Разработка и исследование смазочных материалов повышенной эффективности

№83-1,

технические науки

В работе идет речь о разработке и исследовании триботехнических характеристиках металлоплакирующих смазочных материалов для применения в узлах трения машин и механизмов. Приведены некоторые результаты проведенных испытаний.

Похожие материалы

В последнее время выполнен ряд исследований различных металлсодержащих соединений, которые способствуют созданию в зоне трения эффекта избирательного переноса. Данный эффект нашел широкое применение в промышленности. 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 пленка мягкого металла легко подвижна, пластична и имеет квазикристаллическую структуру, напоминающую расплав. Она, расступаясь, пропускает микронеровности трущихся поверхностей и смыкается после прохода этих микронеровностей. Поскольку толщина пленки превышает высоту микронеровностей, то процесс трения локализуется именно на пленке. Это приводит к снижению износа в сотни раз, а коэффициента трения в десятки раз.

Стремление создать материалы для работы их в узлах трения машин, реализующие процесс несамопроизвольного восстановления ионов металлов на металлической поверхности и обладающие комплексом положительных свойств, привело к необходимости разработки металлосодержащих материалов.

Однако, большинство рассмотренных присадок, реализующих эффект безызносности, имеют один существенный недостаток. Металлические компоненты данных присадок находятся в масле в виде мелких зерен, которые не способны проходить через системы фильтров, что резко снижает круг применения данных присадок, другими словами такие присадки не являются универсальными, они, как правило, имеют узко направленную область применения.

Основной задачей нашей работы является разработка универсальной присадки, реализующей избирательный перенос, которая была бы хорошо растворима в масле и не задерживалась фильтрами. Преимуществом данных присадок является их растворимость в масле, где металлы находятся в виде ионов или молекул. Такие материалы способны проходить любые фильтрующие системы и быть стабильными во времени.

Разработанные присадки представляют собой стеараты меди и олова в смесях предельных и непредельных жирных кислот растительных масел. Металлы в стеарате находятся в виде комплексов, которые разрушаются с выделением химически чистых мягких металлов только в зоне трения, где присутствуют нормальные и сдвигающие нагрузки и повышение температуры. Химически чистые металлы очень активны и практически мгновенно восстанавливаются на металлических поверхностях деталей узлов трения, предотвращая непосредственный контакт пары трения.

Модификатор, входящий в состав смазочного материала, обеспечивает реализацию эффекта безызносности, и выбор такого модификатора является первым и решающим шагом при создании материалов. Поэтому при выборе состава модификатора учитывалась не только химическая природа компонентов, концентрация и взаимное расположение функциональных групп, но и молекулярно — массовое распределение, полидисперсность и другие особенности химического строения.

Основываясь на явлении синергизма и данных полученных после проведения испытаний с ранее разработанными металлоплакирующими присадками, была разработана новая присадка, содержащая стеараты меди и олова жирных кислот, которую мы называем медно — оловянный комплекс.

В данной работе для оценки и сравнения разработанной присадки были взяты следующие триботехнические характеристики — зависимость коэффициента трения от приложенной нагрузки, зависимость величины износа от пути трения при постоянной нагрузке и зависимость интенсивности изнашивания от приложенной нагрузки при фиксированном пробеге. Данные характеристики определяют границы работоспособности пары трения, стойкость материалов к изнашиванию в различных средах и при различных режимах трения определяют ресурс и срок службы узлов трения.

Концентрация разработанной присадки в базовом масле И — 40 составляла 1.5%. Данное значение концентрации является наилучшим из опробованных, что подтвердилось статистической обработкой. Вводимый в смазочный материал медно — оловянный стеарат содержит 10 — 30 мас. % металлической меди и 3 — 8 мас. % металлического олова, остальное жирно — кислотный остаток. Указанное соотношение меди и олова является оптимальным, которое позволяет достичь эффекта безызносности.

Положительное воздействие масла в присутствии разработанной присадки было подтверждено также следующим экспериментом. Создание несущего сервовитного слоя при смазывании поверхностей трения разработанной присадкой происходит постепенно и сопровождается увеличением площади контакта и снижением интенсивности изнашивания. Сервовитный слой способен некоторое время сохранять свои свойства, и после прекращения подачи масла с присадкой, обеспечивая малый коэффициент трения и малую интенсивность изнашивания.

Контактирующая пара работала в режиме безызносного трения. На отметке 3000 (м) была произведена замена смазочного материала, вместо масла И-40 с разработанным медно — оловянным комплексом было применено 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 7 раз. Однако если подачу модифицированного масла в зону трения возобновить, то коэффициент трения возвращается к прежнему уровню.

