CC BY
17
13. KirchgaBner M. Behaviour of iron-based hardfacing alloys under abrasion and impact / M. KirchgaBner, E. Badisch, F. Franek // Wear. - 2008. - № 265. - Pp. 772-779.
14. Yuksel N. Wear behavior-hardness - microstructure relation of Fe-Cr-C and Fe-Cr-C-B based hardfacing alloys / N. Yuksel, S. Sahin // Materials and Design. - 2014. - № 58. - Pp. 491-498.
15. Buchely M. The effect of microstructure on abrasive wear of hardfacing alloys / M. Buchely, J. Gutierrez, L. Leon, A. Toro // Wear. - 2005. - № 259. - Pp. 52-61.
16. Лившиц Л.С. Металловедение для сварщиков (сварка сталей) / Л.С. Лившиц. - М. : Изд-во "Машиностроение", 1979. - 253 с.
17. Добровольский А.Г. Абразивная износостойкость материалов : справ. пособ. / А.Г. Добровольский, П.И. Кошеленко. - М. : Изд-во "Машиностроение", 1982. - 352 с.
Похмурская Г.В., Войтович А.А. Ударно-абразивный износ поверхностных слоев, наплавленных порошковой проволокой системы С-Сг-B-Fe
Наплавка сплавов на основе железа широко используется для защиты машинного оборудования, работающего в условиях ударно-абразивного, абразивного износа. Наплавленные слои получены из порошковой проволоки 80Х20Р3Т двух производителей Велтек (ПД 1) и Торез (ПД 2). По результатам анализа микроструктуры определено, что в наплавленных слоях микроструктура характеризуется как дендритная, присутствует разница по размерам и однородности твердых фаз. Износостойкость наплавленных слоев из ПД 1 в 1,6-2 раза выше при ударно-абразивной нагрузке. Установлено, что при абразивном износе наплавленные слои из ПД 1 имеют прочность в 1,5 раза выше, чем слои, наплавленные из ПД 2.
Ключевые слова: порошковая проволока, наплавки, износостойкость, ударные нагрузки, дендритная структура.
Pokhmurska G. V., Voitovych A.A. Impact-abrasive Wear of Surface Layers Weld with Cored Wire of C-Cr-B-Fe System
Iron-based hardfacing alloys are widely used to protect machinery equipment exposed either to pure abrasion or to a combination of abrasion and impact-abrasion. Hardfaced layers were obtained by core wire, 80Cr20B3Ti chemical composition, the two manufacturers Torez and Veltec. Based on the analysis of the microstructure, the difference in Cr amount in primary carbides was obtained. The tests of wear showed difference in wear resistance at wear types. Wear resistance of deposited layers with core wire Veltec was 1.6- 2 times higher at impact-abrasive load. Durability of deposited layers with core wire Veltec is increased by homogeneity and less size solid phase structures. The average hardness solid phase was 550 HV1.
Keywords: wear resistance, deposited layers, core wire, impact, iron-based.
УДК66.094.942 Доц. Ю.Р. Мельник1, канд. техн. наук; доц. С.Р. 'Мельник1, д-р техн. наук; астр. З.Ю. Палюх1; лаборант О. С. Надала2
ПЕРЕРОБЛЕННЯ РОСЛИННИХ ОЛ1Й ШЛЯХОМ IX АЛКОГОЛ1ЗУ 1ЗОПРОП1ЛОВИМ СПИРТОМ
Наведено результати алкоголiзу соняшниково! та ршаково! олш iзопропiловим спиртом. Дослщжено вплив природи каталiзатора - катюшту КУ-2-8 iз iммобiлiзовани-ми юнами металiв - на стушнь перетворення рослинно! оли. За результатами хроматог-рафiчного аналiзу та визначення оптично! густини реакцшно! сумiшi оцшено можли-вють переб^у щ^чних реакцш у присутност зазначених каталiзаторiв. Зроблено вис-новок про вплив на переб^ реакцц алкогешзу рослинних олш iзопропiловим спиртом природи юну металу, iммобiлiзованого на поверхш катюшту, i виду олй. Отримаш ре-
1 НУ " Львгвська полггехнка";
2 Академш сухопутних вшськ iM. гетьмана Петра Сагайдачного
зультати свщчать про доцiльнiсть застосування зазначених кислот Лью!са як катшпза-торiв реакцп алкоголiзу рослинних олiй.
Ключовг слова: алкогсшз, рослинна олiя, соняшникова олш, рiпакова олiя, каталь затор, катюшт, КУ-2-8, iони металiв.
Вступ. Одним iз актуальних питань на сьогодш е замiна невщновлюва-них природних ресурсiв вiдновлюваними. Важливим напрямком е замша части-ни пального - бензину i дизельного палива - бюетанолом i бiодизелем, якi от-римують iз вiдновлюваних видш сировини.
