CC BY
59
УДК 621.891
ДИНАМ1КА ЗНОШУВАННЯ КОНТАКТНИХ ПОВЕРХОНЬ ПРИ ЗМАЩУВАНН1 МОТОРНОЮ ОЛИВОЮ З ДОДАВАННЯМ ФУЛЕРЕНУ С60
М.Ф. Дмитриченко, професор, д.т.н., Р.Г. Мнацаканов, професор, д.т.н.,
1.М. Козор1з, асшрант, Нацюнальний транспортний ун1верситет, м. Кшв
Анотаця. Утворення пол^меризацтного захисного шару молекулами фулерену на поверхнях чавуну зумовлюе тдвищення зносостткост1 металу за рахунок змщнення поверхневих шар1в, незалежно в1д навантаження; при 20 МПа на дыянках схоплювання встановлено змщнення по-передньо розмщнених поверхневих шар1в, що св1дчить про «зал1ковування» зон вириву.
Ключов1 слова: поверхневий шар, моторна олива, зношування, фулерен С60.
ДИНАМИКА ИЗНАШИВАНИЯ КОНТАКТНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ПРИ СМАЗЫВАНИИ МОТОРНЫМ МАСЛОМ С ДОБАВЛЕНИЕМ ФУЛЛЕРЕНА С60
Н.Ф. Дмитриченко, профессор, д.т.н., Р.Г. Мнацаканов, профессор, д.т.н.,
И.Н. Козориз, аспирант, Национальный транспортный университет, г. Киев
Аннотация. Образование полимеризационного защитного слоя молекулами фуллерена С60 на поверхностях чугуна обуславливает повышение износостойкости металла за счет упрочнения поверхностных слоев, независимо от нагрузки; при 20 МПа на участках схватывания установлено упрочнение предварительно разупрочненных поверхностных слоев, что свидетельствует о «залечивании» зон вырыва.
Ключевые слова: поверхностный слой, моторное масло, изнашивание, фуллерен С60..
DYNAMICS OF WEAR PROCESS OF CONTACT SURFACES AT LUBRICATION BY ENGINE OIL WITH FULLERED С60 ADDITION
N. Dmytrychenko, Professor, Doctor of Technical Science,
R. Mnatsakanov, Professor, Doctor of Technical Science, I. Kozoriz, graduate, National Transport University, Kyiv
Abstract. Formation of the polymerizated protective layer by fullerene С60 molecules on the cast iron surfaces increase the wear resistance due to their hardening independently of loading. At 20 МРа the gripping sites which were previously weakened are strengthened. This can be explained by healing the tear-out zones.
Key words: surface coating, engine oil, wear, fullerene С60..
Вступ
На сьогодш юнуе великий спектр мастиль-них матерiалiв, до складу яких введено порошки, у тому чи^ й нанодисперсш частин-ки метатв, оксищв, полiмерiв, вуглецю. Таю частинки здатш змшити мшрорельеф контактно! зони, заповнюючи мiкронерiвностi поверхонь тертя i зменшуючи величину контактного тиску. Тому перспективним напря-
мом щодо тдвищення зносостшкосп пар тертя е проведення дослщжень триботехшч-них характеристик змащувальних олив з на-нодисперсними добавками.
Мета дослщження
Метою дослщження е встановлення взаемо-зв’язку мiж кшетикою формування гранич-них адсорбцшних шарiв моторно! оливи, мо-
дифшовано1' добавкою фулерену та кшетикою штенсивност зношування контактних поверхонь.
Методика випробувань
Дослщження проводили на машиш тертя СМЦ-2 в умовах ковзання з частими пусками-зупинками. Парою тертя були: ролик d = 5G мм з модифшованого чавуну марки СЧ З5 i колодка зi cтaлi 4GX. Цикли «Пуск» (4,5 с) -чергувалися без перерви, загальна кiлькicть ци^в в екcпериментi N = 5GG. В якост мас-тильного мaтерiaлy використовували нашв-синтетичну моторну оливу ESSO SAE 1Gw4G з додаванням модифшатора тертя - фулерену C6G. Оцiнкa трибологiчних пaрaметрiв прово-дилася в перюд пуску, за максимального моменту тертя. Початкова об’емна температура оливи 7G °С. Контaктнi напруження за Герцем 7 i 2G МПа.
