CC BY
67
УДК 532.66 : 532.528 : 621.923
И. И. Артемов, В. Д. Кревчик, А. В. Соколов, Н. П. Симонов, Н. Е. Артемова
ОСОБЕННОСТИ АЛМАЗНОГО ШЛИФОВАНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ТВЕРДОГО И ХРУПКОГО МАТЕРИАЛОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ НАНОЧАСТИЦ В СМАЗОЧНО-ОХЛАЖДАЮЩЕЙ ЖИДКОСТИ
Аннотация. Рассмотрен кавитационный механизм наноструктурирования поверхностного слоя деталей, содержащего микротрещины, в условиях импульсных волн напряжений, возникающих в результате ударного взаимодействия алмазных зерен с обрабатываемой поверхностью. Показано, что чем уже спектр вибрационных колебаний, тем более эффективно влияют импульсные волны напряжений на звукокапиллярный эффект. Теоретически исследован один из возможных механизмов образования кластеров из наночастиц в объеме микротрещин поверхностного слоя детали, связанный с 2.0-диссипативным туннелированием электронов через потенциальные барьеры окисной пленки наночастиц. Экспериментально подтверждена возможность управления качественными характеристиками поверхностного слоя при шлифовании ферритов путем использования технологической жидкости, модифицированной наночастицами металла.
Ключевые слова: кавитация, микротрещины, наночастицы, звукокапиллярный эффект, диссипативное туннелирование, ферриты.
Abstract. The article considers a cavitational mechanism of nanoconstructing a component’s surface layer with microcracks in conditions of implse stress waves appearing as a result of shock interaction of single-point diamonds with processed surface. It is shown that the narrower is the oscillation spectrum, the more effective is the influence of impulse stress waves on acoustocapillary effect. The researchers have theoretically investigated one of the possible mechanisms of cluster formation from nanoparticles in the microcrack capacity of the component’s surface layer, connected with 2D-dissipative tunneling of electrons through potential barriers of nanoparticle’s oxide film. The authors experimentally prove the possibility of controlling quality characteristics of the surface layer during ferrite grinding through application of the process liquid modified with metal nanoparticles.
Key words: cavitation, microcracks, nanoparticles, acoustocapillary effect, dissipative tunneling, ferrites.
Введение
Как известно [1, 2], процесс шлифования существенно влияет на физико-химические свойства поверхностного слоя деталей машин, управление которыми представляет собой одну из актуальных проблем технологии машиностроения. Перспективным в данном направлении является использование нанотехнологий для модификации свойств технологической жидкости
[3], что позволяет в ряде случаев повысить эффективность ее воздействия на процесс резания при шлифовании. Так, например, введение наночастиц металла в состав технологической жидкости приводит к уменьшению величины силы резания при шлифовании, при этом возрастает коэффициент шлифования материала и повышается эффективность процесса обработки [3]. Тем не менее механизм влияния такой модифицированной технологической жидко-
сти на качество поверхностного слоя деталей машин остается открытым. В настоящей работе предлагается кавитационный механизм воздействия наночастиц металла на поверхностный слой деталей машин, содержащий микротрещины, который может иметь место в случае как упругих, так и хрупких материалов. Рассматривается также одна из возможных моделей взаимодействия наночастиц в объеме микротрещин поверхностного слоя, физическую основу которой составляет представление об электронном обмене между наночастицами посредством 2,0-диссипативного туннелирования через окисные барьеры контактирующих наночастиц. Приводятся также результаты эксперимента по влиянию модифицированной наночастицами металла технологической жидкости на качественные характеристики поверхностного слоя фер-ритовых деталей, а также на их эксплуатационные свойства.
