Разработка и исследование триботехнических свойств смазочных материалов, наполненных порошками геомодификаторов трения тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.04, кандидат технических наук Зарубин, Василий Павлович

• Зарубин, Василий Павлович
• кандидат технических наук
• 2007

Оглавление диссертации кандидат технических наук Зарубин, Василий Павлович

ВВЕДЕНИЕ

1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1 Общие вопросы трения и изнашивания

1.2 Влияние смазочных материалов на процесс трения и изнашивания

1.3 Улучшение триботехнических свойств смазочных материалов добавками

1.3.1 Присадки к маслам и смазкам

1.3.2 Наполнители к маслам и смазкам

1.4 Методы и средства безразборного восстановления трущихся соединений автомобильной техники

1.4.1 Металлоплакирующие смазочные материалы

1.4.2 Полимерсодержащие препараты

1.4.3 Металлокерамические восстановители

1.5 Свойства и способы получения минералов

1.5.1 Синтез серпентина

1.5.2 Синтез талька

1.5.3 Синтез форстерита

1.6 Актуальность работы и постановка задачи

2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА

2.1 Определение триботехнических характеристик разработанных смазочных материалов

2.2 Методика получения серпентиноподобных соединений

2.3 Гидролиз этилсиликата

2.4 Получение силикатов и гидросиликатов магния по растворной технологии

2.4.1 Приготовление раствора соли магния и определение содержания в нем MgO

2.4.2 Расчет необходимых количеств исходных веществ для синтеза силикатов и гидросиликатов магния

2.5 Гидротермальный способ получения серпентина

2.6 Определение дисперсности синтезированных порошков серпентина

2.7 Рентгеноструктурный контроль синтезированных порошков серпентина

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

3.1 Исследование влияния минералов, полученных по золь-гель технологии, на основные триботехнические характеристики пары трения

3.2 Исследование влияния серпентина, полученного гидротермальным синтезом, на основные триботехнические характеристики пары трения

3.3 Исследование влияния искусственно полученных серпентинов на триботехнические свойства пары трения, содержащей металл с низкой твердостью

3.4 Рентгеноструктурный контроль порошков наполнителя

3.5 Контроль гранулометрического состава порошков наполнителя

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка и исследование триботехнических свойств смазочных материалов, наполненных порошками геомодификаторов трения»

Смазочные материалы и композиции занимают значительное место в машиностроении при обработке металлов, при работе узлов трения в различного рода механизмах. Основное значение этих материалов и композиций - предупреждение разогрева трущихся деталей, снижение износа, продление долговечности деталей машин, создание особого граничного слоя в зоне трения.

Перспективным направлением в исследовании смазочных материалов и композиций является поиск новых жидкостей и масел, улучшающих качество, а также поиск различного рода добавок, наполнителей, присадок преимущественно твердого характера, позволяющих более расширить качество смазок и композиций, а также область их применения при различных условиях службы (температура, нагрузка, скорость).

В качестве присадок используются графит, дисульфид молибдена, гексагональный нитрид бора (белый графит) и другие. Одним из последних направлений в этой области является применение природного тонкоизмельченного серпентина в количестве 2.40 мае. %, позволяющего улучшить износостойкость трущихся деталей, повысить микротвердость поверхности трения деталей, понизить коэффициент трения. Однако природный серпентин загрязнен целым рядом примесей. Его применение в качестве компонента смазки требует обогащения, состоящего из дробления, тонкого помола, отделения примесей от основного минерала, что повышает себестоимость такого рода наполнителей. Кроме того, такая технология подготовки серпентина не исключает полного освобождения его от сопутствующих примесей. Также к недостаткам использования природного серпентина в роли присадки к смазочным материалам можно отнести следующее: измельченный серпентин имеет большой разброс содержания отдельных компонентов (магния, кремния, асбеста, железа, никеля, базальта, шамота и др.); большой разброс по гранулометрическому составу, наличие крупных частиц до 40 мкм, которые могут задерживаться фильтрами. Некоторые композиции содержат частицы кварца, что может привести к абразивному износу поверхностей трения. Применение таких композиций не уменьшает износ поверхностей трения (интенсивность изнашивания составляет 3-8 мкм/км), а коэффициенты трения достигают при этом 0,1 -0,12.

В данной работе предлагается заменить природный серпентин искусственным, который может быть получен в коллоидном состоянии (мелкодисперсный) и не содержать грубых включений и примесей. В этом случае специальными приемами можно замедлить формирование коллоидных частиц серпентина и получить гетерогенную систему с нужным уровнем дисперсности. Такая замена позволит решить ряд проблем, возникающих при использовании природного серпентина.

