного и оловянного стеаратов на основные триботехнические характеристики пары трения

3.2 Исследование основных триботехнических свойств разработанного медно - оловянного стеарата

3.3 Исследования по определению оптимальной концентрации разработанного медно - оловянного комплекса в масле И

На Земле работает огромное количество машин, на изготовление, эксплуатацию и ремонт которых расходуется колоссальная масса металла, топлива, смазки и электроэнергии, поскольку они выходят из строя, в основном (70 - 80%), в результате износа их подвижных деталей [88]. Перед промышленными странами встала острая проблема экономии металлов и энергосбережения, а также необходимость защиты окружающей среды, поскольку до 70% ее загрязнения падает на двигатели внутреннего сгорания.

Уже длительное время (более 30 лет) за пределами нашей страны для снижения износа деталей машин начали использовать образующуюся в процессе трения между контактируемыми деталями медную пленку. Отмечается, что образование медной пленки во всех случаях приводит к повышению износостойкости узлов трения, а иногда и к проявлению безыз-носности. Достигаемое повышение износостойкости может быть объяснено осуществлением в зоне трения режима избирательного переноса, хотя авторы работ и не всегда используют терминологию, принятую в нашей стране [1].

Избирательный перенос при трении (эффект безызносности) — это явление природы, оно признано научным открытием и зарегистрировано в Государственном Реестре открытий СССР под № 41 от 13 сентября 1966 года с приоритетом от 12 ноября 1956 года - по дате представления статьи Д.Н. Гаркунова и И.В. Крагельского «Об атомарном схватывании материалов при трении». Помимо отмеченного основополагающего изобретения на основе избирательного переноса были разработаны изобретения и патенты, касающиеся новых износостойких материалов. Авторами этих работ являются Российские ученые — Поляков А.А., Голуб М.В., Грискин Е.Н., Кольцов Л.А., Прокопенко А.К., Мельников В.Г. и многие другие. Все эти изобретения были выполнены с одной целью - создать на поверхности трущихся деталей в процессе их работы металлическую (сервовитную) пленку из меди или других мягких металлов с особыми свойствами.

В настоящее время в нашей стране развиваются прогрессивные направления получения прочных, постоянно возобновляемых граничных слоев, защищающих металл от износа и задира. К ним относится избирательный перенос и трибополимеризация. Явление избирательного переноса, связанное с формированием на поверхности металла тончайших пленок меди и других мягких металлов, позволяет в некоторых случаях добиться минимального износа. Избирательный перенос при трении (эффект безызносности) — явление, по своему характеру противоположное изнашиванию: если при изнашивании во время трения все процессы в зоне контакта сводятся к разрушению поверхности, то процессы при избирательном переносе носят созидательный характер: они необратимы и относятся к самоорганизующимся процессам неживой природы [1].

Изучение и разработка новых смазочных композиций, реализующих явление избирательного переноса, является важной и актуальной задачей.

1 Литературный обзор

Общие выводы

1. Разработана и исследована универсальная металлосодержащая присадка на основе стеаратов меди и олова, реализующая эффект избирательного переноса при трении.

2. Выявлено, что оптимальной концентрацией разработанной металлосодержащей присадки в индустриальном масле является 1,5 мас.% в исследованном диапазоне нагрузок и скоростей скольжения.

3. Экспериментально доказано, что введение в базовое масло И - 40 разработанного стеарата меди и олова приводит к синергитическому улучшению его триботехнических свойств:

- уменьшению коэффициента трения в 22 - 25 раз, по сравнению с трением без присадки;

- снижению интенсивности изнашивания в 17 - 20 раз;

- повышению нагрузочной способности в 1,5 раза.

4. Определено, что синергитический эффект улучшения свойств возможен при соотношении меди к олову (в пересчете на металлические) в медно - оловянном стеарате в пределах 4 — 5. Отклонение от этого соотношения ведет к ухудшению триботехнических свойств.

5. Исследование морфологии поверхностей трения с помощью электронного микроскопа, профилографирование и электронографии подтверждают появление на контактирующих поверхностях металлической пленки, способствующей проявлению эффекта сверхнизкого трения. Сопоставление межплоскостных расстояний, рассчитанных по электронограммам исследуемых веществ с использованием справочных данных и калибровочной кривой, подтвердило, что соединение на поверхностях трения является двухкомпонентной системой, состоящей из меди и олова.

