Научная статья на тему 'Оценка влияния антифрикционной добавки «Forum» на процессы изнашивания деталей двигателя легкового автомобиля'

Оценка влияния антифрикционной добавки «Forum» на процессы изнашивания деталей двигателя легкового автомобиля Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

CC BY
164
23
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
УЛЬТРАДИСПЕРСНАЯ ДОБАВКА "FORUM" / ULTRADISPERSIVE ADDITIVE "FORUM" / ФТОРОПЛАСТОВЫЕ ЧАСТИЦЫ / PTFE PARTICLES / ПОЛИМЕРНОЕ ПОКРЫТИЕ / POLYMER COATING / ЧАСТИЦЫ ИЗНОСА / WEAR PARTICLES

Аннотация научной статьи по технологиям материалов, автор научной работы — Рогов Виталий Евдокимович, Бохоева Любовь Александровна, Раднатаров Виктор Цырендоржиевич

В статье представлены результаты влияния антифрикционной добавки «FORUM» на процессы изнашивания деталей двигателя легкового автомобиля. При использовании добавки в процессе эксплуатации на рабочих поверхностях трибосопряжений микроразмерные частицы сферы ультраполитетрафторэтилена трансформируются в полимерное покрытие. Процесс образования полимерного покрытия заключается в следующем: при попадании шарообразных частиц в зазор между сопряженными металлическими поверхностями возникают пластические деформации с потерей объемной формы. Шарообразные частицы трансформируются в плоские чешуйки, которые внедряются в очаговых точках в выступы и впадины поверхности и при этом удаляют имеющуюся там смазочную жидкость. В дальнейшем по мере образования чешуек и закрепления на очаговых точках поверхности осуществляется процесс их соединения в однородное покрытие. По результатам микроскопических исследований рабочих поверхностей двигателя внутреннего сгорания показано, что полимерные покрытия, образующиеся в процессе эксплуатации автомобиля, прочно закрепляются на поверхностях трения в подвижных соединениях. Механизм трения с металла по металлу меняется на полимер по полимеру. Продукты износа фторопластовых покрытий могут участвовать в процессе повторного нанесения покрытий. Наблюдается процесс самоорганизации системы.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по технологиям материалов , автор научной работы — Рогов Виталий Евдокимович, Бохоева Любовь Александровна, Раднатаров Виктор Цырендоржиевич

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

INFLUENCE OF THE ANTI-FRICTION «FORUM» ADDITIVE ON PROCESSES OF THE CAR ENGINE PARTS WEAR

The article presents the results of the impact of anti-friction «FORUM» additive on the processes of wear of the engine parts of the car. When using the additive in the operation on the working surfaces of friction pairs micro-sized particles spheres of ultrapolitetraftoretilena are transformed into a polymer coating. The formation of polymeric coating is as follows: the spherical particles in contact with the gap between the mating metallic surfaces cause plastic deformation with loss of bulk form. Spherical particles are transformed into flat flakes, which are being implemented in the focal points of the ridges and valleys in the surface and remove the lubrication fluid. Subsequently, with the formation of scales and fixation on the focal points of the surface the process of their integration into a homogeneous coating is being performed. According to the results of microscopic research of working surfaces of internal combustion engine, it is shown that the polymeric coating formed during operation of the vehicle is firmly fixed to the friction surfaces in movable joints. The mechanism of friction from the metal to metal changes to the polymer to polymer. Fluoropolymer coatings wear products may be involved in the process of re-coating. There is a process of system’s self-organizing.

Текст научной работы на тему «Оценка влияния антифрикционной добавки «Forum» на процессы изнашивания деталей двигателя легкового автомобиля»

Машиностроение и машиноведение

УДК 678.67.02 Рогов Виталий Евдокимович,

д. т. н., старший научный сотрудник Байкальского института природопользования Сибирского отделения Российской академии наук, г. Улан-Удэ, тел. 8(3012)43-41-15, 8902 4585030, e-mail: rogov54v@mail.ru

Бохоева Любовь Александровна, д. т. н., профессор, зав. кафедрой «Сопротивление материалов», Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления, г. Улан-Удэ,