Кавитационный механизм воздействия наночастиц металла на поверхностный слой деталей машин, содержащий микротрещины
Как показывают эксперименты [1], достаточно высокая скорость вращения круга при шлифовании приводит к интенсивной кавитации технологической жидкости в зоне контакта круга с обрабатываемой заготовкой. В результате ударного взаимодействия алмазных зерен с обрабатываемой поверхностью образуются импульсные волны напряжений, которые распространяются по алмазным зернам и связке, а затем передаются в жидкость. По этой причине в зоне обработки технологическая жидкость совершает колебательные движения с достаточно высокой частотой, что способствует активному развитию кавитационных процессов. Схлопывание кавитационных пузырьков вблизи поверхностного слоя приводит к образованию кумулятивных струй, которые стимулируют проникновение технологической жидкости с наночастицами в объем микротрещин. Теоретический анализ изменения эффективного модуля Юнга наноструктурированной части поверхностного слоя металла Е2 показал, что чем уже спектр вибрационных колебаний, тем более эффективно влияют импульсные волны напряжений на звукокапиллярный эффект. Действительно, можно показать, что добавка в Е2, связанная с наличием импульсных волн напряжения, пропорциональна функции вида
3 Р3/2 •
F (Р) = 4 + ^-----Р----е------------------------------, (1)
2 ^(1-ф(#))+#е-р
e
где Р = (о>о / л/2о)2 ; ю0 - наиболее вероятная частота вибрационных колебаний; о - дисперсия частоты; Ф(x) - интеграл ошибок [4].
В случае малой дисперсии (о^0, Р>>1), учитывая, что
л/я (1 -Ф(x))/2 |х| >>1 = e-* /2x [4], получим F(Р) = Р , а в случае большой
дисперсии (а^го, р<< 1), учитывая, что Ф(х)
|х|<<
_ 2 I—
1 = 2 х • е х /V л ,
имеем
3 2 3/2
F (Р = —|_^=Р [4]. Таким образом, наибольший эффект достигается при
2
достаточно узком спектре вибрационных колебаний. Одним из возможных
механизмов образования кластеров из наночастиц в объеме микротрещин может быть термостимулированное 2D-диссипативное туннелирование электронов через барьеры окисных пленок наночастиц с учетом диполь-дипольного взаимодействия между зарядами.
Рассмотрим два заряда, которые туннелируют в двух независимых двухъямных потенциалах и(д1) и и(), представляемых как [5]:
и (д ) =1 ю2 ( + а )2 0(-дг-) +
0(д*), /■ = 1,2, (2)
где сумма а + Ь определяет длину «связи» в соответствующем фрагменте 1 2 12 2\
макрокластера; Д1 = ю (Ь - а ) является смещением (параметром асимметрии потенциала); 0(дг-) - ступенчатая функция; ю - частота.
Масса частицы входит в определение д (формально полагаем массу равной 1 так же, как кд и Й).
Взаимодействие между двумя зарядами рассматривается в диполь-дипольном приближении:
и( д2 ) = ^-|( -д2 )2, (3)
где а является положительной константой.
Таким образом, полная двумерная поверхность потенциальной энергии
2
для случая параллельного туннелирования, нормированная на ю , задается соотношением
ир {д1, д2 )= ”Р ( 2-^ = (д1 + а)2 0(д1 )+ -(Ь2 -а2) + (д1 -Ь)2 0(д1 ) +
ю
Г “I *
+( + а2)0(-д2)+ -(Ь2-а2) + (д2-Ь)2 0(д2)-0г((1-д2)2, (4)
где а* = 2а / ю2 является безразмерным параметром (а* < 1); а - е2/(£^0), ^0 - интервал между координатами реакции д1 и д2 туннелирующих частиц.
Во многих практически значимых случаях необходимо учитывать эффект влияния термостата на туннелирование частиц.
Адиабатический туннельный диссипативный перенос оказывается очень важным в различных физических и химических процессах [5]. Существенный интерес представляет рассмотрение двухчастичного туннельного диссипативного переноса зарядов с учетом взаимодействия между ними. Так, например, двухпротонный перенос может характеризоваться кооперативным одновременным туннелированием двух частиц и сопровождаться электронной «перестройкой», формирующей и разрушающей химические связи.
Две частицы независимо взаимодействуют с гармоническим термостатом. Такое взаимодействие рассматривается в билинейном приближении. Динамика среды описывается осцилляторным гамильтонианом
Н
(5)
Каждая из туннелирующих частиц (электронов или эффективных зарядов) взаимодействует с осцилляторным термостатом следующим образом:
Вероятность переноса частицы в единицу времени, точнее говоря, ее экспоненциальная часть, может быть записана в форме Лангера
При таком рассмотрении метастабильные уровни могут быть представлены как
Следует подчеркнуть, что соотношение (7) справедливо только для температур ниже температуры перехода, тогда как для более высоких температур требуется другой множитель.