6. Доказано, что введение в испытуемое масло разработанной присадки на основе меди и олова не сказывается на увеличении коррозионной активности. В частности, увеличение массы испытуемого образца вследствие воздействия масла с присадкой составило не более 0,15 %.

7. Разработаны и утверждены технические условия на разработанную смазочную композицию МК - 4. Разработанная смазочная композиция успешно апробирована в узлах трения различного назначения: в двигателях и трансмиссиях автотракторной техники колхозов и фермерских хозяйств Ивановской области, автомобилей пожарной части г. Иваново, в компрессорной установке КС - 19п.

1. Гаркунов Д.Н. Триботехника (износ и безызносность). М.: «Издательство МСХА», 2001. - 616с.

2. Крагельский И.В. Новые аспекты науки о трении и износе.//Физико химическая механика контактного взаимодействия и фреттинг -коррозия. - Киев: Книга, 1973. - С.З — 4.

3. Campbell М.Е., Thompson М.В. Lubrication Handbook, NASA, 1972. 500p.

4. Dunken H.: Die Bedeutung tribochemischer Umsetzungen. Zwischen Additivs und Metallen bei Reibungs ~ und Yerschleibvorgangen. Z. Chem.l 1 (1973). S.213.

5. Кузнецов В. Д. Физика резания и трения металлов и кристаллов.//Избранные труды. М.: Наука, 1977. — 310 с.

6. Heinicke G., Fleischer G. Tribochemische Wirkungen in der Technik. Die Technik, 31 Ig., Heftr. Juli 1976. S.458 464.

7. Санин П.И. Химические аспекты граничной смазки.//Трение и износ.- 1980. Т.1. - С.45 - 57.

8. Костецкий Б.И., Натансон М.Э., Бершадский Л.И. Механо -химическин процессы при граничном трении. М.: Наука, 1972. -170с.

9. Матвеевский Р.М. Исследование температурной стойкости смазочных слоев при трении.//Трение и износ. 180, - Т.1 - №1. -С.126- 136.

10. Проников А.С. Надежность машин. М.: Наука, 1978. - 592 с.

11. Виноградов Г.В., Подольский Ю.Н. Механизм противозадирного и антифрикционного действия смазочных сред при тяжелых режимах граничного трения. — О природе трения твердых тел. Минск: Наука и техника, 1971. — 293 с.

12. Постников С.Н. Электрические явления при трении и резании. — Горький: Волго-Вятское издательство, 1975. -293 с.

13. Марченко Е.А. О природе разрушения поверхности металлов при трении. М.: Наука, 1977. - 310 с.

14. Виноградов Ю.М. Трение и износ модифицированных металлов. — М.: Наука, 1972. 151 с.

15. Гаркунов Д.Н. Триботехника. М.: Машиностроение, 1999. - 336 с.

16. Крагельский И.В. Трение и износ. М.: Машиностроение, 1968. — 480 с.

17. Ахматов А.С. Молекулярная физика граничного трения. М.: Физматгиз, 1963. - 472 с.

18. Ребиндер П.А. Влияние активных смазочных средств на деформирование сопряженных поверхностей трения.// О природе трения твердых тел. Минск: Наука и техника, 1971. - С.8 - 18.

19. Костецкий Б.И., Натансон М.Э., Бершадский Л.И. Механо -химические процессы при граничном трении. М.: Наука, 1972. -170 с.

20. Исследование водородного износаЛТод ред. А.А.Полякова и Ю.С.Симакова. М.: Изд. Наука, 1977. - 84 с.

21. Шпеньков Г.П. Физикохимия трения. Минск: Изд. Университетское, 1991. - 395 с.

22. Красиков С.Г. Исследование износостойкости узлов трения бытовых машин и повышение их долговечности с использованием избирательного переноса.// Автореферат кандидатской диссертации. Московский технологический институт, 1972. 21 с.

23. Курков О.Н. Конструкторско технологические основы возбуждения избирательного переноса в узлах трения машин.// В кн. «Избирательный перенос в узлах трения машин» - М.: Машиностроение, 1982, С. 111 - 126.

24. Алехин В.П. Физика прочности и пластичности поверхностных слоев металлов. М.: Изд. Наука, 1983. - 280 с.

25. Поляков А.А. Трение на основе самоорганизации.// Эффект безызносности и триботехнологии. 1996. - №3. - С.47 - 49.

26. Голуб М.В. Износостойкие композиционные материалы на основе карбида вольфрама, меди и никеля.// Эффект безызносности и триботехнологии. 1994. - №1. - С.24 — 39.