Бiодизельне паливо або бiодизель складаеться з моноалкшових естерiв вищих карбонових кислот рослинного або тваринного походження. Найчастiше бiодизель е метиловим (етиловим) естером, хоча можливе застосування й вищих спирпв - прошлових i бутилових. У промисловостi процес алкоголiзу олií здiйснюють у присутносп метилового спирту та каталiзаторiв лужного типу. Зазначена технолопя мае низку недолшв, зокрема: значна тривалiсть процесу, складнiсть видiлення готового продукту iз реакцiйноí маси, потреба в очищеш та нейтралiзацií реакцiйноí сумiшi, що зумовлюе iстотнi екологiчнi проблеми. Пот^бно враховувати i високу токсичнiсть метанолу.
Як каталiзатори реакцií алкоголiзу традицшно використовують сильнi луги (КОН, №ОН) [1, 2]. Каталiтичну активнiсть виявляють карбонати i алкого-ляти лужних металш [3], трифторид бору [4] i навiть станка металевого реактора, де здшснюеться процес алкоголiзу [5]. Варто зазначити, що для каталiзу реакцп алкоголiзу можна також використовувати кислоти (хлоридну, сульфатну, п-то-луолсульфокислоту) як iндивiдуально [6], так i спiльно зi сполуками, здатними до комплексоутворення (етилендиамшотетраоитову або лимонну кислоти) [7].
Незважаючи на досить високу ефективнкть сильних кислот як каталiза-торiв реакцií алкоголiзу триглщеридав, е низка проблем, якi виникають пiд час 1х використання: наявнкть побiчних реакцiй [8]; кородуюча дая гомогенних ка-талiзаторiв на обладнання [9]; неможливiсть регенерацií каталiзатора; трудомк-ткiсть процесiв очищения продукта алкоголiзу вiд каталiтичних систем, наяв-шсть велико!' кiлькостi вiдходiв, якi утворюються внаслщок утилiзацií ввд-працьованих каталiзаторiв [7] тощо.
У зв'язку з недолшами описаних традищйних гомогенних кислотних i лужних каталiзаторiв ведеться пошук принципово нових i зокрема гетерогенних каталiзаторiв, застосування яких дае змогу спростити техиологiчнi процеси алко-голiзу олiй [9]. Одним iз варiаитiв застосування таких каталiзаторiв е використання катюнтв iз iммобiлiзованими на 1х поверхиi йонами металш. Вони, як кислоти Лью1са, повиннi бути ефективш у реакци алкоголiзу триглщеридав. Водночас, вони матимуть низку переваг, характерних для гетерогенних каталiзаторiв.
Методика дослщження та анал1з результата. Для алкоголiзу соняшни-ково1 (ДСТУ 4492:2005) i рiпаковоí (ДСТУ 46.072:2003) олш використовували iзоиропiловий спирт (ГОСТ 9805-84). Як каталiзатори процесу алкоголiзу засто-совували катiонiт КУ-2-8 з 1ммобшзованими iонами металш А13+, Со2+, Zn2+, 8п2+, №2+. Лабораторна установка складалася з круглодонно1 колби зi зворотним холодильником i термометром. У колбу завантажували олда та iзопропiловий спирт у розрахованих кшькостях, поттм вносили каталiзатор. Температура реакцп стано-вила 80 оС, а 11 тривалiсть - 4 год; через кожш 30 хв ввдбирали проби на аналiз.
У продуктах алкоголiзу визначали кислотне число (КЧ), оптичну густи-ну реакцiйноí сумгш, вмiст спирту в нiй. Концентрацш iзопропiлового спирту визначали хроматографiчно. За концентращею спирту визначали концентрацiю оли та стуиiнь и перетворення. Оптичну густину реакцiйноí сумiшi визначали фотоелектроколориметрично за довжини хвилi 440 нм. Збiльшення оптичноí густини опосередковано свщчить про перебiг побiчних реакцiй конденсацп, якi зазвичай супроводжуються збiльшенням оптичнох густини реакцiйноí маси.
Результаты та узагальнення. Вплив природи каталiзатора на алкоголiз соняшниковоí олií вивчали у присутносп катiонiту iз iммобiлiзованими на ньому юнами металiв А13+, Бп2+, М2+, Со2+, Zn2+. Встановлено, що жоден iз дос-лiджуваних каталiзаторiв не дае змогу досягнути задовiльноí конверсií олií за тривалостi процесу 240 хв (табл. 1, рис.).
Табл. 1. Вплив кaтaлiзaторa на технологiчнi показники aлкоголiзу соняшниковог оли iзопропiловим спиртом. Мольне спiввiдношення олiя : iзопропiловий спирт - 1:4.