Уравнение (7) получается обобщением выражения (8) на ненулевые температуры [5]:
Здесь / обозначает уровни энергии метастабильного состояния, Z является статистической суммой системы, Т - температура. Для вычисления Г удобно представить Z в форме интеграла по траекториям [5]
Здесь 5 обозначает подбарьерное действие для всей системы. Мнимая часть 1т Z появляется благодаря распадности энергетических уровней в исходной яме потенциальной энергии. Справедливость этого приближения требует, чтобы диссипация была достаточно сильной, так что реализуется только некогерентный распад. Наличие мнимой части в статистической сумме с двухъямным потенциалом может быть также объяснено благодаря достаточно сильной диссипации термостата. В самом деле, туннелирующие частицы не возвращаются назад в их исходное состояние. Когерентные осцилляции могут происходить, если взаимодействие с бозонами оказывается достаточно слабым или термостат находится в неравновесном состоянии.
Интеграл в (10) может быть взят по фононным координатам, в результате
урірк («1,0- ) = , Г?-рк «20 ) = Ч2ЪС& ■ <6>
(7)
Г = -21тЕ, Е = Е0-/Г/2.
(8)
(9)
Z =
ПI В4\П42 ехР [-5 {ь ^ 0}]
(10)
5 { 42 }= | ^ + ■“ 42 + У (Ч!, 42 ) +
-Р/2
р/2
+ J dx'D(x-x')[^i (х) + q2 (х)]X[qj (х') + q2 (х')] -р/2
(11)
где
D(х) = р Е D(vn )ехР( VnX)
(12)
Р = Й / [кдТ) - обратная температура (ниже предполагаем, что Й = 1 и кд = 1); уп = 2пп / Р является мацубаровской частотой;
C 2
D(vn ) = -Е-2-Т-2-
i —i + vn
(13)
Траектория, которая минимизирует евклидово действие S, может быть найдена из уравнений движения.
В случае параллельно туннелирующих частиц (потенциальная энергия
(4)) результирующее евклидово действие задается следующим образом [5]:
2 1 —2/ а , и\2( х ,х \2 - ( + b) (х1 -х2 )
S = 2a(а + b)(х1 +Х2)- --— (а + b) (Х1 + Х2) - . .
Р (—2 -2а)
2—4 (а + b )2
n=1
(sin Vnx1 + sin Vnx2 ) )sin vnX1 - sinvnX2 )2
vn (+—2+^n
vn (+—2 -2а
(14)
Ниже используем следующие обозначения:
£ = Є —
= (1 -Х2 ) — Х = 2х*—= ( +Х2 )
Р*=Рю/2, а* = 2а/ю , Ь* = Ь /а,
и предполагаем, что Ь > а . В отсутствие взаимодействия с осцилляторами среды - термостата, т.е. при Ъ>п = 0, действие (14) как функция параметров є и х принимает вид
S =
2
(а + b) — \ 4ах х ^
а + b а + b
1 \ (х-ієі)а* *
1 + —— | + ^+ coth Р*-
1 -а
1 -а
- sinh-1Р*
-</) (*-х)
cosh(* -xjcoshє + cosh(* -х)-cosh(* -|є||
-3/2
- coth I Рл/ 1 -а* I + sinh 1| Рл/1 -а* | X
coshI єл/1 -а* |-1
+ cosh
(Р*-|є|))
-а
■•(15)
sinh є
При этом уравнения движения можно представить в виде
1 sinh { е>/1 -а*
cosh хcoth Р - sinh х- coth Р
If
-а
cosh I х V1 -а* |X
XcothI Р*л/1 -а* |-sinh| W1 -а* | + coth| Р*л/1 -а*
Р*л/1
= 0,
3--
*17^ *1 ^
1 + b 1 -а
■ + cosh є
sinh х coth Р* - cosh х -1
+ sinh х coth Р* - cosh х +
1
+-*coshI Є\/ 1-а'
1 -а*
1 - а* j sinh | х^І 1-а* j coth ^ Р* yj 1-а* jj-cosh ^ х^ 1-а* jj + 1
1 *
1 -а
sinh ^ W1 -а* j coth ^ Р*>/ 1 -а* jj - cosh ^ W1 -а* j
= 0. (16)
Простые аналитические решения уравнений (16) получаются в частном случае, когда
2
= (1 -х2)—= 0, УР, а<— /2,
х1 = х2 = — = —arcosh 1 2 2— 2—
1-b. , Р— ------sinh—
1 + b* 2
+ р.