Результати дослщжень
В умовах частих пусюв - зупинок змащуваль-на ефективнicть оливи зумовлена здатшстю компонентiв змащувального мaтерiaлy фор-мувати грaничнi aдcорбцiйнi шари на поверх-нях тертя. При omax = 7 МПа, з використанням нaпiвcинтетичноï оливи ESSO SAE 1Gw4G в 5 G % циктв зaфiкcовaно зрив змащувального шару на зупинщ до N < ЗЗ0. Добавка 2G %-но1' суспензи фулерену C6G (в перераху-нку на чисту речовину - G,5 %) на 25 % зме-ншуе cтyпiнь металевого контакту поверхонь тертя в перюд припрацювання (до N < 28G).
З пiдвищенням контактного напруження до 2G МПа яюсно змшюеться мехaнiзм форму-вання й адаптаци граничних змащувальних шaрiв дослщжуваними композицiями олив. 3i збiльшенням навантаження шдвищуеться полiмеризaцiйнa здaтнicть компонентiв оливи. Добавка фулерену C6G знижуе загальну товщину aдcорбцiйних граничних шaрiв на 1G-2G %, а сформоваш хемоcорбцiйнi плiвки в середньому в З рази перевищують аналоп-чш значення для SAE 1Gw4G без фулерену.
При aнaлiзi протизношувальних характеристик дослщжуваних моторних олив в умовах частих пусюв - зупинок виявлено наступи зaкономiрноcтi. Нaйбiльшa штенсивнють зношування зрaзкiв модифiковaного чавуну СЧ З5 i стат 4GX зафшсована в перiод припрацювання до N < 3GG. При omax = 7 МПа
добавка фулерену C6G в моторну оливу SAE 1Gw4G знижуе iнтенcивнicть зношування чавуну в 1,62 раза i cтaлi в 1,41 раза в ходi всього експерименту (рис. 1, 2).
Рис. 1. 1нтенсивнють зношування зразюв СЧ З5 у процеci експлуатаци
Рис. 2. Iнтенcивнicть зношування стал 4GX в динaмiчних умовах навантаження
Добавка фулерену C6G в моторну оливу SAE 1Gw4G забезпечуе зниження зносу чавунних зразюв на 48 % i 30 %, а сталевих на 17 % i 54 % при omax = 7 та 2G МПа вщповщно.
При змащуванш доcлiджyвaних зразюв на-пiвcинтетичною моторною оливою SAE 1Gw4G при Gmax = 7 МПа встановлено зниження мшротвердосп поверхневих шaрiв чавуну i стат (табл. 1).
Якicно iнший характер змши мiкротвердоcтi встановлений з використанням присадки фу-лерен C6G. Поверхневi шари чавунних зрaзкiв характеризуються змщненням в ходi експери-рименту, а для сталевих зразюв cтyпiнь роз-мiцнення зменшуеться на 8 %, в порiвняннi з використанням оливи без присадки.
Таблиця i Змша мехашчних властивостей поверхневих шар1в пар тертя
Змащувальний матер1ал Метал пари тертя М1кротвердють поверхневого шару, МПа
до експерименту тсля експерименту
Контактне напруження 7 МПа
SAE iGw4G + фулерен C6G чавун 275G 293G (змщнення)
сталь 713G 54 i G (знемщнення)
SAE iGw4G чавун 28GG 275G (змщнення)
сталь 7iGG 5GGG (знемщнення)
Контактне напруження 2G МПа
SAE iGw4G + фулерен C6G чавун 276G 4GGG (змщнення) 27GG (знемщнення на поверхш схоплювання)
сталь 71 iG 5GGG (знемщнення)
SAE iGw4G чавун 28iG 328G (змщнення) 192G (знемщнення на поверхш схоплювання)
сталь 7i4G 455G (знемщнення)
Ми вважаемо, що у формyвaннi граничних шaрiв з використанням присадки фулерену основна роль у структуризаци адсорбцшних плiвок належить полiмеризaцiï кyлеподiбних молекул фулерену C6G з вуглеводневими радикалами на поверхш металу, що забезпечуе утворення aлмaзоподiбного шару, який тд-вищуе зноcоcтiйкicть пар тертя [1, 2].