Кроме того, в процессе исследований проводится попытка определить, какой из основных компонентов, входящих в состав серпентина оказывает большее влияние на триботехнические свойства минерала. Для этой цели предлагается проведение также исследований талькоподобных и форстеритоподобных систем, являющихся аналогами серпентина и имеющих практически одинаковую химическую формулу.

1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

Заключение диссертации по теме «Трение и износ в машинах», Зарубин, Василий Павлович

Общие выводы

1. Разработаны и исследованы наполнители к смазочным материалам на основе природного минерала - серпентина и искусственных серпентинов.

2. Исследованиями установлено, что оптимальным наполнителем является искусственный серпентин, полученный по золь-гель технологии.

3. Экспериментально доказано, что введение в базовое масло И-20 разработанного наполнителя приводит к улучшению его триботехнических свойств:

- уменьшению коэффициента трения в 18-20 раз, по сравнению с трением без наполнителя;

- снижению интенсивности изнашивания в 4 - 5 раз;

- повышению микротвердости стальных поверхностей трения в 2 -3 раза.

4. Определено, что искусственный наполнитель - серпентин оказывает положительное действие в различных схемах трения (контакт пары трения по поверхности и контракт пары трения в точке), при различных условиях трения и при различных материалах деталей пар трения.

5. Металлографические исследования поверхностей трения и измерение микротвердости их подтверждают появление на поверхностях трения слоя с повышенными механическими свойствами, способствующего улучшению триботехнических характеристик пар трения.

6. Сопоставление межплоскостных расстояний, рассчитанных по рентгенограммам исследуемых веществ, подтвердило, что в процессе синтеза образуются системы, аналогичные структуре природного минерала - серпентина.

7. Разработаны технические условия на смазочную композицию, содержащую в качестве наполнителя искусственный серпентин, полученный по золь-гель технологии. Разработанная композиция успешно апробирована в узлах трения различного назначения.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Зарубин, Василий Павлович, 2007 год

1. Гаркунов Д.Н. Триботехника. Износ и безызносность. - М.: МСХА, 2001. — 616 с.

2. Крагельский И.В. Новые аспекты науки о трении и износе. // Физико -химическая механика контактного взаимодействия и фреттинг коррозия. -Киев: Книга, 1973. - С. 3 -4.

3. Венцель С.В. Смазка и долговечность двигателей внутреннего сгорания.

4. Киев: Техника, 1977. 207 с.

5. Виноградов В.Н. и др. Абразивное изнашивание. М.: Машиностроение, 1990.-221 с.

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

7. Крагельский И.В., и др. Основы расчетов на трение и износ. М.: Машиностроение, 1977. - 526 с.

8. Демкин Н.Б., Рыжов Э.В. Качество поверхности и контакт деталей машин.-М.: Машиностроение, 1981.-244 с.

9. Мышкин Н.К., Петроковец М.И. Трибология. Принципы и приложения.- Гомель: ИММС НАНБ, 2002. 310 с.

10. Буяновский И.А.и др. Граничная смазка: этапы развития трибологии. М.:1. Нефть и газ, 2002.-230 с.

11. Заславский Ю.С., Артемьева В.П. Новое в трибологии смазочных материалов. М.: Нефть и газ, 2001. - 480 с.

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

13. Дроздов Ю.Н. Ключевые варианты в расчетах интенсивности изнашивания при трении. // Машиноведение. 1980. - №2. - С. 93-99.

14. Браун Э.Д. и др. Моделирование трения и изнашивания в машинах. М.:

15. Машиностроение, 1982. 344 с.

16. Чичинадзе А.В. и др. Материалы в триботехнике нестационарных процессов. М.: Наука, 1986. - 240 с.

17. Крагельский И.В. и др. Усталостный механизм и краткая методика аналитической оценки величины износа поверхностей трения при скольжении. М.: Наука, 1967. - 380 с.

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

19. Логинов А.Р. Метод оценки характеристик фрикционной усталости материалов. В кн.: Исследования по триботехники. М.: НИИМАШ, 1975. -С. 217-225.

20. Рыбакова JT.M., Куксенова Л.И. Структура поверхностных слоев металлапри трении // Поверхность. Физика, химия, механика. - 1983. - №8. - С. 144- 153.

21. Рыбакова Л.М., Куксенова Л.И. Металловедение в науке о трении и изнашивании // Металловедение и термическая обработка металлов. -1965.-№5.-С. 12-23.

22. Рыбакова Л.М., Куксенова Л.И. Структура и износостойкость металла.