4
(17)
Однако полный анализ требует численного исследования.
При достаточно низких температурах юР >> 1, при 1 < Ь / а < 3 и
Ь - а 2а * 2 (Ь - а)
< —г < а, = - ’
2 ( + а) —-получим с экспоненциальной точностью
4 1
3b - а
expI -хл/1 -а
л/b
3 -
*17^ *1 ^
1 + b 1 -а
* а/
11 -а ) 1 X
X Л + (1 -
I1 -а’)
1/|1-л/1-а
1 ^
1 -а
+ I 3 -
1+^ Т-1^^ И1
exi
Р (-є) =
3-
exp I W1 -а* | +-------1—*
1 -а*
Решение (18) справедливо при
Р>Р =
хл/1-а
—
(18)
(19)
Приближенное решение может быть также найдено и для больших значений параметра Ь* (малых а*). Проведенный анализ показывает, что не
существует решений уравнений (16), полученных по теории возмущений при низких температурах и малых е.
При е = 0 (17) действие (15) приобретает вид
Таким образом, получена аналитическая формула для двухчастичного евклидового действия в случае синхронного параллельного движения взаимодействующих частиц.
Помимо всегда существующего решения Т1 = ^2, с ростом Р появляются дополнительные решения Х1 Ф х2, изображенные на фрагментах Ь и с (рис. 1). Фрагмент Ь на рис. 1 выявляет единичное дополнительное решение, соответствующее меньшему значению евклидового действия. Фрагмент с показывает два различных дополнительных решения, одно из которых соответствует наименьшему значению действия.
При еФ 0 соответствующее действие S может быть получено подстановкой (18) в (15). Можно показать, что £еФ0 < £е=0 . Более того, оказывается, что разница Д£ = £еф0 - £е=0 имеет максимум при юР » 1.
Туннельные траектории представляются решениями (17) и (18). В критической точке Р = Рс, определяемой соотношением (19), происходит относительно резкое изменение в туннельной динамике, проявляющееся в отщеплении от единичной траектории (е = 0) двух туннельных траекторий (еФ 0),
как показано на рис. 2. При этом решение для единичной синхронной траектории существует во всем диапазоне температур для случая симметричного
потенциала (Ь* = 1).
Для одночастичного туннелирования существует только одна туннельная траектория (инстантон), минимизирующая действие. Для двух взаимодействующих туннелирующих частиц существуют два различных типа под-барьерных траекторий. А именно основной вклад в инстантонное действие определяется либо единичной, либо двукратно вырожденной траекторией в зависимости от величины параметра Р . Можно отметить, что в случае параллельного туннелирования при Р> Рс частицы не одновременно проходят
5є=0 =ю(Ь2 - а2 )агоо8Ь
(2 - а2 ) + ю(Ь + а)2 х
X 008Ь— 2
\1/2
(20)
В симметричном случае (Ь* = 1) действие (20) приводится к виду
(21)
При Ь* > 1 характер температурной зависимости оказывается анало-
гичным.
верхушки барьера, Ф . Это означает, что туннельный перенос оказывает-
ся асинхронным.
(т^+Тз)«) а -Г ,Т1.
+' ✓ ✓ г "(
• . __ (т, - х^оо
°0 1 2 3 4 5 б
(г, -Ъ,)«)
('С1+х2)оо с (? ~~Г
А ■—- •• ч 1 (Х[ -т;2)св
Рис. 1. Иллюстрация численных решений трансцендентных уравнений (16)
При малых величинах параметра взаимодействия а* (18) и при температурах, отвечающих условию Р<РС (19), не существует расщепления единичной траектории (д = д2). Следовательно, частицы проходят верхушки барьера по своим координатам туннелирования в один и тот же момент времени (Х1 = х2). В результате перенос частиц оказывается синхронным.
Тип взаимодействия, задаваемый соотношениями (3) и (4), оказывается таким, что не воздействует на движение вдоль координаты «центра масс», д = ^2. По этой причине евклидово действие оказывается независимым от параметра взаимодействия, как для случая параллельного переноса. Поскольку энергетически выгодным (обеспечивающим минимум действия) оказывается состояние взаимодействующей системы с максимальной величиной относительной координаты, д =-^2, становится ясно, почему для параллель-
ного переноса по «отщепленным» траекториям величина действия уменьшается с ростом величины параметра взаимодействия, а для антипараллельного переноса, наоборот, увеличивается. Для антипараллельного переноса наиболее выгодным оказывается синхронное движение по единственной двумерной траектории (Х1 = Х2), а асинхронный перенос является невыгодным, поскольку он дает больший вклад в квазиклассическое евклидово действие.