27. Грискин Е.Н. Новый способ получения износостойкой, антифрикционной поверхности и ее экономическая эффективность.// Материалы семинара МДНТО., 1972. С. 183 - 188.

28. Белый В.А., Свириденок А.И., Петроковец М.И. и др. Трение и износ материалов на основе полимеров. — Минск: Наука и техника, 1976.-430 с.

29. Гречко В.О. Разработка медьсодержащих антифрикционных покрытий на основе волокон политетрафторэтилена.// Автореферат кандидатской диссертации. Новочеркасск, 1982. 26 с.

30. Гаркунов Д.Н., Польцер Г., Марчак Р. Две триботехники и одна цель.// Эффект безызносности и триботехнологии. 1993. - №1. -С.21-39.

31. Кужаров А.С. Физико химические основы смазочного действия в режиме избирательного переноса.// Эффект безызносности и триботехнологии. - 1992. - №2. - С.З — 14.

32. Поляков А.А. Защита от водородного износа в узлах трения. М.: Машиностроение, 1980. - 134 с.

33. Рыбакова JI.M., Куксенова Л.И. Структура и износостойкость металла. — М.: Машиностроение, 1982. 209 с.

34. Поляков А.А. Опыт исследования диссипативной структуры избирательного переноса в металлической пленке при трении.// Эффект безызносности и триботехнологии. 1996. - №3 - 4. - С.ЗО -44.

35. Радин Ю.А., Суслов П.Г. Безызносность деталей машин при трении.- JL: Машиностроение, 1989. 229 с.

36. Боден Ф.П., Тейбор Д. Трение и смазка./ Перевод с англ. Под ред. И.В. Крагельского. -М.: Машиностроение, 1960. 151 с.

37. Поляков А.А. Трение на основе самоорганизации.// Эффект безызносности и триботехнологии. 1996. - №3 - 4. - С.47 - 119.

38. Finkin M.F. What Happencs When Parts Wear.// Machine Design. -1970. -№3 -pp.148-154.

39. Hornung E. Stand der forschung auf dem gebiet der Reaktionsschichten -bildung bei mechanischer beanspruchung faster korper.: Schwirungstechnik. 1973. - №4 - s. 244 - 248.

40. Мюке В. Избирательный перенос рабочего материала в подшипниках скольжения.// В кн. «Исследования по триботехнике».- М.: Изд. НИИ информатики по машиностроению, 1975. С. 125 — 127.

41. Тум Г. Надежность и износ на примере избирательного переноса.// В кн. «Исследование по триботехнике» М.: Изд. НИИ информатики по машиностроению, 1975. - С.265 - 272.

42. Rogers N. Use of copper to prevent scuffing in deiced engines.// Wear. -1972. vol. 22. - №2 - p. 245 - 258.

43. Гаркунов Д.Н., Лозовский B.H. Влияние функционального бронзирования и латунирования на качество поверхности.// Труды семинара по качеству поверхности. М.: Наука, 1961. - №5 - С. 386 -391.

44. Рубин Б.М., Зиновьев В.М. Свойства сервовитного слоя при избирательном переносе в воде.// Материалы семинара «Избирательный перенос и его экономическая эффективность». -М.: Московский дом научно — технической пропаганды, 1972. С.53 -58.

45. Дякин С.И. Испытания металлоплакирующих смазочных материалов применительно к тяжелонагруженным кинематическим парам трения скольжения.// В кн. «Избирательный перенос в тяжелонагруженных узлах трения. — М.: Машиностроение, 1982. -С. 134-162.

46. Гаркунов Д.Н. Повышение износостойкости деталей самолетов. -М.: Оборонгиз., 1969. 138 с.

47. Гаркунов Д.Н. Лозовский В.Н., Шимановский В.Г. Авторское свидетельство №179409// Бюллетень изобретений и открытий. -1966. №5. -С.50.

48. Шепер М.Н. Испытания металлоплакирующих смазочных материалов, их разработка и внедрение.// В кн. «Избирательный перенос в тяжелонагруженных узлах трения». — М.: Машиностроение, 1982. С. 162 - 171.

49. Шепер М.Н., Шимановский В.Г. Опыт применения металлоплакирующих смазок.// Материалы семинара «Избирательный перенос и его экономическая эффективность». -М.: Московский дом научно технической пропаганды, 1972. -С.157 -166.