Все вышеописанные опыты дали возможность предполагать, что на стальных поверхностях трения образуется олово- и медь- содержащая пленка. Профилографирование поверхностей трения дало право полагать, что на контактирующих поверхностях образуется пленка мягкого металла. Профилографирование поверхностей трения проводилось после 30 (км) пути трения в базовом масле И-40 и такого же пути в масле И-40 с разработанным медно — оловянным комплексом при давлении на рабочие поверхности 5 (МПа).

Параллельно с изучением основных триботехнических показателей разработанных шести комплексов стеаратов проводились испытания на определение коррозионности масла с присадкой согласно ГОСТа 20502 — 75.

Потери массы пластин в масле с разработанным медно — оловянным комплексом составили от 0,88 до 0.99 г/м2, что согласно ГОСТа 20502 — 75 соответствует отсутствию коррозионного воздействия данной присадки на испытуемое масло.

Исходя из вышеизложенного можно сделать следующие выводы:

  1. Введение в базовое масло И-40 разработанного медно — оловянного комплекса, на основе солей перечисленных мягких металлов приводит к улучшению его триботехнических свойств, а в частности к уменьшению коэффициента трения до 25 раз, износа поверхностей до 100 раз.
  2. Масло, модифицированное разработанными присадками, позволяет увеличить нагрузочную способность контактирующей пары трения в среднем в 2 раза.

Список литературы

  1. Зарубин В.П., Киселев В.В., Пучков П.В., Топоров А.В. Улучшение эксплуатационных характеристик автотранспортной техники за счет применения высокоэффективных присадок. // Известия Московского государственного технического университета МАМИ. – 2014. – Т. 3. – № 1 (19). – С. 56-62.
  2. Легкова И.А., Зарубин В.П., Киселев В.В., Иванов В.Е., Покровский А.А. Инновационные технологии при обучении графическим дисциплинам. / В сборнике: Пожарная и аварийная безопасность материалы IX Международной научно-практической конференции. – 2014. – С. 300-301.
  3. Киселев В.В., Топоров А.В., Никитина С.А., Пучков П.В., Покровский А.А., Зарубин В.П., Легкова И.А. Повышение качественных характеристик моторных масел за счет введения присадок. / В сборнике: Состояние и перспективы развития электро- и теплотехнологии. / Материалы международной научно-технической конференции : (XVIII Бенардосовские чтения). – 2015. – С. 330-333.
  4. Киселев В.В., Иванов В.Е., Легкова И.А. Применение интерактивных форм обучения для развития профессионально-деловых качеств курсантов. / В сборнике научных трудов по материалам Международной научно-практической конференции: Новейшие достижения в науке и образовании. – 2016. – С. 133-135.
  5. Пучков П.В., Киселев В.В., Топоров А.В. Разрушение строительных металлоконструкций в условиях пожара. / Научные и образовательные проблемы гражданской защиты. – 2010. – № 3. – С. 29-32.
  6. Топоров А.В., Киселев В.В., Покровский А.А., Легкова И.А., Иванов В.Е. Исследование процессов работы комбинированных магнитожидкостных уплотнений механических приводов. / Интернет-журнал Науковедение. – 2017. – Т. 9. – № 5. – С. 9.
  7. Зарубин В.П., Киселёв В.В., Пучков П.В., Топоров А.В., Никитина С.А. Перспективы использования искусственных геомодификаторов трения для пожарной техники. / Научные и образовательные проблемы гражданской защиты. – 2013. – № 3. – С. 99-105.
  8. Киселев В.В., Зарубин В.П., Никитина С.А., Покровский А.А. Разработка новых смазочных композиций, повышающих надежность пожарной техники. / Известия Московского государственного технического университета МАМИ. – 2014. – Т. 3. – № 1 (19). – С. 62-68.
  9. Топоров А.В., Пучков П.В., Полетаев В.А., Кропотова Н.А., Киселев В.В. Применение сжатого газа для привода гидравлического инструмента. / Сборка в машиностроении, приборостроении. – 2017. – № 8. – С. 345-347.
  10. Зарубин В.П., Топоров А.В., Киселев В.В., Яковенко Т.А. Разработка передвижной мастерской для проведения технического обслуживания пожарных автомобилей. / Техносферная безопасность. – 2017. – № 4 (17). – С. 3-7.
  11. Зарубин В.П., Полетаев В.А., Киселев В.В., Никитина С.А., Покровский А.А. Перспективы применения нанопорошков силикатов в смазочных материалах, используемых в пожарной технике. / Трение и смазка в машинах и механизмах. – 2014. – № 9. – С. 19-24.