тел. 8(3012)216165, 89644002615, e-mail: bohoeva@yandex.ru Раднатаров Виктор Цырендоржиевич, к. т. н., доцент, Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления, г. Улан-Удэ,

тел. 89021604620, e-mail: techavto07@rambler.ru ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ АНТИФРИКЦИОННОЙ ДОБАВКИ «FORUM» НА ПРОЦЕССЫ ИЗНАШИВАНИЯ ДЕТАЛЕЙ ДВИГАТЕЛЯ ЛЕГКОВОГО АВТОМОБИЛЯ

V. E. Rogov, L. A Bokhoeva, V. G. Radnatarov

INFLUENCE OF THE ANTI-FRICTION «FORUM» ADDITIVE ON PROCESSES OF THE CAR ENGINE PARTS WEAR

Аннотация. В статье представлены результаты влияния антифрикционной добавки «FORUM» на процессы изнашивания деталей двигателя легкового автомобиля. При использовании добавки в процессе эксплуатации на рабочих поверхностях трибосопряжений микроразмерные частицы - сферы ультраполитетрафторэтилена трансформируются в полимерное покрытие. Процесс образования полимерного покрытия заключается в следующем: при попадании шарообразных частиц в зазор между сопряженными металлическими поверхностями возникают пластические деформации с потерей объемной формы. Шарообразные частицы трансформируются в плоские чешуйки, которые внедряются в очаговых точках в выступы и впадины поверхности и при этом удаляют имеющуюся там смазочную жидкость. В дальнейшем по мере образования чешуек и закрепления на очаговых точках поверхности осуществляется процесс их соединения в однородное покрытие.

По результатам микроскопических исследований рабочих поверхностей двигателя внутреннего сгорания показано, что полимерные покрытия, образующиеся в процессе эксплуатации автомобиля, прочно закрепляются на поверхностях трения в подвижных соединениях. Механизм трения с металла по металлу меняется на полимер по полимеру. Продукты износа фторопластовых покрытий могут участвовать в процессе повторного нанесения покрытий. Наблюдается процесс самоорганизации системы.

Ключевые слова: ультрадисперсная добавка «FORUM», фторопластовые частицы, полимерное покрытие, частицы износа.

Abstract. The article presents the results of the impact of anti-friction «FORUM» additive on the processes of wear of the engine parts of the car. When using the additive in the operation on the working surfaces of friction pairs micro-sized particles - spheres of ul-trapolitetraftoretilena are transformed into a polymer coating. The formation of polymeric coating is as follows: the spherical particles in contact with the gap between the mating metallic surfaces cause plastic deformation with loss of bulk form. Spherical particles are transformed into flat flakes, which are being implemented in the focal points of the ridges and valleys in the surface and remove the lubrication fluid. Subsequently, with the formation of scales and fixation on the focal points of the surface the process of their integration into a homogeneous coating is being performed.

According to the results of microscopic research of working surfaces of internal combustion engine, it is shown that the polymeric coating formed during operation of the vehicle is firmly fixed to the friction surfaces in movable joints. The mechanism of friction from the metal to metal changes to the polymer to polymer. Fluoropolymer coatings wear products may be involved in the process of re-coating. There is a process of system's self-organizing.

Keywords: ultradispersive additive «FORUM», PTFE particles, polymer coating, wear particles.

Введение

Уменьшение изнашивания сопряженных деталей в подвижных соединениях машин всегда актуально, поэтому несомненный научный интерес представляет механизм трансформации микроразмерных частиц - сфер ультраполитетрафторэтилена (УПТФЭ) в полимерное покрытие и закрепление его на металлических поверхностях. С практической стороны важно знать длительность его положительного воздействия. В работе [1, 2] исследована эффективность использования антифрикционной добавки «FORUM» в смазочной системе двигателя легкового автомобиля и установлено, что в процессе эксплуатации на рабочих поверхностях трибосопряжений образуются фторопластовые покрытия, замедляющие процесс изнашивания. Данная добавка представляет собой суспензию из нейтрального базового масла, смешанного специальным способом с частицами

УПТФЭ, и выпускается в Институте химии ДВО СО РАН в двух модификациях - «FORUM» и «су-nepFORUM», отличающиеся концентрацией.