За тдвищення контактного напруження до 2G МПа для сталевого зразка встановлено поступове зниження мшротвердосп поверхневих шaрiв у мiрy напрацювання, що зумов-лено збшьшенням iнтенcивноcтi корозшно-мехaнiчного зношування внаслщок утворення хемоcорбцiйних плiвок на поверхш металу та штенсифшащею пластифшуючого ефе-кту. Рaнiше встановлено, що зi збiльшенням тиску при використанш присадки на оcновi фулерену C6G товщина хемоcорбцiйних пл> вок i хiмiчних з’еднань в 3 рази бшьше, нiж при змащуванш поверхонь чистою оливою SAE 1Gw4G. Ми припускаемо, що штенсиф> кащя мехaно-хiмiчних процеciв на поверхнi металу з тдвищенням навантаження збшь-шуе полiмеризaцiйнy aктивнicть молекул фу-лерену, що забезпечуе утворення захисного шару, який перешкоджае розмщненню поверхневих шaрiв cтaлi 4GX i значно знижуе л> нiйний знос.
Для чавунних зразюв встановлено яюсно шшу зaкономiрнicть змiни мiкротвердоcтi поверхневого шару в динaмiчних умовах на-вантаження (рис. З).
H 2GG , МПа
BOOO 7000 -6000 -5000 -4OOO Э000 -2OOO 1000 -O
0 100 200 Э00 400 500^ цикшв
—SAE 10 w 40+ Фулерен, Ст40Х SAE 10 w 40, Ст40Х SAE 10 w 40+ Фулерен, СЧ Э2-52 -к- SAE 10 w 40, СЧ Э2-52
Рис. 3. Змша мшротвердосп поверхневих шарiв стай 40Х i чавуну СЧ 35 при на-працюваннi
При змащуваннi зразкiв моторною оливою 8ЛБ 10w40 вiдбуваеться розмщнення повер-хнi до N < 300, що пов’язано як з проявом адсорбцiйного зниження мiцностi в результа-тi хiмiчних реакцiй мiж активними вуглеводневими радикалами i ювенiльною поверхнею металу, так i з iнтенсифiкацiею виходу дис-локацш на поверхню. Ми припускаемо, що в результат механо-фiзичних процесiв в умовах частих пусюв - зупинок з поверхш металу вщбуваеться часткове видалення м’якого матерiалу - включень пластинчастого граф> ту, що призводить до тдвищення мшротвер-досп поверхневого шару. Слiд зазначити, що при N > 300 на 5 % шдвищуеться штенсив-шсть зношування. Ми вважаемо, що це пов’язано з адгезшним зношуванням поверх-нi металу видаленими графггними включен-нями.
1з введенням в оливу присадки фулерену C6G при N > 5G встановлено поступове тдвищен-ня мшротвердосп поверхневих шaрiв за ра-хунок утворення модифiковaних структур аморфного вуглецю, що характеризуються шдвищеною зноcоcтiйкicтю.
В ходi доcлiджень встановлено, що мшро-твердicть у мюцях вириву чавуну змiнюeтьcя по-рiзномy залежно вiд оливи: в оливi без фулерену вона зменшуеться, при додаванш фулерену - збiльшyeтьcя. Це е наслщком за-лiковyвaння дiлянок, як утворилися при cхоплювaннi.
Висновок
В експеримент зaфiкcовaно якicнy вщмш-шсть змiни мiкротвердоcтi поверхневих ша-рiв при викориcтaннi моторно1' оливи SAE 1Gw4G i з добавкою фулерену C6G, що дозволяе зробити висновок - тдвищення зносостшкосп пари тертя чавун-сталь при введеннi присадки вщбуваеться за рахунок
змiцнення поверхневого шару чавуну i менш штенсивного знемщнення поверхневого шару стат внаслщок утворення модифiковaних плiвок при полiмеризaцiï молекул фулерену C6G, якi характеризуються шдвищеною твер-дicтю.
Лiтература
1. Абрамзон А.А. Поверхностно-активные
вещества / A.A. Абрамзон. - Л. : Химия, 1981. - 3G4 с.
2. Cпрaвочник по триботехнике : В 3 т. / под
общ. ред. М. Хебды, A^. Чичинадзе. -М. : Машиностроение, 1989. - Т. 1 : Теоретические основы. - 397 с.
Рецензент: МА. Подригало, професор, д.т.н.,
хы\ду.
Отаття надшшла до редакци 2G серпня 2G1G р.
