Исследование свойств искусственного геоактиватора в качестве наполнителя смазочных материалов

№51-2,

технические науки

В статье представлены результаты исследований возможности упрочнения деталей узлов трения с помощью искусственного геомодификатора трения.

Похожие материалы

Эффективность работы машин и механизмов пожарной техники во многом определяется работоспособностью их узлов трения. Промышленностью выпускается широкий ассортимент разнообразных смазочных материалов, которые позволяют снизить коэффициент трения и интенсивность изнашивания, повысить нагрузочную способность, ресурс и т.п.

Смазочные материалы часто оказываются недостаточно эффективными, особенно когда узел трения изношен. Ремонт узла трения в большинстве случаев является достаточно трудоемким и дорогостоящим, поэтому в последние годы активно развиваются методы безразборного упрочнения и восстановления деталей узлов трения.

Безразборное упрочнение и восстановление деталей осуществляется с помощью различных препаратов и средств: модификаторов, реметаллизантов, металлокерамических материалов и т.п.

Металлокерамические материалы при этом являются одними из наиболее перспективных.

Обработка поверхностей трения с помощью природных геомодификаторов зародилась во второй половине прошлого века в России и в настоящее время широко распространена в практике упрочняющей антифрикционной обработки тяжело нагруженных передач, бурового инструмента и т.д.

Геомодификаторы – это порошковые минерало-силикатные композиции на основе подвидов минерала серпентинита. При введении мелкофракционных порошков серпентина на поверхности трения деталей образуется упрочненный
металлокерамический слой. Твердые фракции порошка, попадая в тонкие зазоры между поверхностями трения, производят их микрошлифовку, убирая следы износа. Процесс сопровождается сильным разогревом поверхностей, которому способствует выделение внутренней энергии при разрушении серпентина. Высокие температуры размягчают микронеровности поверхностей трения вплоть до их перехода в пластическое состояние. В размягченные слои внедряются твердые частицы минералов, образуется композит «металл-минералы», который обычно называют металлокерамикой [1,2].

Использование природного геомодификатора – серпентина сопровождается рядом недостатков: трудоемкий и энергоемкий процесс измельчения минерала; сложность отделения частиц асбеста, который, как известно, являясь сопутствующим компонентом минерала, обладает фрикционными свойствами; большой разброс содержания отдельных компонентов (магния, кремния, асбеста, железа, никеля, базальта, шамота и др).

Для устранения этих недостатков, была исследована возможность, получать искусственный серпентин в условиях лаборатории. Было получено соединение по стехиометрии подобное природному серпентину. Однако в ходе химической реакции выделяется значительный избыток воды, присутствие которой в смазывающем материале нежелательно. Для удаления воды применялись методы: выпаривание воды из соединения вместе с носителем (в качестве носителя использовалось минеральное масло И – 20) (№ 1); выпаривание воды из соединения без носителя (№ 2); декантация (№ 3). Полученные геомодификаторы вводились в минеральное масло И – 20.

Были проведены триботехнические исследования полученных смазочных композиций. Фиксировались изменения коэффициента трения, интенсивности изнашивания образцов и изменение микротвердости поверхности образцов.

Исследования проводились на машине трения СМТ – 1. Схема трения: вращающийся диск – частичный вкладыш. Режимы работы пары трения: скорость скольжения 1 м/с; трение граничное; в процессе испытаний нагрузка увеличивалась до момента схватывания образцов. Измерение линейного износа проводилось методом «искусственных баз» – установлением линейного износа по нанесенным отпечаткам на твердомере ТКС – 1 М коническим твердосплавным индентором с углом при вершине α = 120˚. Микротвердость поверхности трения измерялась микротвердомером ПМТ – 3. Триботехнические свойства минерального масла И – 20 и смазочных композиций с искусственным геоактиватором в зависимости от нагрузки представлены в таблице.

Из анализа данных исследований видно, что триботехнические свойства смазочного материала, при введении искусственного геомодификатора (ИГМ) улучшились: коэффициент трения при введении ИГМ в масла снизился, в зависимости от нагрузки на образцы, на 10…60%, при одновременном снижении интенсивности изнашивания более, чем на 85%.

Таблица 1. Триботехнические свойства смазочных материалов в зависимости от нагрузки

Смазочный материал

Микротвердость до исследований

МПа

Нагрузка

0,2 кН

0,4 кН

0,6 кН

Нобр,

МПа

Iизн,

Мкм/км

f

Нобр,

МПа

Iизн,

Мкм/км

f

Нобр,

МПа

Iизн,

Мкм/км

f

И–20

4597

5546

9,096

0,1

5546

9,79

0,125

8567

9,79

0,121

№ 1

4597

8240

12,09

0,11

13610

8,064

0,106

12310

20,16

0,146

№ 2

4597

7640

1,011

0,09

10670

26,21

0,08

8972

6,048

0,17

№ 3

4597

5372

4,032

0,01

12310

18,81

0,05

12310

16,1

0,06

Улучшение триботехнических параметров смазочных композиций можно объяснить повышением микротвердости поверхности пары трения. В зависимости от нагрузки микротвердость поверхностей трения увеличилась на 45…65%.

Согласно исследований (таблица) оптимальные триботехнические параметры имеют смазочные материалы с ИГМ полученные способом №2 и №3.

Предлагаемые смазочные композиции могут продлить срок службы узлов трения машин и оборудования.

Список литературы

  1. Зарубин, В.П. Исследование трения и износа в маслах с нанопорошками силикатов / В.П. Зарубин, В.В. Терентьев, Н.И. Замятина // Ремонт. Восстановление. Модернизация. - 2010. - № 5, - С.31 – 36.
  2. Перспективы применения нанопорошков силикатов в смазочных материалах, используемых в пожарной технике / В.П. Зарубин, В.В. Киселев, А.В. Топоров и др. // Пожаровзрывобезопасность. – 2013. - №5. С.65 – 69.