КЧ оли - 0,5 мг КОН/г, оптична густина оли - 0,1. Температура - 353 К, тривал'ють - 240хв
Катал1затор
Конверск олц, %
Оптична густина розчину, пр
Кислотне число, мг КОН/г
АР
52,0
0,05
0,5
75,0
0,05
0,6
К?
57,9
0,06
0,5
со2
57,0
0,12
0,7
тп
70,0
0,07
0,5
Кращщ результати отримано у присутносп каталiзаторiв на основi цинку i стануму (конверсiя олií досягала 75 %), нижчу активнiсть виявили каталiзато-ри iз iммобiлiзованими катюнами алюмiнiю, нiкелю та кобальту (див. рис.). У цьому разi конверт соняшниковоí олií становила 52,0-57,9 %. Якщо врахувати характер змiни кривих залежностi конверсп оли вiд часу (див. рис., а), то можна зробити висновок, що збшьшення тривалосп процесу не дасть змогу ютотно тдвищити конверсiю олií.
Рис. Вплив кaтaлiзaторa ш aлкоголiз соняшниковог (a) тa р^ково^ (б) оли iзопропiловим спиртом. Катал1затори - iони металiв iммобiлiзованi на катiонiтi КУ-2-8. Мольне спiввiдношення олiя: iзопропiловий спирт - 1: 4. Температура - 353 К,
тривалкть - 240 хв
Встановлено, що оптична густина реакцiйноí сумiшi не змiнюeться (у разi катiонiту iз iммобiлiзованими iонами кобальту) або навиь дещо зни-жуеться, порiвняно з оптичною густиною дослiджуваноí олií. Таю результати опосередковано показують, що в разi використання катiонiту модифiкованого катюнами металш практично не вiдбуваються побiчнi реакцií. Результати хро-матографiчного аналiзу свiдчать про вiдсутнiсть у реакцшнш сумiшi iзопропi-лового етеру, який утворюеться при алкоголiзi рослинних олш iзопропiловим спиртом у присутностi кислотних каталiзаторiв. Це також тдтверджуе практич-ну вiдсутнiсть небажаних реакцiй.
Процес алкоголiзу рiпаковоí олií дослiджено у присутносп катiонiту з iммобiлiзованими юнами А13+, 8п2+, №2+, Со2+ за аналопчних умов (табл. 2).
Табл. 2. Вплив природи каталiзатора на алкогол1з ртаковог олп iзопропiловим спиртом. Мольне спiввiдношення олiя: iзопропiловий спирт - 1: 4. КЧ оли - 3,9 мг КОН/г, оптична густина оли - 1,5. Температура - 353 К, тривалкть - 240 хв
Кататзатор Конверсш оли, % Оптична густина розчину, пс20 Кислотне число, мг КОН/г
А13+ 92,8 1,25 3,3
100 1,3 3,8
КГ 100 1,4 3,3
Со2+ 57,0 1,2 3,2
Як i при алкоголiзi соняшниково!' оли найвищу активнкть виявляють ка-тюшти з шмобшзованими юнами стануму, а катюшт з шмобшзованими юна-ми кобальту мае найнижчу активнiсть. Проте, на ввдшну вiд алкоголiзу соняш-никово1 олп, катюшт, модифшований iонами нiкелю, також дае змогу досягну-ти високо1 конверсií олií, причому саме у його присутносп спостерiгаеться найвища швидккть алкоголiзу у початковий перiод реакцп (див. рис., б). Разом з тим, при алкоголiзi рiпаковоí олп досягаеться вища И конверс1я, порiвняно iз алкоголiзом соняшниково1 олií (див. рис.). Таю результати можуть бути пов'яза-ш зi складом ршаково1 олií, яка мае вищу кислотнкть (3,9 мг/г), поршняно iз соняшниковою (0,5 мг/г), а також мктить значну кiлькiсть домiшок, про що свщчить значно вища И оптична густина (1,5 порiвняно iз 0,1 для соняшнико-воГ). Разом з тим, як i при алкоголiзi соняшниково1 олií, реакцiйна сумiш мае нижчу оптичну густину та кислотнкть, нiж вихвдна рiпакова ол1я.
Висновки. Таким чином, можна зробити висновок, що на конверсда олií впливае як вид iммобiлiзованого на катюнт iону металу, так i природа оли. Варто також зазначити, що незважаючи на крашд результати, досягнуп при ал-коголiзi рiпаковоí оли, загальш закономiрностi процесу алкоголiзу зберкаються: каталiзатори, яш е активнiшими при алкоголiзi соняшниковоí олп, виявляють вищу активнкть i у реакцц алкоголiзу рiпаковоí оли (з ряду дослвджених каталь заторш видшяеться тiльки катюшт з шмобшзованими iонами нiкелю). Таким чином, за активнктю дослiдженi каталiзатори можна розташувати у такi ряди:
8п2+ > Zn2+ > №2+ = Со2+ > А13+ (соняшникова олк), №2+ = 8п2+ > А12+ > Со2+ (рiпакова олк).
