Разработка металлосодержащих присадок к маслам, реализующих избирательный перенос при трении тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.04, кандидат технических наук Киселев, Вячеслав Валериевич

• Киселев, Вячеслав Валериевич
• кандидат технических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат технических наук Киселев, Вячеслав Валериевич

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

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка металлосодержащих присадок к маслам, реализующих избирательный перенос при трении»

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

Заключение диссертации по теме «Трение и износ в машинах», Киселев, Вячеслав Валериевич

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.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Киселев, Вячеслав Валериевич, 2004 год

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.