23. М.: Машиностроение, 1982.-209 с.

24. Северденко В.П., Точинский Э.И. Структура тонких металлических пленок. Минск.: Наука и техника, 1968. - 209 с.

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

26. Dunken H. Die Bedeutung tribochemischer Umsetzungen // Zwischen Additivs und Metallen bei Reibungs- und Verschleibvorgangen. 1973. -№11. S. 213.

27. Гаркунов Д.Н. Триботехника. M.: Машиностроение, 1999. - 336 с.

28. Розенберг Ю.А., Виноградова И.Э. Смазка механизмов машин. М.: Гостоптехиздат, 1960. - 170 с.

29. Крагельский И.В. Трение и износ. М.: Машиностроение, 1968. - 480 с.

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

31. Старосельский А.А., Гаркунов Д.Н. Долговечность трущихся деталей машин. -М.: Машиностроение, 1967.-394 с.

32. Пат. № 2059121 (РФ) МПК6 F16 С 33/14. Способ формирования сервовитной пленки на трущихся поверхностях / Яковлев Г.М.; заявитель и патентообладатель Яковлев Г.М. № 93016432/28; заявл. 30.03.93; опубл. 27.04.96, Бюл. №32.

33. Пат. № 2179270 (РФ) МПК7 F16 С 33/14. Способ формирования покрытия на трущихся поверхностях / Сергачев А.П., Павлов К.А.; заявитель и патентообладатель Сергачев А.П., ООО «ГТМ-Проект». №2000131915/28; заявл.20.12.00; опубл. 02.10.02, Бюл. №04.

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

35. Матвеевский P.M. и др. Смазочные материалы: Антифрикционные и противоизносные свойства. Методы испытаний. М.: Машиностроение, 1989.-224 е.: ил.

36. Федорченко И.М. Антифрикционные и фрикционные металлокерамические материалы. Сб.: Современные проблемы порошковой металлургии. - Киев, 1970.-С. 141 - 152.

37. Вязников Н.Ф., Ермаков С.С. Металлокерамические материалы и изделия Изд. 2-е; перераб. и доп. - JL: Машиностроение, 1967. - 224 с.

38. Грибайло А.П. Повышение износостойкости поверхностей трения применением пластичных смазок с наполнителями // Вестник машиностроения. - 1983. - №4. - С. 19-20.

39. Демкин Н.Б. Контактирование шероховатых поверхностей. М.: Наука,1970.-226 с.

40. Жигаев В.Д. Прочность кварцевого песка // Машиноведение. - 1971. -№1.-С. 101 - 105.

41. Кужаров А.С., Онищук H.IO. Свойства и применение металлоплакирующих смазок. М.: ЦНИИТЭ Нефтехим, 1985. - 59 с.

42. Пат. № 2131450 (РФ) 6 С 10 М 125/26. Смазочная композиция / Киселев П.В., Прохоров М.П., Козлов JI.K.; заявитель и патентообладатель Киселев П.В., Прохоров М.П., Козлов Л.К. №96108723/04; заявл. 26.04.96; опубл. 10.06.99, Бюл. №35.

43. Пат. №34768 Украша. MKI С10М 125/10. Склад для обработки пар тертя /Александров С.М., Бузов В.В., Галщов Е.А., Зозуля B.JL, Зозуля С.Л.; опубл. 15.06.2001. Бюл. №5.

44. Костецкий Б.И. и др. Механо-химические процессы при граничном трении. -М.: Наука, 1972. 170 с.

45. Поляков А.А., Рузанов Ф.И. Трение на основе самоорганизации. М.: Наука, 1992.- 135с.

46. Погодаев Л.И. и др. Повышение надежности трибосопряжения. Санкт-Петербург.: МКС, 2001. - 135 с.

47. Гаркунов Д.Н., Балабанов В.И. Восстановление двигателей внутреннего сгорания без их разборки // Тяжелое машиностроение. - 1999. - №2. - С. 18-23.

48. Балабанов В.И. Безразборное восстановление трущихся соединений. М.: МГАУ им. Горячкина, 1999. - 72 с.

49. Энерго- и ресурсосберегающая технология: Рекламный каталог корпорации ХАДО. Харьков, 2002. - 72 с.

50. Пат. №2260035 (РФ) МПК7 С 10 М 125/00. Смазочная композиция / Сафонов В.В. и др.; заявитель и патентообладатель ФГОУ ВПО "Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И.

51. Вавилова". №2004106038/04; заявл. 01.03.04; опубл. 10.09.05. Бюл. №21.

