CC BY
7
6. Леонов В.£., Бень А.П. Патент Украши на ко-рисну модель№ 53121 вiд 27.09.2010«Пристрш для отримання iнертного газу». Бюл. №18.
6. Леонов В.Е., Дмитриев В.И., Безбах О.М., Гуров А.А., Сыс В.Б., Ходаковский В.Ф. Современные информационные технологии обеспечения безопасности судоходства и их комплексное использование: монография / Под ред. проф.В.Е.Леонова. - Херсон: Издат. ХГМА,2014. -324 с.
7. Леонов В.£. Патент Украши на корисну модель №37417 ввд 25.11.2012 «Споаб сорбцшного очи-щення пдросфери в1д нафтопродукпв».
8. Пономарев О.П.Наладка и эксплуатация средств автоматизации. SCADA-системы. Промышленные шины и интерфейсы. Общие сведения о программируемых логических контроллерах и одноплатных компьютерах: Учебное пособие. Калининград: Изд-во Ин-та «КВШУ», 2006.- 80 с.
ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ ПОКРЫТИЙ НА ПОВЕРХНОСТЯХ ТРЕНИЯ СТАЛЬНЫХ ДЕТАЛЕЙ НА ОСНОВЕ МЕТАЛЛОСИЛОКСАНА
Леонтьев Лев Борисович
докт. техн. наук, профессор кафедры сварочного производства
Шапкин Николай Павлович докт. хим. наук, профессор кафедры неорганической и элементоорганической химии
Леонтьев Андрей Львович
канд. техн. наук, докторант кафедры сварочного производства, Дальневосточный федеральный университет,
г. Владивосток
Анализ публикаций и патентов показывает, что для модифицирования поверхностей трения и формирования тонкослойных антифрикционных покрытий для уменьшения коэффициента трения и повышения износостойкости широкое применение нашли композиции геоматериалов -природных силикатов, имеющих слоистую структуру со слабой связью между слоями, которая облегчает сдвиг между ними - на основе серпентинита и вермикулита [4], полиорганосилоксаны, содержащие металлы (№, Со, 2п и др.) [5] и модифицированные вермикулиты [2, 3], которые способны формировать защитные металлокерамические пленки на поверхностях трения. При этом потери энергии на преодоление трения могут существенно снизиться, а износостойкость сопряженных деталей повыситься в 24 раза. Шероховатость металлических поверхностей трения может также снизиться в несколько раз и составить по Яа 0.03...0.05 мкм.
Существенный недостаток композиций природных слоистых силикатов — недостаточно высокие триботех-нические характеристики, необходимость использования в составе смеси достаточно дефицитного компонента — чистого серпентинсодержащего минерала (распространенного далеко не во всех регионах страны). Кроме того, минералы даже из одного месторождения существенно отличаются по химическому составу и, соответственно, по триботехническим свойствам.
Цель данной работы — исследование эксплуатационных свойств тонкопленочных покрытий полученных в результате модифицирования поверхностей трения метал-лосилоксаном, который имеет стабильные химический состав и слоистую структуру, и разработка композиций на его основе.
Одним из наиболее распространенных и тяжело нагруженным узлом трения является «шейка коленчатого вала - вкладыш подшипника» судового среднеоборотного дизеля, поэтому исследования проводились применительно к данному трибоузлу.
Модифицирование поверхности стального образца минеральными материалами, металлосилоксаном и композициями на их основе осуществляли фрикционным методом. Модифицирующий состав, состоящий из модифицирующего материала и масла, наносился на упро-
чняемую поверхность. В процессе упрочнения данная смесь подавалась в зону трения каждые 15-20 с капельным методом.
Триботехнические испытания проводили на универсальной машине модели УМТВК проводили по схеме "ролик - колодка" в условиях граничного трения при постоянной скорости скольжения 0,63 м/с. В качестве неподвижного образца использовались колодки, вырезанные из вкладыша типа «Ш11еп^ег» («МШа» 33), который имеет регулярный микрорельеф в виде винтовой канавки глубиной 16-40 мкм и шагом около 0,15 мм на всей поверхности трения, что обеспечивает высокую усталостную прочность и способность выдерживать высокие удельные нагрузки.