Рис. 2. Двумерные туннельные траектории (основная (е = 0) и отщепленные (£Ф 0)) при юР >> 1 для случая параллельно движущихся частиц: 1-4 - проекции минимумов потенциальной энергии 4
Таким образом, проведенное рассмотрение выявило довольно сложную тонкую структуру перехода для параллельного и антипараллельного туннелирования двух частиц с различными вырожденными подбарьерными траекториями, приводящими к квантовым биениям и бифуркациям.
Эксперимент
В данном разделе представлены экспериментальные результаты исследования влияния наночастиц в составе технологической жидкости на показатели процесса шлифования и на качественные характеристики поверхностного слоя ферритовых деталей, а также на их эксплуатационные свойства.
Исследования проводились на плоскошлифовальном станке 3Г71М. Образцы из феррита марки 10000НМ размерами 43^15^7,5 мм закреплялись в специальном приспособлении, которое устанавливалось на магнитной плите станка. Шлифование выполнялось алмазными кругами различной зернистости на связке М2-01 с концентрацией алмазов 100 %.
Шлифование производилось с использованием двух составов технологической жидкости. Первая партия ферритовых образцов шлифовалась с подачей для охлаждения зоны резания водного мыльно-содового раствора (концентрация мыла составила 0,5 %, а кальцинированной соды - 3 %). Расход жидкости составлял 5 л/мин.
При шлифовании второй партии образцов для охлаждения зоны резания применялась техническая вода с добавлением наночастиц меди и жидкого мыла в качестве ПАВ. Концентрация наночастиц в водном растворе составляла 100 г/л, а мыла 0,5 %. Расход жидкости составлял 3 л/мин.
Для измерения мощности, потребляемой электродвигателем привода станка, к электрической цепи станка подключался ваттметр. Измерения проводились на каждой из трех фаз электродвигателя поочередно для образцов, обрабатываемых с использованием технологической жидкости с наночастицами, и для образцов, шлифуемых с использованием водного мыльносодового раствора. Для определения суммарной мощности, потребляемой электродвигателем станка при шлифовании, показания всех трех фаз суммировались. Результаты измерений приведены в табл. 1.
Таблица 1
Результаты измерения мощности привода станка при шлифовании
Зернистость 2 шлифовального материала круга, мкм Мощность, потребляемая приводом станка при шлифовании с охлаждением мыльносодовым водным раствором, Вт Мощность, потребляемая приводом станка при шлифовании с охлаждением технологической жидкостью с наночастицами меди, Вт
125/100 627 564
100/80 620 546
80/63 618 540
Анализ данных, приведенных в табл. 1, показывает, что мощность, потребляемая приводом станка при шлифовании с использованием технологической жидкости с наночастицами, снижается за счет уменьшения коэффициента трения между рабочей поверхностью шлифовального круга и материалом обрабатываемой детали.
Снижение мощности, потребляемой приводом станка при использовании для охлаждения зоны резания технологической жидкости с наночастицами, при прочих равных условиях означает снижение силы резания, а следовательно, и тепловыделения при шлифовании. Известно, что стойкость инструмента возрастает при уменьшении силы резания. Поэтому применение наночастиц в составе технологической жидкости приводит к повышению стойкости инструмента, что особенно важно при шлифовании сложнопрофильных поверхностей деталей фасонными кругами, так как стабилизируются точностные параметры обработанных деталей.
После шлифования ферритовых образцов производили измерения шероховатости обработанных поверхностей на профилометре-профилографе модели «Сейтроник ПШ8-4 (С.С.)».
Результаты измерений приведены в табл. 2, а профилограммы поверхностей представлены на рис. 3, 4.
Полученные результаты показывают, что применение наночастиц в составе технологической жидкости позволяет снизить шероховатость до 12 % по сравнению со шлифованием с применением для охлаждения водного мыльно-содового раствора. Это можно объяснить снижением локальных значений модуля Юнга на обрабатываемой поверхности и заращиванием микротрещин наночастицами меди.