52. Пат. №2033900 (РФ), МПК6 В 22 F3/26. Смесь для пропитки порошковых антифрикционных материалов / Мельников В.Г. и др.; заявитель и патентообладатель НПП "Технология". №93032453/02; заявл. 21.06.93; опубл. 30.04.95, Бюл. № 7.

53. Пат. № 2070220 (РФ) МПК6 С 10 М 169/04. Смазочная композиция / Мельников В.Г., Замятина Н.И., Пятачков А.А.; заявитель и патентообладатель Иван. гос. хим-технол. академия. №93055671/04; заявл. 14.12.93; опубл. 10.12.96, Бюл. №35.

54. Киселев В.В., Мельников В.Г., Замятина Н.И., Бельцова Е.А. Реализация безызносного трения в индустриальных маслах с присадками. Межвуз. сб. науч. тр.: Физика, химия и механика трибосистем. - Иваново, ИвГУ, 2002. - С. 98 - 99.

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

56. Хатнюк О. «Хочу добавки»/ Газета БИЗНЕС №41 (508) -http://www.business.ua/autocratia/i508/al4072.

57. С.Е. Бондаренко, В.З. Какоткин, В.Н. Балабин. Синтезатор металлов Форсан http://www.mexina.ru

58. Пономарев А.Н. ГТМ технология, способ формирования износостойкого покрытия на трущихся поверхностях // - Эффект безызносности и триботехнологии. - 2003. - №1. - С. 111 - 115.

59. Центр Новейших Технологий. Композиция Силикатно-керамическая -http://www.cnt-moscow.ru/ru/kck.

60. Пат. № 2006708 (РФ) МПК5 F16 С 33/14. Способ формирования сервовитной пленки на трущихся поверхностях / Яковлев Г.М.; заявитель и патентообладатель Яковлев Г.М. №92016184/27; заявл. 22.12.92; опубл. 30.01.94, Бюл. №02.

61. Пат. № 9201684 (РФ) МПК6 F 16 С 33/14. Способ формирования сервовитной пленки на контактируемых и трущихся поверхностях / Яковлев Г.М.; заявитель и патентообладатель Яковлев Г.М. -№92016184/28; заявл. 22.12.92; опубл. 20.08.96. Бюл. № 34.

62. Пат. №2057257 (РФ) МПК6 F 16 С 33/14. Способ формирования покрытия на трущихся поверхностях / Хренов АЛО. и др.; заявитель и патентообладатель Научно-производственная инновационная фирма

63. Энион-Балтика» и Научно-производственная фирма «АНВ-Спектр». -№94008433/28; заявл. 21.03.94; опубл. 27.03.96. Бюл. №31.

64. Нечаев А.В. Минералогия. Изд. четвертое. Под ред. В.А Зильберминца. Москва Ленинград: Государственное издательство, 1924. - 350 с.

65. De Vynck I. Transformation hydrothermale de gels appurtenant aux sustemes MgO Si02 - H20 et MgO - A1203 - Si02 - F. «Bull. Soc. chim. belg», -1977.-T86,-№5,-S. 331 -341.

66. Lishi Kazuaki, Saito Motoiki Synthesis of antigorite. «Amer. Miner.», 1973. -T 58, - №10,-S. 915-919.

67. Савочкина T.B. Структурообразование в гидрозолях кремнезема: дис. канд. хим. наук. М., 1981. - 145 с.

68. Конторович С.И. и др. Изучение методами светорассеяния закономерностей агрегации твердой фазы в долях кремниевой и алюмокремниевой кислот // Коллоидный журнал. - 1973. - Т. 35. - №5. -С. 1062 - 1066.

69. Кленин В.И. и др. Характеристические функции рассеяния дисперсных систем. Саратов: Саратовский университет, 1977. - 176 с.

70. Конторович С.И. и др. Исследование микронеоднородностей в гидрогелях кремниевой и алюмокремниевой кислот // Коллоидный журнал. - 1973. -Т. 35.-№5.-С. 935 -938.

71. Шабанова Н.А., Саркисов П.Д. Основы золь гель технологии нанодисперсного кремнезема. - М.: ИКЦ «Академкнига», 2004. - 208 с.

72. Gillery F.H. The X-ray study of sunthetic Mg A1 serpentines and clorites // -Amer. Mineralogist. - 1959. - T. 44. - №1. S. 143 - 152.

73. Высоцкий 3.3. и др. Строение первичных частиц, составляющих скелет гелей кремниевой кислоты // Адсорбция и адсорбенты. - Киев: Наука Думка, 1972. - Вып. 1. - С. 63 - 67.