Смазку пары трения осуществляли капельным способом (5-6 капель в минуту). Для смазки применялось работающее дизельное масло марки М-14-Д2(цл 30) ГОСТ 12337-84 с главного судового среднеоборотного дизеля (СОД), эксплуатировавшегося на тяжелых сортах топлива, так как при работе двигателя на тяжелых сортах топлива смазка содержит повышенное количество механических примесей. Величины значений характеристик работающего масла и содержание в нем продуктов износа и сгорания соответствовало примерно типичным средним значениям для СОД, эксплуатирующихся на тяжелых сортах топлива: вязкость при 100 °С - 15,8 сСт, щелочное число - 20,3 мг КОН / г, механические примеси 1,5%, Fe -8,5 г/т, А1 - 6,3 г/т, Сг - 2,6, г/т, Si - 6,3, г/т, РЬ - 4,3, г/т, 8и - 12,1 г/т, Си -4,5 г/т.
Износ образцов определяли весовым способом на лабораторных весах с ценой деления 0,1 мг марки AUW 220Б фирмы Shimadzu (Япония).
Температуру в зоне фрикционного контакта определяли с помощью инфракрасного пирометра Ор^ Mimisight (Германия).
Рентгенофазовый анализ (РФА) проводили на ди-фрактометре "Advance-D8" фирмы «Вгикег».
Морфологию поверхности образцов исследовали с помощью атомно-силового микроскопа SPM-9600 фирмы «Shimadzy».
На основании ранее проведенных исследований [1] в качестве силикатов природного происхождения были
взяты минералы: серпентинит (брутто-формула: 4.5MgO•0.7Fe2O3•0.3 Са0Ю.2Мп0^Ю24Н20) и алюмосиликат (брутто-формула: Mg•Fe0.8•AЮ.4•Si2.Ю9•mO•(CaSЮ3)0.9).
Крупность размола минералов до обработки в кави-тационном диспергаторе находилась в пределах 1-10 мкм.
Брутто-формула металлосилоксана: [(PhSiO1,5) MgO]n . Металлосилоксан был выбран в качестве модификатора, так как он имеет слоистую структуру с d100 близкую к d100 алюмосиликата, легко растворим в органических растворителях и его легко наносить на поверхность алюмосиликата.
Для улучшения триботехнических свойств алюмосиликата его модифицировали металлосилоксаном химическим путем.
Данные рентгенофазового анализа (РФА) подтвердили предположение о модификации межслоевого про-странства(на дифрактограмме алюмосиликата модифицированного металлосилоксаном наблюдаются новые отражения слабой интенсивности с d = 12,5:4,5 А°, которые отсутствуют в РФА исходного алюмосиликата).
Близость межслоевых расстояний - у алюмосиликата 14,3 А°, у металлосилоксана 12,5 А° позволяет предположить, что металлосилоксан не только покрывает поверхность алюмосиликата, но и проникает в межслоевое пространство алюмосиликата вследствие слоистой структуры полимера.
Модифицирование поверхности вращающегося образца проводили фрикционно-механическим методом при нагрузке 400 Н в течение 1 мин. Толщина модифицированного слоя достигает 1 мкм.