Таблица 2
Результаты измерения шероховатости поверхности Яа образцов после алмазного шлифования
Зернистость шлифовального материала круга 2, мкм Шероховатость Яа, мкм, поверхности образцов при шлифовании с охлаждением мыльно-содовым водным раствором Шероховатость Яа, мкм, поверхности образцов при шлифовании с охлаждением технологической жидкостью с наночастицами меди
125/100 1,1 0,95
100/80 0,76 0,64
80/63 0,65 0,59
О 200 400 600 800 1 000 1 200 1 400 1 600 1 800 2 000 2 200 МКМ
Яа Иглах Вх Бт ,5
0,981 5,117 4,962 152,00 21,747
Р 5% 10% 15% 20% 25% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90%
1р,У° 0,0 1Л 4,7 7,8 15,0 27,9 48,3 65,7 76,3 82,5 87,7 91,7
Рис. 3. Профилограмма исходной поверхности образца из феррита до шлифования
у- "1
МКМ...............і...........і.........-...........і...........і..........і...........і..........і..........і...........:..........:....... .
О 200 400 600 800 1000 1200 1 *00 1600 1800 2000 2200 /.МКМ
Яа Ятах Яг Бш Б
0,76 5,024 4,097 89,52 21,119
0,64 4,201 3,671 88,28 20,621
Р 5 % 10 % 15 % 20 % 25 % 30 % 40 % 50 % 60 % 70 % 80 % 90 %
ґю% 0,0 0,8 1,0 1,3 1,8 2,2 16,0 36,5 53,0 68,7 79,8 93,0
гв,% 0,0 1,2 3,3 7,0 15,7 25,3 52,3 71,5 85,8 92,2 95,8 97,6
Рис. 4. Профилограммы поверхностей образцов из феррита после шлифования алмазными кругами (зернистость 2 = 100/80). Серым фоном выделена профилограмма поверхности после шлифования с применением для охлаждения зоны резания технологической жидкости с наночастицами меди
Для оценки качества поверхности образцов из феррита после алмазного шлифования было проведено исследование структуры поверхности образцов на металлографическом инвертированном микроскопе МЕТАМ ЛВ-31. Фотографии поверхности при 500-кратном увеличении с топографией отдельных фрагментов поверхности на атомно-силовом микроскопе 8БМ приведены на рис. 5-7.
а) б)
Рис. 5. Фотография (а) исходного микрорельефа и топография (б) фрагмента поверхности образца из феррита до шлифования
а) б)
Рис. 6. Фотография (а) исходного микрорельефа и топография (б) фрагмента поверхности образца из феррита после шлифования с применением мыльно-содового водного раствора
Рис. 7. Фотография (а) исходного микрорельефа поверхности и топография (б) фрагмента поверхности образца из феррита после шлифования с охлаждением зоны резания технологической жидкостью с наночастицами
Полученные фотографии и топографии поверхностей образцов свидетельствуют о снижении числа микротрещин на поверхности ферритовых образцов после шлифования с использованием наночастиц меди в составе технологической жидкости. Это согласуется с теоретическими исследованиями, приведенными в работе.
Для определения влияния наночастиц меди в микротрещинах шлифованных образцов из феррита на магнитные свойства материала был поставлен эксперимент. Эксплуатационные свойства ферритовых сердечников оценивались величиной напряжения на вторичной обмотке трансформатора при варьировании частоты переменного тока.
При контакте ферритового образца с сердечниками катушек индуктивности при наличии микротрещин на контактирующих поверхностях возникают утечки (краевой поток). Потери в зазоре обусловлены концентрацией магнитного потока в сердечнике и вихревыми токами, генерируемыми в обмотках. Поэтому потери в каждом зазоре способствуют росту суммарных потерь.
Как показали результаты исследований (рис. 8), в диапазоне частот тока до 1,5 МГц значительной разницы в магнитных характеристиках исследуемых образцов не наблюдается. При дальнейшем повышении частоты тока на первичной обмотке в случае использования образцов, которые шлифовались с использованием технологической жидкости с наночастицами, наблюдается увеличение напряжения на вторичной обмотке. Это объясняется тем, что вследствие снижения числа микротрещин увеличивается площадь поверхности контакта и снижаются магнитные потери по сравнению с образцами, обработанными без применения наночастиц. Этот эффект особенно заметно проявляется на высоких частотах, поскольку с ростом частоты вихревые токи возрастают и их влияние на снижение магнитного потока становится более ощутимым.
