CC BY-NC
7
A.M. Kuzmin, S.G. Chulkin, A.D. Breki
Investigation of the influence of fluorinated graphene on the regularities of behavior during sliding of steel LUx15 on a porous material
DOI: 10.24937/2542-2324-2021-1-S-I-301-303 УДК 620.178.162:665.76
А.М. Кузьмин1, С.Г. Чулкин2, А.Д. Бреки3
1 АО «ЦКБМ», Санкт-Петербург
2 СПбГМТУ, Институт проблем машиноведения РАН, Санкт-Петербург
СПбПУ Петра Великого, Институт проблем машиноведения РАН, Санкт-Петербург
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ФТОРИРОВАННОГО ГРАФЕНА НА ЗАКОНОМЕРНОСТИ ПОВЕДЕНИЯ ПРИ СКОЛЬЖЕНИИ СТАЛИ ШХ15 ПО ПОРИСТОМУ МАТЕРИАЛУ НА ОСНОВЕ ЖЕЛЕЗА
В работе приведены результаты исследования трения скольжения пористого материала на основе железа, пропитанного смазочным маслом с дисперсными частицами фторированного графена. Получены экспериментальные результаты, показывающие, что с увеличением концентрации агрегатов из чешуек фторированного графена в смазочном масле средняя сила и коэффициент трения снижаются, при этом наблюдается хороший антифрикционный эффект. Ключевые слова: фторированный графен, трение, износ, скольжение, пористый материал, сталь. Авторы заявляют об отсутствии возможных конфликтов интересов.
DOI: 10.24937/2542-2324-2020-1-S-I-301-303 UDC 620.178.162:665.76
A.M. Kuzmin1, S.G. Chulkin2, A.D. Breki3
1 Central Design Bureau of Mechanical Engineering, St. Petersburg
2 St. Petersburg State Marine Technical University, St. Petersburg
3 Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University, St. Petersburg
INVESTIGATION OF THE INFLUENCE OF FLUORINATED GRAPHENE ON THE REGULARITIES OF BEHAVIOR DURING SLIDING OF STEEL ШХ15 ON A POROUS MATERIAL BASED ON IRON
This paper presents the results of a study of sliding friction of a porous iron-based material impregnated with a lubricating oil with dispersed particles of fluorinated graphene. Experimental results have been obtained showing that with an increase in the concentration of aggregates of fluorinated graphene flakes in the lubricating oil, the average force and coefficient of friction decrease, while a good antifriction effect is observed.
Key words: fluorinated graphene, friction, wear, slip, porous material, steel. Authors declare lack of the possible conflicts of interests.
В различных областях промышленности для снижения энергетических потерь на трение и повышения работоспособности и долговечности трибосо-пряжений широко применяется целый ряд смазочных композиций на основе смазочных масел, содержащих присадки конкретного функционального
назначения, в том числе [1]: кондиционеры металлов, реметаллизанты (восстановители) твёрдые смазочные материалы и т.п. Множество смазочных композиций постоянно увеличивается за счёт разработки новых составов, содержащих металлы, бинарные сплавы и химические соединения.
Для цитирования: Кузьмин А.М., Чулкин С.Г., Бреки А.Д. Исследование влияния фторированного графена на закономерности поведения при скольжении стали ШХ15 по пористому материалу на основе железа. Труды Крыловского государственного научного центра. 2021; Специальный выпуск 1: 301-303.
For citations: Kuzmin A.M., Chulkin S.G., Breki A.D. Investigation of the influence of fluorinated graphene on the regularities of behavior during sliding of steel Шх15 on a porous material based on iron. Transactions of the Krylov State Research Centre. 2021; Special Edition 1: 301-303 (in Russian).
А.М. Кузьмин, С.Г. Чулкин, А.Д. Бреки
Исследование влияния фторированного графена на закономерности поведения при скольжении стали ШХ15 по пористому материалу
N
уДИРу J,
v
При создании порошкообразного графена, в силу высокой поверхностной энергии однослойные чешуйки графена соединяются и образуют агрегаты различных размеров и формы, которые легко разрушаются при внешнем воздействии. Исследований жидких смазочных композиций, состоящих из современных смазочных масел, содержащих агрегаты графена в настоящее время мало. В связи с этим в данной работе реализовано исследование влияния агрегатов фторированного графена на трение пористых тел из железа, пропитанных смазочным маслом.
В качестве дисперсионной среды для создания смазочных композиций с высокодисперсными агрегатами фторированного графена использовали базовое смазочное масло марки Kluber Constant GLY 2100.
В качестве наполнителя для данного смазочного масла использовали высокодисперсные агрегаты из чешуек фторированного графена, произведённого в ООО НПО «Графеновые материалы».