Анализ результатов сравнительных триботехниче-ских испытаний пары трения «вал - вкладыш подшипника» при различных упрочняющих покрытиях позволил
установить (табл. 1):
- применение модифицирования шеек вала триботех-ническими материалами позволяет повысить как ее износостойкость, так и трибосопряжения «шейка вала - вкладыш подшипника» не менее чем в 2 раза;
- наиболее высокие триботехнические характеристики достигаются при применении материалов: металлосилоксана и алюмосиликата, модифицированного металлосилоксаном, которые позволяют повысить износостойкость трибосопряжения до 8 раз в зависимости от нагрузки, снизить коэффициент трения и температуру в зоне трибоконтакта на больших нагрузках более чем в 2 раза, которые наиболее опасны вследствие создания условий для возникновения схватывания и задира. Температура циркуляционного смазочного масла
на входе в дизель для обеспечения заданной вязкости в зависимости от марки двигателя находится в пределах 4060 °С. Для определения влияния температуры циркуляционного смазочного масла на триботехнические свойства пары трения «сталь 45 - антифрикционное покрытие» были проведены ускоренные испытания в течение 1 ч при нагрузке 400 Н в условиях трения при граничной смазке. Установлено (табл. 2), что:
- при температуре циркуляционного масла свыше 40 °С в трибосопряжении в условиях трения при граничной смазке резко возрастают: коэффициент трения, температура в зоне трибоконтакта и скорость изнашивания антифрикционного слоя вкладыша, что создает предпосылки для схватывания и задира и, соответственно, созданию аварийной ситуации на дизеле;
Таблица 1
Результаты сравнительных триботехнических испытаний пары трения «вал - вкладыш» при различных
Пара трения Нагрузка, Н Время испытаний, ч ктр №ах, °С Средняя скорость изнашивания, мг/ч
диск колодка
Вкладыш № 33 - сталь 45 контрольный 40 0,5 0,072 27,6 4,6 3,0
100 0,5 0,057 28,7 6,1 3,4
200 1,0 0,043 36,9 6,3 3,1
400 2,0 0,050 66,4 6,7 6,2
№ 33 - сталь 45 модифицированная серпентинитом 40 0,5 0,072 28,1 0,0 0,8
100 0,5 0,100 30,4 0,6 2,4
200 1,0 0,075 33,4 2,4 2,3
400 3,0 0,043 35,9 1,4 5,0
№ 33 - сталь 45 модифицированная композицией 50% металлосилоксана + 50% серпентинита 40 0,5 0,072 25,2 0 7,6
100 0,5 0,086 26,3 3,0 4,6
200 1,0 0,028 30,3 0,0 6,3
400 2,0 0,036 41,0 1,4 8,5
№ 33 - сталь 45, модифицированная металлосилоксаном 40 0,5 0,072 23,2 0,0 0,0
100 0,5 0,072 23,6 2,9 2,4
200 1,0 0,057 25,8 1,3 3,6
400 3,0 0,011 32,5 1,5 1,8
№ 33 - сталь 45, модифицированная алюмосиликатом, модифицированным металлосилоксаном 40 0,5 0,072 28,9 0,0 0,6
100 0,5 0,072 31,1 0,0 1,2
200 1,0 0,043 33,6 0,5 1,7
400 1,0 0,014 37,4 2,8 2,5
- модифицирование поверхности стали металлоси-локсаном и алюмосиликатом, модифицированным метал-лосилоксаном, позволяет во всем диапазоне температур подогрева смазки повысить износостойкость сопряжения, снизить величины коэффициентов трения и температуры
в зоне трибоконтакта и, соответственно, существенно повысить долговечность трибоузла. Причем по мере увеличения температуры подогрева масла эффект от модифицирования стали возрастает: уменьшаются величины скорости изнашивания стали и трибосопряжения в целом.
Минимальные параметры шероховатости также характерны для данной композиции (табл. 3). Периодические микронеровности, расположенные на поверхности по направлению упрочнения и не имеющие острых выступов, обеспечивают получение поверхности, обладающей хорошей смазкоудерживающей способностью в условиях
трения при граничной смазке, и высокую износостойкость. Благодаря минимальному удельному давлению на сопряженные поверхности и обеспечению наличия смазки уменьшается износ поверхности, сопряженной с композиционным покрытием, а также коэффициент трения и температура в трибоконтакте.