^вьт
мВ
31
30 29 28 27
0,2 0,7 1,2 1,7 2,2 /МГц
Рис. 8. Зависимость выходного напряжения от частоты тока:
1 - ферритовый образец после шлифования с охлаждением мыльно-содовым водным раствором; 2 - ферритовый образец после шлифования с применением технологической жидкости с наночастицами меди
Проведенный эксперимент также косвенно доказывает, что наночастицы металла, которые остаются в поверхностном слое феррита после шлифования, не оказывают отрицательного влияния на его магнитные свойства.
Проведенные экспериментальные исследования подтвердили теоретические предположения о снижении локальных значений модуля Юнга в поверхностном слое деталей из ферритов при применении наночастиц в составе технологической жидкости в условиях возникающего при шлифовании звукокапиллярного эффекта. Этот технологический метод позволяет повысить качественные характеристики поверхностей деталей из хрупких труднообрабатываемых материалов, повысить их эксплуатационные характеристики путем заращивания сетки микротрещин наночастицами, а также повысить стойкость шлифовального инструмента.
Список литературы
1. Ящерицын, П. И. Кавитационные явления при шлифовании / П. И. Ящери-цын, Э. С. Бранкевич, В.И. Туромша // Изв. АН БССР. Изв. физ.-техн. наук. -1981. - № 4. - С. 67-72.
2. Промтов, М. А. Перспективы применения кавитационных технологий для интенсификации химико-технологических процессов / М. А. Промтов // Вестник ТГТУ. - 2008. - Т. 14, № 4. - С. 861-869.
3. Bin Shen. Performance of novel MoS2 nanoparticles based grinding fluids in minimum quantity lubrication grinding / Bin Shen, Ajay P. Malshe, Parash Kalita, Albert J. Shih, 2008 - V. 36. - P. 357-364.
4. Янке, Е. Специальные функции. Формулы, графики, таблицы / Е. Янке, Ф. Эм-де, Ф. Леш. - М. : Наука, 1977. - 344 с.
5. Кревчик, В. Д. Управляемое диссипативное туннелирование : коллективная моногр. [посв. памяти академика РАН А. И. Ларкина] ; под ред. Нобелевского лауреата Э. Леггетта ; при ред. участии В. Д. Кревчика, М. Б. Семенова, К. Ямамото и др.). Часть 1, 2 / В. Д. Кревчик, М. Б. Семенов, В. Ч. Жуковский, К. Ямамото, Ю. И. Дахновский, Ю. Н. Овчинников, Э. Леггетт и др. - М. : Изд-во физического факультета МГУ им. М. В. Ломоносова, 2009.
Артемов Игорь Иосифович доктор технических наук, профессор, проректор по научной работе и инновационной деятельности, Пензенский государственный университет
E-mail: rectorat@pnzgu.ru
Кревчик Владимир Дмитриевич
доктор физико-математических наук, профессор, заведующий кафедрой физики, Пензенский государственный университет
E-mail: physics@pnzgu.ru
Соколов Алексей Владимирович
аспирант, Пензенский государственный университет
E-mail: physics@pnzgu.ru
Artyomov Igor Iosifovich Doctor of engineering sciences, professor, vice rector for research and innovation, Penza State University
Krevchik Vladimir Dmitrievich Doctor of physical and mathematical sciences, professor, head of sub-department of physics, Penza State University
Sokolov Aleksey Vladimirovich Postgraduate student,
Penza State University
Симонов Николай Петрович
генеральный директор,
ОАО «Пензадизельмаш»
E-mail: physics@pnzgu.ru
Артемова Наталья Евгеньевна кандидат технических наук, доцент, кафедра начертательной геометрии и графики, Пензенский государственный университет
E-mail: ngg@pnzgu.ru
УДК 532.66 : 532.528 : 621.923 Артемов, И. И.
Особенности алмазного шлифования изделий из твердого и хрупкого материалов с применением наночастиц в смазочно-охлаждающей жидкости / И. И. Артемов, В. Д. Кревчик, А. В. Соколов, Н. П. Симонов, Н. Е. Артемова // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. - 2012. - № 4 (24). - С. 145-159.
Simonov Nikolay Petrovich General manager, public corporation “Penzadizelmash”
Artyomova Natalya Evgenyevna Candidat of engineering sciences, associate professor, sub-department of descriptive geometry and graphics, Penza State University