Отримаш результати дають змогу запропонувати каталiзатори процесу алкоголiзу соняшниково!' олií - катюшт з iммобiлiзованими iонами Sn2+, ршако-во1 олií' - катiонiт з iммобiлiзованими iонами Sn або Ni
Лiтература
1. Zhou W. Ethyl esters from the single-phase base-catalyzed ethanolysis of vegetable Oils / W. Zhou, S.K. Konar, D.G. Boocock // JAOCS. - 2003. - № 4. - С. 367-371.
2. Zihmane K. Transesterification of rapessed and flax oils / K. Zihmane, S. Rabkevica // Latvijas Himijas Journals. - 2002. - № 1. - С. 123.
3. Пат. 1215275 ЕПВ, МПК7 С 11 С 3/10, С 07 С 67/03. Method for preparing fatty acid esters from seeds or fruits / Goto Fumisato, Sasaki Toshio. - Заявл. 14.12.2001; Опубл. 19.06.2002.
4. Stavarache С. Ultrasonic versus silent methylation of vegetable oils / С. Stavarache, М. Vinato-ru, Y. Maeda // Ultrason. Sonochem. - 2006. - № 5. - С. 401-407.
5. Kisdiana D. Catalytic effect of metal reactor in transesterification of vegetable oil / D. Kisdiana, S. Saka // JAOCS. - 2004. - № 1. - С. 103-104.
6. Пат. 6768015 США, МПК7 С 11 С 1/00. Method of making alkyl esters using pressure / Lu-xem Franz J., Troy William М.; Stepan Co, № 10/639382; Заявл. 12.08.2003; Опубл. 27.07.2004.
7. Пат. 10257215. Германия, МПК7 С 11 С3/10. Verfahren zur Verbesserung der Langzeitstabi-litat von Biodiesel / Lurgi A.G., Bnnsch Rudolf, Kastl Wolfgang, Mitschke Peter, Saft Helmut. - Заявл. 07.12.2002; Опубл. 08.07.2004.
8. Тютюнников Б.Н. Химия жиров / Б.Н. Тютюнников, З.И. Бухштаб, Ф.Ф. Гладкий. - М. : Изд-во "Колос", 1992. - 448 с.
9. Пат. 6960672 США, МПК7 С 11 С 3/00. Processes for producing alkyl ester of fatty acid / Na-kayama Masahide, Tsuto Keiichi, Hirano Takenori, Sakai Tsutomu, Kawashima Ayato, Kitagawa Hiro-hisa; Revo International Inc, № 10/473252; Заявл. 28.03.2002, Опубл. 01.11.2005.
Мельник Ю.Р., Мельник С.Р., Палюх З.Ю., Надала О. С. Переработка растительных масел путем их алкоголиза изопропиловым спиртом
Представлены результаты алкоголиза растительного масла (подсолнечного и рапсового) изопропиловым спиртом. Исследовано влияние природы катализатора - кати-онита КУ-2-8 с иммобилизованными ионами металлов - на степень превращения растительного масла. По результатам хроматографического анализа и определения оптической плотности реакционной смеси оценена возможность протекания побочных реакций в присутствии отмеченных катализаторов. Сделан вывод о влиянии на реакцию алкоголиза растительного масла изопропиловым спиртом природы иона металла, иммобилизованного на поверхности катионита, и вида растительного масла. Полученные результаты указывают на целесообразность применения указанных кислот Льюиса в качестве катализаторов реакции алкоголиза растительного масла.
Ключевые слова: алкоголиз, растительное масло, подсолнечное масло, рапсовое масло, катализатор, катионит, КУ-2-8, ионы металлов.
Melnyk Yu.R., Melnyk S.R., Palyukh Z. Yu., Nadala O.S. Processing of Vegetable Oils by their Alcoholysis with Isopropyl Alcohol
Results of sunflower-seed oil and rapeseed oil alcoholysis with isopropyl alcohol are represented. The effect of catalyst (cationite with immobilized metal ions) nature on the vegetable oil conversion has been investigated. The possibility of side reactions when using above mentioned catalysts was assessed based on chromatography results and the reaction mixture optical density values. The conclusion about the influence of nature of metal ion immobilized on cationite surface, and the oil type on the reaction of vegetable oils alcoholysis with isop-ropyl alcohol has been made. The results obtained shows that above mentioned Lewis acids are expedient to be used as vegetable oils alcoholysis catalysts.
Keywords: alcoholysis, vegetable oil, sunflower-seed oil, rapeseed oil, catalyst, cationi-te, КУ-2-8, metal ions.