Исследованиями установлено, что, углеродный продукт представляет собой многослойные графеновые агрегаты (дефектные слои).
Образцы для пропитки смазочной композицией с агрегатами фторированного графена были получены прессованием из химически чистого порошка железа (углерод - 0,001-0,02%, окислы - 0,1-0,2%, железо - основа) марки АНС 100.29 с размерами частиц 45-212 мкм. Пористость образцов составляла 30%. Геометрические размеры образцов прямоугольной формы составляли 10,5*6*3 мм. Перед испытаниями чистые образцы погружались с базовое масло и смазочные композиции с концентрацией 0,01 и 0,1% по массе фторированного графена на 10 суток для пропитки.
Для реализации сравнительного исследования антифрикционных свойств пропитанных образ-
цов, в условиях трения скольжения по круговой траектории по схеме «ролик - плоскость» была использована универсальная машина трения модели ИИ 5018.
Подвижный образец (ролик) состоял из стали ШХ15, пропитанные образцы были жёстко фиксированы и неподвижны в процессе трения. Трущиеся образцы предварительно приводились в контактное взаимодействие. Смазывание трибосистемы в процессе трения реализовывалось за счёт выдавливания смазочной композиции из пропитанного образца. Контактное взаимодействие подвижного и неподвижного образцов реализовывалось с нормальной силой N = 40 Н. Частота вращения подвижного образца составляла п = 300 мин.1. Диаметр ролика (подвижного образца) составлял 50 мм. Время одного полного испытания составляло 10 минут. Пропитанные образцы прижимались к ролику стороной с площадью 18 мм2.
Анализ действия смазочной композиции показал следующее:
1. При создании смазочной композиции полярно-активные молекулы масла адсорбируются на агрегаты из чешуек фторированного графена.
2. В процессе пропитки в поры приникают агрегаты фторированного графена с адсорбированными на них полярно-активными молекулами масла, часть которых адсорбируется на поверхность внутри пор.
3. При контактном взаимодействии пропитанного образца с цилиндром происходит выдавливание смазочной композиции с агрегатами графена, в результате чего происходит взаимодействие полярно-активных веществ адсорбированных на поверхности графена с поверхностью цилиндра (рис. 1).
4. При относительном перемещении трущихся тел трение снижается, с одной стороны, за счёт наличия полярно-активных молекул масла, а с другой стороны, за счёт слабых связей между чешуйками агрегатов фторированного графена.
5. В процессе изнашивания, наряду с частицами износа в зону трения попадают частицы гра-фена, обладающие антифрикционным действием. В связи с этим, смазочные композиции снижают трение лучше, чем базовое смазочное масло.
6. Повышение концентрации в масле агрегатов фторированного графена не приводит к существенному снижению трения относительно меньшей концентрации, что может быть связа-
Рис. 1. Схематическое представление взаимодействия агрегата графена с поверхностью твёрдого тела через слой полярно-активных молекул смазочного масла
302
Труды Крыловского государственного научного центра. Специальный выпуск 1, 2021
A.M. Kuzmin, S.G. Chulkin, A.D. Breki
Investigation of the influence of fluorinated graphene on the regularities of behavior during sliding of steel Шх15 on a porous material
но с выдавливанием из пор относительно равных объемов смазочного вещества в зону трения, с учётом повышения вязкости [1].
Выводы
На основе проведённого исследования трения скольжения пористого материала на основе железа, пропитанного смазочным маслом с дисперсными частицами фторированного графена можно сделать следующие основные выводы:
1. Закономерности кинетики внешнего трения скольжения пористого материала на основе железа, пропитанного смазочным маслом с дисперсными частицами фторированного графена по поверхности цилиндра из стали ШХ15 имеют сиг-моидальный и сигмоидально-линейный характер.
2. С увеличением концентрации агрегатов из чешуек фторированного графена в смазочном
масле средняя сила и коэффициент трения снижаются.
3. Средний коэффициент трения при добавлении в смазочное масло 0,01% агрегатов из чешуек фторированного графена уменьшается на 32,6%, а при добавлении 0,1% - на 36%.
4. Для пропитки экономически целесообразно использовать смазочное масло с 0,01% агрегатов из чешуек фторированного графена, поскольку существенное повышение концентрации не приводит к ощутимому антифрикционному эффекту.
Список использованной литературы
1. Breki A., Nosonovsky M. Einsteins viscosity equation for nanolubricated friction // Langmuir: the ACS journal of surfaces and colloids. 2018. Т. 34. № 43. P. 12968-12973.
Поступила / Received: 15.11.21 Принята в печать / Accepted: 08.12.21 © Кузьмин А.М., Чулкин С.Г., Бреки А.Д., 2021