50. Шимановский В.Г., Шепер М.Н. Авторское свидетельство №255465// Бюллетень изобретений и открытий. 1969. - №33 — 71 с.

51. Рубин Б.М. Контактные процессы в режиме избирательного переноса при смазке водой.// В кн. «Повышение износостойкости на основе избирательного переноса». М.: Машиностроение, 1977. - С. 43 - 49.

52. Дмитриев Б.С. Зиновьев В.М. и др. Использование избирательного переноса для повышения долговечности судовых узлов трения.// Технология судостроения. 1973. - №8. - С. 21 - 23.

53. Дзигиленок В.Н. Повышение срока службы деталей металлообрабатывающего оборудования с использованием эффектабезызносности.// Тезисы докладов Международного конгресса «Защита 95». - М.: Московский институт нефти и газа им. И.М. Губкина, 1995. - 161 с.

54. Бондюгин В.М., Быченков В.В. Ответы на вопросы по триботехнике.// Эффект безызносности и триботехнологии. — 1992. — №1. С. 67 - 69.

55. Харламенко В.И., Голуб М.В., Сухов Ф.А. Опыт эксплуатации торцевых уплотнений центробежных насосов. М.: ВНИИ ОЭНГ, 1971.-64 с.

56. Голуб М.В. Износостойкие композиционные материалы на основе карбида вольфрама, меди и никеля.// Эффект безызносности и триботехнологии. -1994. №1. - С. 24 - 39.

57. Мельников В.Г., Киселев В.В., Гунина В.В. Повышение долговечности узлов строительной техники.// Вестник БГТУ. 2003. - №7. - С. 28-30.

58. Патент N 2070220 (РФ). МЬСИ С10М. Смазочная композиция. Опубликован в Б.И. 15.07.97., бил. N 23.

59. Белый В.А. Роль структуры поверхностных слоев в процессе внешнего трения полимерных материалов. Минск: Наука и техника, 1989.

60. Ермаченко JI.A. Атомно абсорбционный анализ в санитарно -гигиенических исследованиях - Чебоксары: Изд. Чувашия, 1997. -208 с.

61. Смазочные материалы, техника смазки, опоры скольжения и качения./ Под ред. М. Хебды, А.В. Чичинадзе М.: Машиностроение, 1990.-412 с.

62. Киселев В.В. Исследования по выявлению оптимальной концентрации разработанного медно оловянного комплекса в масле.// Депонирована в ВИНИТИ 29.04.2003, № 836.

63. Гаенко JI.M. Приработка и испытание автомобильных двигателей. -М.: Транспорт, 1966. — 104 с.

64. Гальперин А.Е. Производство присадок к моторным и трансмиссионным маслам. — М.: Химия, 1974. 196 с.

65. Гаркунов Д.Н. Триботехника. М.: Машиностроение, 1985. — 424 с.

66. Гаркунов Д.Н., Поляков А.А. Повышение износостойкости деталей конструкций самолетов. М»: Машиностроение, 1974. - 200 с.

67. Гаркунов Д.Н., Крагельский И.В., Поляков А.А. Избирательный перенос в узлах трения. М.: Транспорт, 1969. - 104 с.

68. Мельников В.Г. Избирательный перенос при трении металлостеклянных материалов в растворах щелочей и управление этими процессами.// Эффект безызносности и триботехнологии. -1992.-№2.-С. 20-26.

69. Макаров Ю.Ф., Турчков Е.В. О возможности реализации избирательного переноса в узлах трения металлорежущих станков.// Вопросы обработки металлов резанием. 1987. - С. 83 - 90.

70. Гарновский А.Д., Бугикова Е.С. Влияние металлокомплексных и комплексообразующих добавок на свойства масел и смазок.// Эффект безызносности и триботехнологии. 1992. - №2. — С. 49 -54.

71. Айвазян С.А. Статистическое исследование зависимостей. М.: Металлургия, 1966.

72. Нейман Ю. Вводный курс теории вероятностей и математической статистики. -М.: Наука, 1968.

73. Поляков А.А. Физико химические принципы безызносности.// В кн. «Повышение износостойкости на основе избирательного переноса». - М.: Машиностроение, 1977. - С. 5 - 17.

74. Кулиев A.M. Химия и технология присадок к смазочным маслам и топливам. -М.: Химия, 1972. 358 с.

75. Гераскин Е.Н. Новый способ получения износостойкости и антифрикционной поверхности и его экономическая эффективность.// Избирательный перенос при трении и его экономическая эффективность. М.: МДНТП, 1972. - С. 183 - 188.