Таблица 2
Пара трения Наименование параметра Температура предварительного нагрева смазки, °С
20 40 60
Вкладыш №33 -сталь 45 (контрольный) Скорость изнашивания покрытия вкладыша, мг/ч 6,7 5,9 45,9
Скорость изнашивания стали, мг/ч 6,2 12,8 13,3
Коэффициент трения 0,050 0,050 0,153
Температура в зоне трибоконтакта, °С 63,1 66,4 81,6
№33 - сталь 45, модифицированная металлосилоксаном Скорость изнашивания покрытия вкладыша, мг/ч 1,8 3,7 29,9
Скорость изнашивания стали, мг/ч 1,5 2,6 1,0
Коэффициент трения 0,043 0,043 0,061
Температура в зоне трибоконтакта, °С 32,5 45,7 69,6
№33 - сталь 45, модифицированная алюмосиликатом, модифицированным металлосилоксаном Скорость изнашивания покрытия вкладыша, мг/ч 2,5 1,5 1,9
Скорость изнашивания стали, мг/ч 2,8 0,1 0,2
Коэффициент трения 0,011 0,007 0,007
Температура в зоне трибоконтакта, °С 37,3 41,8 62,6
№33 - сталь 45, модифицированная серпентинитом Скорость изнашивания покрытия вкладыша, мг/ч 5,0 5,0 5,9
Скорость изнашивания стали, мг/ч 1,4 3,0 4,8
Коэффициент трения 0,043 0,058 0,068
Температура в зоне трибоконтакта, °С 33,9 44.2 66,1
При использовании алюмосиликата, модифицированного металлосилоксаном проявляются несколько эффектов, обеспечивающих повышение антифрикционных свойств композиции:
- скольжение относительно друг друга силикатных слоев модифицированного алюмосиликата;
- образование антифрикционного слоя за счет внедрения в кристаллическую решетку испытуемого
материала ионов кремния, магния и алюминия, при этом создается основа, на которой формируется ме-таллокерамическое покрытие. Перед исследованием с помощью атомно-силового микроскопа и РЭС поверхность образца очищали от органической пленки травлением аргоном трижды непосредственно в камере фотоэлектронного спектрометра при вакууме 10-7 Юп" и напряжении 1000 вольт в точке.
Таблица 3
Материал для модифицирования стали Параметры шероховатости
Среднее арифметическое отклонение профиля Ra, мкм Высота неровностей профиля по десяти точкам Rz, мкм Средний шаг неровностей профиля Sm, мкм
Без покрытия (исходный) 0,050 / 0,063 0,290 / 0,364 2,47 / 3,96
Без покрытия (после триботехниче-ских испытаний) 0,055 / 0,340 0,248 / 1,420 13,50 / 23,39
Серпентинит 0,179 / 0,419 0,811 / 1,980 1,07 / 12,42
Металлосилоксан 0,050 / 0,102 0,490 / 0,705 2,19 / 3,35
Алюмосиликат, модифицированный металлосилоксаном 0,016 / 0,041 0,122 / 0,385 1,30 / 1,57
Примечание. В числителе приведено значение параметра по направлению вращения образца, в знаменателе — перпендикулярно направлению вращения образца.
Полученный состав металлокерамической пленки на глубине до 100 нм выражается в атомных процентах:
- при упрочнении металлосилоксановым полимером: Fe = 34.2, О = 49.9, С = 14.6, N = 0.6, Са = 0.7;
3) при упрочнении алюмосиликатом, модифицированным металлосилоксаном: О = 45.6, Бе = 21.2, А1 = 18.7, С = 10.7, 81 = 2.9, Са = 1.1, N = 0.5.
Высокое содержание углерода, кремния и алюминия свидетельствует об образовании антифрикционного металлокерамического покрытия.
Таким образом, модифицирование шеек коленчатого вала дизеля металлосилоксаном и алюмосиликатом, модифицированным металлосилоксаном, позволяет повысить износостойкость стали и трибосопряжения «шейка вала - вкладыш подшипника» не менее чем в 3 раза. По мере увеличения температуры подогрева масла эффект от модифицирования стали возрастает: уменьшаются величины скорости изнашивания как стали так и трибосопря-жения в целом.
Исследование выполнено при поддержке ДВФУ, проект №14-08-03-8_и
Список литературы 1. Леонтьев Л.Б., Шапкин Н.П., Леонтьев А.Л., Токли-кишвили А.Г. Оптимизация состава минеральных и органоминеральных материалов для модифицирования поверхностей трения деталей машин // Металлообработка, 2012, №4. - С. 74-78.
2. Пат. РФ 2487192 (опубл. 2013). Способ получения антифркционной композиции.
3. Пат. РФ 2484179 (опубл. 2013). Способ получения металлокерамического покрытия.
4. Погодаев Л. И. К механизму взаимодействия природных слоистых гидросиликатов с поверхностями трения. / Л. И. Погодаев, Е. Ю. Крюков, В. В. Усачев // Проблемы машиностроения и надежности машин. - 2009. - № 5. - С. 71-81.
