Концепция создания ингибиторов коррозии с использованием нанотехнологических подходов Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

Наноинженерия в лесном машиностроении и техническом сервисе

Экспериментальные исследования по определению противоизносных свойств смазочных композиций были проведены на стандартной машине трения типа «Амслер-МИ». Схема трения «колодка-ролик», обеспечивающая постоянную величину коэффициентов взаимного перекрытия и площади соприкосновения независимо от износа.

Объекты испытаний: контрольный образец - масло ТМ-5-18 (I), опытный - 90 % масло ТМ-5-18+10 % БЭКК (II). Результаты испытаний представлены на рис. 2 [6].

Анализ результатов показал высокую защитную эффективность полученных органических наноматериалов за счет наномодифицирования поверхностей трибосопряжений, скорость изнашивания при нормальной нагрузке в 150 кгс уменьшилась в 10 раз. Таким образом, нанотехнологические добавки в смазочные материалы могут быть использованы для управления их свойствами на молекулярном уровне. Это управление основано на процессах самосборки и самоорганизации.

Библиографический список

1. Гайдар, С.М. Характеристика и показатели наноматериалов для снижения износа деталей сельхозмашин / С.М. Гайдар // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 2009. - № 12. -С. 20-22.

2. Гайдар, С.М. Характеристика и показатели наноматериалов / С.М. Г айдар // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 2010. - № 2. - С. 26-28.

3. Присадка к смазочным маслам: пат. 2368647. Рос. Федерация: МПК С10М141/12 / С.М. Гайдар, В.А. Лазарев.; заявитель и патентообладатель Гайдар С.М. - № 2008122012/04; заявл. 03.06.08.; опубл. 27.09.09. Бюл. № 27. - 4 с.

4. Присадка к смазочным материалам: пат. 2375417. Рос. Федерация: МПК С10М141/12 / С.М. Гайдар, В.А. Лазарев; заявитель и патентообладатель Гайдар С.М. - № 2008122011/04; заявл. 03.06.08; опубл. 10.12.09. Бюл. № 34. - 4 с.

5. Ахматов, А.С. Молекулярная физика граничного трения / А.С. Ахматов. - М.: Физматгиз, 1963. - 472 с.

6. Гайдар, С.М. Применение нанотехнологий для повышения надежности машин и механизмов / С.М. Гайдар // Грузовик. - 2010. - № 10. - С. 38-41.

КОНЦЕПЦИЯ СОЗДАНИЯ ИНГИБИТОРОВ КОРРОЗИИ

с использованием нанотехнологических подходов

С.М. ГАЙДАР, доц. каф. ремонта и надежности машинМГАУ им. В.П. Горячкина, д-р техн. наук, Р.К. НИЗАМОВ, асп. каф. ремонта и надежности машин МГАУ им. В.П. Горячкина,

М.И. ГОЛУБЕВ, асп. каф. технологии машиностроения и ремонта МГУЛ

Такие физико-химические процессы, как электрохимическая и химическая коррозия, происходят на границе раздела фаз твердое тело-жидкость и твердое тело-газ.

Любая гетерогенная система обладает поверхностью раздела фаз и характеризуется поверхностной энергией. Возможность изменять поверхностную энергию позволяет влиять на эти процессы.

Существуют сложные органические молекулы, в которых каждый атом, каждая группа атомов играет индивидуальную роль. В результате адсорбции таких молекул из раствора на поверхности понижается поверхностная энергия. Такие молекулы называют поверхностно-активными [1].

avtokon93@yandex.ru

Уравнение Гиббса характеризует меру способности понижать свободную поверхностную энергию на данной поверхности раздела

Г _ с d а RT dc

где Г - концентрация адсорбируемых молекул на единице площади;

R - универсальная газовая постоянная;

T - абсолютная температура; с - концентрация молекул в растворе; da / dc - производная поверхностной энергии по концентрации.

Процесс адсорбции молекул на поверхности осуществляется за счет электростатического и ванн-дер-ваальсовских взаимо-

140

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 7/2012

Наноинженерия в лесном машиностроении и техническом сервисе

действий, водородных и координационных связей.

В физико-химической системе раствор поверхностно-активных молекул - поверхность твердого тела наблюдается явление «самосборка». Т.е. формирование упорядоченной структуры в виде насыщенного мономолекулярного слоя молекул на поверхности из раствора, где они совершали хаотическое движение, без внешнего воздействия [2].

Для получения поверхностно-активных молекул используется ступенчатый синтез, что дает возможность получить молекулы строго контролируемой структуры и размеров. Он представляет собой многократно повторяемую последовательность реакций многофункциональных мономеров.

В нашем случае были использованы следующие мономеры [3]:

- карбоновые кислоты RCOOH, где R - гидрофобный радикал (СН3-СН2-СН2-)п, имеющий пилообразное строение,

- моноэтаноламин - ^NR/OH, где ^-(-СН2-СН2-).

Для «сшивки» молекул использована борная кислота H3BO3, структурная формула которой

НО

B — OH.

HO

Ступенчатый синтез молекулы ингибитора коррозии осуществляется по схеме (рис. 1) [1].

Далее реакция происходит аналогично, размер молекулы удваивается на каждой стадии за счет «сшивки» двух гидроксильных групп (-ОН) молекулой

НО

B — OH.

HO

В результате синтеза получено органическое соединение с ассиметричной молекулярной структурой, содержащее гидрофобный радикал и гидрофильную часть - борат этаноламида карбоновой кислоты (БЭКК). Молекула содержит два вида функциональных групп: амидную (-СОНК-) и гидроксильную (-ОН), которые обуславливают адсорбционную активность (рис. 2).

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 7/2012

141

Наноинженерия в лесном машиностроении и техническом сервисе

Таблица

Результаты электрохимических измерений на стали Ст.3, покрытой пленками И-20А с БЭКК, в 0,5 М растворе NaCl

Исследуемая композиция Электродный потенциал (-Е ), В Плотность коррозионного тока (i ), А/м2 4 кор7’ Катодная постоянная Тафеля bk, мВ Анодная постоянная Тафеля b , мВ а/ Скорость коррозии ^э/х-Щ кг/м2ч Защитный эффект Z, %

Масло И-20А 0,47 0,063 100 60 0,670 -

Масло И-20А + 20 % БЭКК 0,06 0,020 100 100 0,207 69

Рис. 2. Схема адсорбционного слоя на поверхности металла: о - ионы кислорода О2 , • - ионы металла Me2+,------------водородная связь, ^ - координационная связь

142

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 7/2012