76. Шепер М.Н., Шимановский В.Г. Опыт применения металлоплакирующих смазок.// Избирательный перенос в узлах трения и его экономическая эффективность. М.: МДНТП, 1972.

77. Лозовский В.Н. Фрикционное латунирование стальных деталей.// Передовой научно технический опыт. - М.: ЦИНТИМаш, 1971.

78. Скуратовский В.И., Вороницын И.С. Технико экономическая эффективность применения металло - плакирующих смазок в узлах трения ходовой части автомобиля.// Избирательный перенос в узлах трения и его экономическая эффективность. - М.: МДНТП, 1972.

79. Грибайло А.П. Исследование износа в паре ходовой винт гайка скольжения поперечно - строгальных станков.// Электрохимические процессы при трении и использование их для борьбы с износом. Тезисы докладов. - Одесса, 1973.

80. Красиков С.Г., Кудрявцев Н.С. Применение избирательного переноса в узлах трения активаторов стиральных машин.// Избирательный перенос в узлах трения и его экономическая эффективность. -М.: МДНТП, 1972.

81. Волков К.П. Использование эффекта избирательного переноса для повышения эксплуатационных характеристик червячных глобоидных передач.// Избирательный перенос в узлах трения и его экономическая эффективность. -М.: МДНТП, 1972.

82. Грискин Е.Н. Исследование износостойкости пар трения торцовых уплотнений электробуров.// Нефтяная и газовая промышленность. — 1968. -№1.

83. Голуб М.В. Испытания пар трения торцовых уплотнений в бензине и дизельном топливе.// Труды НТС «Транспорт и хранение нефти». М.: ВНИИОЭНГ, 1972. - №4.

84. Крагельский И.В. Трение и износ. М.: Машиностроение, 1968.

85. Гаркунов Д.Н., Поляков А.А., Старосельский А.А. Связь характеристик поверхностного слоя деталей машин с его износостойкостью.// Сборник «Основные вопросы надежности и долговечности машин». -М.: МАТИ, 1969.

86. Литвинов В.Н., Михин Н.М., Мышкин Н.К. Физико — химическая механика избирательного переноса при трении. М.: Наука, 1979. — с. 187.

87. Венцель С.В. Смазка и долговечность двигателей внутреннего сгорания. Киев: Техника, 1977. - 207 с.

88. Виноградов В.Н., Сорокин Г.М., Шрайбер Г.К. Ударно — абразивный износ буровых долот. М.: Недра, 1975. - 167 с.

89. Крагельский И.В., Виноградова И.Э. Коэффициенты трения. М.: Машгиз, 1962. - 220 с.

90. Крагельский И.В., Добычин М.Н., Комбалов B.C. Основы расчетов на трение и износ. М.: Машиностроение, 1977. — 526 с.

91. Костецкий Б.И. Трение, смазка и износ в машинах. — Киев: Техника, 1970.-395 с.

92. Крагельский И.В., Непомнящий Е.Ф., Харач Г.М. Усталостный механизм и краткая методика аналитической оценки величиныизноса поверхностей трения при скольжении. -М.: Наука, 1967. С. 19-28.

93. Крагельский И.В., Альсин В.В. Расчетный метод оценки трения и износа эффективный путь повышения надежности и долговечности машин. - М.: Знание, 1976. — 55с.

94. Логинов А.Р. Метод оценки характеристик фрикционной усталости материалов.// В кн. «Исследования по триботехнике». М.: НИИМАШ, 1975.-С. 217-225.

95. Матвеевский Р.М., Лашхи В.Л., Буяновксий И.А. Смазочные материалы. -М.: Машиностроение, 1989. 217 с.

96. Анурьев В.И. Справочник конструктора — машиностроителя: В 3-х. т. Т.1.- 6-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1982. - 736 с.

97. Гунина В.В., Мельников В.Г., Киселев В.В. Исследование износостойкости порошковых стеклонаполненных бронз.// Межвузовский сборник научных трудов «Физика, химия и механика трибосистем». Иваново, ИвГУ, 2003. - С. 33 - 35.

98. Киселев В.В., Мельников В.Г., Замятина Н.И., Бельцова Е.А. Реализация безызносного трения в индустриальных маслах с присадками.// Межвузовский сборник научных трудов «Физика, химия и механика трибосистем». Иваново, ИвГУ, 2002, - С. 98 -99.