74. Киселев А.В. Химическое строение силикагеля и его адсорбционные свойства // Поверхностные химические соединения и их роль в явлениях адсорбции. - М.: МГУ, 1957. - С. 90 - 128.

75. Киселев А.В. К вопросу строения гелей кремневой кислоты // -Коллоидный журнал. 1936. - Т. 2. - №1. - С. 17-25.

76. Стрелко В.В. и др. Ионные формы гидрогелей и строение глобул ксерогелей поликремниевой кислоты // Докл. АН СССР, - 1968. - Т. 179. -№3. - С. 1392 - 1395.

77. Лазаренко Е.К. Курс минералогии. Учебник для университетов. М.: Высшая школа, 1971. - 608 с.

78. Костов И. Минералогия. М.: Мир, 1971. - 584 с.

79. Пат. № 10125879 Германия, МПК7 С 01 В 33122, С 08 К 3134. Способ получения синтетического талька. Vertahren zur Herstellung Von synthetischen Talkum: Itn Nanovation Gmb H, DE, Wittmer Rainer. №1025879/8; заявл. 27.05.01; опубл. 28.11. 02.

80. Слатинская И.Г. и др. Химический метод синтеза форстерита для конденсаторов // Химия и технология материалов для электронной техники. - М.: ВНИИ реактивэлектрон, 1990. - С. 64 - 70.

81. Карнаухова Т.М. Состав и строение агрегатов первичных частиц в золях и гелях кремнезема // Коллоидный журнал. - 1985. - Т. 47. - №4. - С. 686 -691.

82. Шабанов А., Зайцев А. Мотор не обманешь // Пятое колесо. - 2003. -№11 (127).-С. 1-12.

83. Матвеевский P.M., Лашхи В.Л., Буяновксий И.А. Смазочные материалы. М.: Машиностроение, 1989. - 217 с.

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

85. Елин Л.В. Взаимное внедрение поверхностных слоев металлов как одна из причин изнашивания при несовершенной смазке. В кн.: Трение и износ в машинах. М.: АН СССР, 1959. - С. 48 - 60.

86. Костецкий Б.И., Колениченко Н.В. Качество поверхности и трение в машинах. Киев: Техника, 1969. - 215 с.

87. Крагельский И.В., Ямпольский Г.Я. О механизме абразивного износа //

88. Известия АН СССР. Физика, 1968. №11, - С. 81 - 87.

89. Белый В.А. Роль структуры поверхностных слоев в процессе внешнего трения полимерных материалов. Минск: Наука и техника, 1989. - 115 с.

90. Пружанский JT.IO. Исследование методов испытаний на изнашивание. -М.: Наука, 1978.-116 с.

91. Словарь-справочник по трению, износу и смазке. Киев: Наука Думка, 1979.- 188 с.

92. Калинин А.А. и др. Ускоренная методика оценки противоизносных и антифрикционных свойств пластичных смазок // Заводская лаборатория. - 1984. -№2.-С. 78-80

93. Калинин А.А., Замятина Н.И. Экспрессная методика оценки смазочных свойств жидкостей и пластичных смазок по схеме трения «диск шарик» // - Заводская лаборатория. - 1986. - №4. - С. 64 - 67.

94. Айлер Р. Химия кремнезема: Пер. с англ. -М.: Мир, 1982. ч.1. -416 с.

95. Костецкий Б.И. и др. Механо химические процессы при граничном трении. -М.: Наука, 1972. - 170 с.

96. Горшков B.C. и др. Методы физико-химического анализа вяжущих веществ: учеб. пособие. М.: Высшая школа, 1981. - 335 е.: ил.

97. Миркин Л.И. Рентгеноструктурный контроль машиностроительных материалов: Справочник. -М.: Машиностроение, 1979. 134 е.: ил.

98. Миркин Л.И. Рентгеноструктурный анализ. Получение и измерение рентгенограмм. Справочное руководство. М.: Наука, 1976. - 326 с.

99. Чарыков А.К. Математическая обработка результатов химического анализа. Л.: Химия, 1984. - С. 83 - 84.

100. Годлевский В.А. Введение в анализ экспериментальных данных. -Иваново: ИвГУ, 1993.- 168 с.

101. Г. Корн. Справочник по математике для научных работников и инженеров. М.: Наука, 1974. - 619 с.

102. Виноградов Ю.С. Математическая статистика. М.: Легкая индустрия, 1970-310 с.

103. Зарубин В.П. и др. Исследование влияния на микротвердость поверхности пар трения смазочных композиций, наполненных порошками силикатов // Изв. Вуз. Химия и химическая технология. - 2007. - Т. 50. -Вып. 1.-С. 110-111.