Решение задачи

Частицы УПТФЭ имеют форму и строение сферолита размером 0,5-1,5 мкм и твердостью 0,5 кг/мм2 по Бринеллю. Это в основном шаровидные частицы размером ~0,6 мкм [3, 4].

На рис. 1 представлены частицы УПТФЭ, полученные из суспензии базовой добавки «FORUM» на микроскопе HITACHI TM-1000.

Из сравнения частиц УПТФЭ на рис. 1 и результатов, представленных в работе [3], можно утверждать, что после длительной процедуры смешивания порошков с минеральным маслом в различных смесителях и диспенсерах они не изменяют своих размеров и форм. Частицы остаются в

ИРКУТСКИМ государственный университет путей сообщения

виде микросфер и в таком виде поступают в систему смазки автомобиля.

ТМ-1000.2267 2012 03 26 1_ 03 6 хЗ Ок 30 ит

Рис. 1. Частицы УПТФЭ после процедуры смешивания с маслом

Процесс образования полимерного покрытия на поверхностях сопряжения протекает за определенное время, доставку частиц в зону трения нельзя произвести в короткие сроки. В рекомендациях по использованию данной добавки предписана эксплуатация механизма в течение 0,51 часа сразу после заливки добавки. Наиболее полный эффект проявляется после пробега автомобиля в 2-3 тыс. км [5]. При попадании шарообразных частиц в зазор между сопряженными металлическими поверхностями осуществляется процесс их пластической деформации с потерей объемной формы. Шарообразные частицы трансформируются в плоские чешуйки, которые внедряются в очаговых точках в выступы и впадины поверхности и при этом удаляют имеющуюся там смазочную жидкость. В дальнейшем по мере образования чешуек и закрепления на очаговых точках поверхности осуществляется процесс их соединения в однородное покрытие.

На рис. 2 показано ориентированное в направлении движения однородное покрытие с различными неровностями, образующееся в процессе работы.

Предполагается [6], что закрепление полимерного покрытия на металлических рабочих поверхностях происходит за счет механического взаимодействия, то есть благодаря заполнению и обволакиванию дефектов и пор поверхности полимером.

Полимерное покрытие на рабочих поверхностях трибосопряжений образуется в среде смазки при температуре 80-90 оС, находится в ограниченном пространстве между валом и вкладышем подшипника и постоянно испытывает давление и сдвиговые нагрузки. Закрепление полимерного покрытия на металлических рабочих поверхностях представляет достаточно сложный процесс. Возникает вопрос, как поведет себя данное покрытие при нагреве, будет ли наблюдаться процесс отслаивания полимерного покрытия с рабочих поверхностей. После проведения ряда экспериментов с образцами, при нагреве до температуры до 280 ± 5 оС покрытие осталось ровным без видимых дефектов и трещин, без видимых вздутий и отслоений (результаошедставленн^__

ТМ-1000_2134 2012 01 19 I 03 4 х500 200 ит

Рис. 2. Рабочая поверхность бронзового подшипника ведущего вала привода масляного насоса

ТМ-1000_2160 2012.02 16 L D3.7 х500 200 um

Рис. 3. Рабочая поверхность бронзового подшипника ведущего вала привода масляного насоса после нагрева до 280 + 5 оС

Выбор температуры нагрева образцов обусловлен температурой плавления УПТФЭ [7]. Появление белых включений после нагрева на рис. 3 можно объяснить наличием дефектов в виде пор или шероховатостей, где спрессовался более толстый слой полимера, который после нагрева становится видимым.

Таким образом, в процессе эксплуатации двигателя с применением добавки «FORUM» на рабочих поверхностях трибосопряжений наблюдается прочное закрепление тонких полимерных покрытий, несмотря на постоянное присутствие в зоне трения смазочной жидкости, обладающей расклинивающим действием [8].

Также можно утверждать, что фторопластовое покрытие из УПТФЭ не обладает «эффектом памяти формы», как политетрафторэтилен (ПТФЭ) [9].