5. Ponomarenko A.G., Burlov A.S. The research of mechanochemical reactions in lubricant composition based on polyorganosiloxanes containing azomethine metal complexes // IV International Conference «Fundamental Bases of Mechanochemical Technologies». «FBMT 2013». Novosibirsk, 2013. - P. 187.
СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ СПОСОБОВ ПЕРЕРАБОТКИ И ХРАНЕНИЯ ПЛОДОВ
МАЛИНЫ
Лучина Наталья Александровна
Канд. техн. наук, доцент кафедры сервиса и организации коммерческой деятельности НГУЭУ, г. Новосибирск
Для переработки используют определенные сорта малины. Ягоды должны быть крупными, с мелкими семенами, иметь глубокий красный цвет, характерный вкус, интенсивный аромат. При замораживании плоды малины должны сохранять свою форму и не выделять сок.
Для любого способа переработки ценятся свеже-убранные зрелые, здоровые ягоды культурных сортов малины.
Традиционно малина перерабатывалась методом тепловой сушки. Более современными способами переработки малины является сублимационная сушка, а также быстрое замораживание. Производство компотов и соков применительно к малине довольно ограничено.
При любом способе переработки важно свести к минимуму потери, в том числе биологически активных веществ, что возможно при исключении, или существенном торможении основных биохимических и микробиологических процессов. Инактивация ферментов и торможение развития микроорганизмов в сырье может достигаться разными способами: воздействием высоких температур, обезвоживанием, применением антисептиков и консервантов. Приостанавливаются физиологические процессы и деятельность микроорганизмов при быстром замораживании сырья при температуре минус 35оС и ниже.
Любой способ переработки малины в той или иной степени вызывает изменения в составе биологически активных веществ (витаминов, Р-активных соединений и др.).
Малину наряду с черной смородиной сушат чаще других ягод. Высушенная при температуре не выше 60-70оС малина содержит 23 -24 мг% витамина С. При сушке в потоке горячего воздуха благодаря быстрому доведению температуры до 70оС и сокращению времени обработки в малине содержится около 50 мг% витамина С. Одним из методов, сохраняющих витамин С, является предварительное кратковременное повышение температуры до 110-140оС, что надежно инактивирует ферменты. Одновременно такая обработка дает возможность лучше сохра-
нить Р-активные вещества, в том числе антоцианы. Наиболее привлекательна для малины сублимационная сушка [1], которая позволяет сохранить не только внешний вид, объем, натуральный цвет, но и до 90% аскорбиновой кислоты. Однако промышленного распространения этот способ сушки малины в России не получил, так как требует больших капиталовложений. Варка варенья из малины широко распространена. Прогревание ягод в сахарном сиропе инактивирует ферменты и надежно уничтожает микроорганизмы, особенно если концентрация сахара в сиропе доведена до 65%. Однако длительная варка для удаления излишней воды приводит к разрушению витаминов, антоцианов, улетучиванию ароматических веществ. Обычно при варке варенья разрушается 25-50% исходного количества витамина С. Довольно сильно разрушается, и фолиевая кислота при варке малины, - даже при осторожной варке удается сохранить не более 50 % исходного содержания. Гораздо лучший результат достигается при варке варенья в вакуум-аппаратах [4; 11;28].
В составе компотов из малины после 6 месяцев хранения было 9-10 мг% витамина С и 110-170 мг% витамина Р (преимущественно антоцианов) [5]. Хуже сохраняются витамины при производстве консервов типа ягоды в собственном соку.
При изготовлении соков характерна потеря микроэлементов и Р-активных веществ, значительная часть которых остается в мезге (отжатой мякоти). Используемые способы осветления также приводят к потере этих веществ. Поэтому из малины целесообразнее получать сок с мякотью или нектар, для чего протертую мякоть с добавлением небольшого количества воды и сахара подвергают пастеризации или стерилизации.
Замораживание как метод консервирования применяется более 100 лет. Оно получает все большее распространение благодаря совершенствованию техники и технологии, а также тщательному отбору замораживаемого сырья.