Машиностроение и машиноведение

Фторопластовое покрытие прочно закрепляется на поверхностях трения и меняет механизм трения с металла по металлу на полимер по полимеру. Покрытие из УПТФЭ не исключает процесс изнашивания, поскольку в открытой системе изнашивание поверхностей трения деталей машин и механизмов при применении всех типов смазочных материалов и покрытий неизбежно, даже самые эффективные из них не предотвращают полностью износ при пуске-остановке и т. п. [10].

Известно [11], что чаще всего износ полимерных материалов обусловлен их усталостным разрушением в результате многократной деформации полимера в пятнах фактического контакта.

Продукты износа полимерного покрытия образуются как в виде различных частиц неправильных форм, так и в виде тонких удлиненных частиц размерами менее 1 мкм, которые могут свободно циркулировать в системе смазки [12] (представлены на рис. 4).

Рис. 4. Продукты износа

По поводу срока периодичности применения фторопластовых добавок в литературе нет единого мнения. Авторы статьи [13] утверждают, что однократное применение добавки «Slick-50» обеспечивает длительность антифрикционного слоя в течение 160000 км пробега. В статье [6] сделаны выводы, что при использовании добавки «FORUM» необходимо добавление через 80 тыс. км, в других источниках - через 10 тыс. км [5].

Частицы износа участвуют в формировании полимерных покрытий, поэтому такие покрытия могут существовать достаточно длительное время. Длительность существования полимерных покрытий и их положительное воздействие на рабочие поверхности трибосопряжений необходимо связать с периодичностью замены масла в двигателе. Если после каждой замены масла использовать фторопластовую добавку, то качество полимерных покрытий будет улучшаться.

Выводы

1. Полимерное тонкопленочное покрытие, образующееся на рабочих поверхностях трения, при использовании добавки «FORUM» в системе смазки ДВС имеет прочные адгезионные связи с поверхностью.

2. Продукты износа фторопластовых покрытий представляют собой частицы полимера размером менее 1 мкм, которые могут участвовать в процессе повторного нанесения покрытий. Наблюдается процесс самоорганизации системы.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Исследование работы двигателя легкового автомобиля при применении антифрикционной добавки / В.Ц. Раднатаров и др. // Системы. Методы. Технологии. № 4. 2014. С. 38-42.

2. Radnatarov V.G., Bokhoeva L.A., Rogov V.E. Influence of Forum Antifrictional Additive on Engine Wear in Light Vehicles // Russian Engineering Research. 2015. Т. 35. № 6. С. 407-410.

3. Размеры и форма частиц ультрадисперсного политетрафторэтилена, полученного термогазодинамическим способом / В.М. Бузник и др. // Перспективные технологии. 2002. № 2. С. 69-72.

4. Курявый В.Г., Цветников А.К., Горбунов А.В., Бузник В.М. Морфологическое строение продуктов пиролиза ультрадисперсного политетрафторэтилена // Перспективные материалы. 2002 № 6. С. 71-74.

5. ПТФЭ ФОРУМ [Электронный ресурс] : сайт URL: www.forumshop.ru. (Дата обращения 14.10.2015).

6. Исхакова Е.П. Использование антифрикционных препаратов в промышленности // Вестник машиностроения. 2008. № 12. С.30-34.

7. Технология получения нанодисперсного политетрафторэтилена и товарная продукция «Форум» на его основе [Электронный ресурс]. URL: http://old.febras.ru/innovation/otrasli/nov materialy/3 .html. (Дата обращения 11.10.2015).

8. Зимон А.Д. Адгезия пленок и покрытий. М. : Химия, 1977. 352с.

9. Белошенко В.А., Варюхин В.Н. Эффект памяти формы в полимерах и его приложение. Киев. Науко-ва думка, 2005. 191 с.

10. Трение, износ, смазка (трибология и триботехника) / А.В. Чичинадзэ и др. М.: Машиностроение, 2003. 576 с.

11. Энциклопедия полимеров. Том 1. М. : Сов. энц., 1974.

12. Дурст. М, Кляйн Г-М, Мозер Н. Основы и примеры фильтрации воздуха, масла и топлива. Мюнхен, 2005. 95 с.

13. Бузник В.М., Цветников А.К. Ультрадисперсный политетрафторэтилен как основа для новых перспективных материалов // Вестник ДВО РАН. 1993. № 3. С. 39-47.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.