CC BY
17Наноматериалы и нанотехнологии в аэрокосмической отрасли
УДК 621.892
В. Е. Редькин
Сибирский федеральный университет, Россия, Красноярск
А. А. Мишин
Институт вычислительного моделирования Сибирского отделения Российской академии наук, Россия, Красноярск
ПЛАСТИЧНЫЕ СМАЗКИ С ДОБАВКАМИ АЛМАЗОГРАФИТОВОГО НАНОПОРОШКА
Использование в пластичных смазках алмазографитового нанопорошка существенно уменьшает износ трущихся металлических поверхностей.
Некоторые механизмы космических аппаратов работают в космическом вакууме, в связи с чем элементы конструкций этих механизмов подвергаются различным видам воздействий, включая трибологиче-ские [1].
Поскольку обычные «наземные» масла и смазки для работы в вакууме непригодны, то были разработаны специальные твердые смазки на основе дисульфида молибдена (Мо82) [2] и олеофильного углерода, а также смазка в виде ионно-напыленного свинца [1]. Применяются также пластичные полимерные смазки [3], которые используются в узлах трения механизмов ракетно-космических систем [4]. Особенности применения космических смазок (КС) и требования к ним определяются условиями эксплуатации, к которым относится: глубокий вакуум (до 10-10 Па), проникающая радиация (до 104-106 Дж/кг), низкие (до -130 оС) и повышенные (120-150 оС) температуры. КС приготовляют на основе синтетических масел, загущенных литиевым мылом, органическими пигментами, неорганическими соединениями. КС содержат также антиокислительные противоизносные, антикоррозионные, противозадирные и другие присадки. Однако такие смазочные материалы обладают целым рядом недостатков, проявление которых заключается в протекании возможных химических реакций в зазорах и на поверхностях трибосопряжений, термодеструкции смазочных материалов и их флокуляции.
Указанных недостатков лишены пластичные смазки, содержащие нанопорошки (НП) химических соединений, например, алмазографитовые НП (АГ-НП), полученные из взрывчатых веществ [5]. С применением АГ-НП разработана пластичная смазка [6], для смазывания трущихся металлических поверхностей. Смазка содержит (масс. %): АГ-НП - 0,2...5,0; высокодисперсную соль металла - 2.15; мыльную пластичную смазку - до 100. В качестве солей применяли сульфат олова 8п804, сульфат меди Си804, сульфат
бария Ба804, сульфат свинца РЪ804, сульфид бария Ба8.
Испытывали смазки, приведенные в табл. 1. АГ-НП вместе с высокодисперсной 8п804 диспергировали в дисперсионной среде (бензин, ацетон и др.) в течение 15 мин, после выпаривания жидкой среды остаток перемешивали механически. Соотношение компонентов в полученной смеси следующие: алмаза - от 2 до 50 %, графита - от 50 до 98 %.
Сравнивали испытания разработанных смазок со смазкой ВНИИ НП-232 (ГОСТ 14068-79), содержащей (масс. %): стеарат лития П(С17Н35С00) - 3,0; дисульфид молибдена Мо82 - масло индустриальное И-20А - до 100 (табл. 2). При концентрации в смазках АГ-НП в пределах 0,2-5,0 %, коэффициент трения снижается на 12-15 %, в связи с чем износ стальных образцов уменьшается в два раза, что свидетельствует о высоких противоизносных и антифрикционных свойствах смазок.
Эффект применения в смазках Си804, Ба804, РЬ804 и Ба8 при такой же концентрации (2.17 %) оказался близким к эффекту применения 8п804.
Высокие антифрикционные свойства разработанной смазки объясняется тем, что соли металлов заполняют макротрещины, а твердые частицы алмаза и мягкие частицы графита - микротрещины и микронеровности, упрочняя поверхностный слой и масляную пленку, тем самым понижая коэффициент трения и существенно уменьшая износ. Частицы алмаза выполняют роль абразивного материала, срезая микровыступы соприкасающихся металлов, что приводит к увеличению площади контакта пар трения.
Испытания смазки в подшипниках ступиц колес автомобиля ЗиЛ-130 и автобуса «Икарус» показали, что после пробега 16 000 км их весовой износ оказался в 2,2 раза меньше, чем при применении других известных пластичных смазок.
Таблица 1
Составы смазок
Наименование смазки Содержание в составах, масс. %
1 2 3 4 5
Алмазографитовый НП, в том числе: 0,20 0,75 1,50 3,00 5,00
НП алмаза 0,05 0,188 0,375 0,75 1,25
НП графита 0,15 0,562 1,125 2,25 3,75
Сульфат олова 8п804 1,00 5,0 10,0 15,0 17,0
Мыльная пластичная смазка 98,80 94,25 88,50 82,00 78,0
(Решетневскце чтения
Таблица 2
Результаты испытаний смазок на машине СМТ-1 на образцах из ст45 при нагрузке 5 кН
Состав смазок (1-5 - табл. 1) Максимальная удельная нагрузка, МПа Коэффициент трения Интенсивность износа, 1 • 10-6 кг/м3
1 26,3 0,062 59,4
3 30,3 0,050 30,2
5 21,4 0,063 57,5
Смазка ВНИИНП-232 23,5 0,059 66,0
Библиографические ссылки
1. Нусинов М. Д. Космический вакуум и надежность космической техники. М. : Знание, 1086. № 6.
2. Morimoto T. Effect of molybdenum disulphide upon the friction and wear in ceramic-steel pair // Tribology International. 1997. Vol. 30. Issue 12. P. 871-879.
3. Fusaro R. L. Self-lubricating polymer composites and polymer transfer film lubrication for space applications // Tribology International. 1990. Vol. 23. Issue 2. P. 105-122.
4. Космические смазки. URL: http://www. elkalub. ru/dictionary-05. php.
5. Редькин В. Е. Смазочные материалы для аэродромной техники на основе добавок ультрадисперсных алмазографитовых порошков, получаемых из взрывчатых веществ // САКС-2001 : материалы Меж-дунар. научно-практич. конф. Красноярск, 2001. Ч. II. С. 216-218.
6. Пат. 2163921. Российская Федерация. Пластичная смазка / Щелканов С. И., Редькин В. Е., Докша-нин С. Г. и др. [Б. и.], 2001. № 7.
V. E. Redkin Siberia Federal University, Russia, Krasnoyarsk
А. А. Mishin
Institute Computational Modeling Russian Academy of Sciences, Siberian Branch, Russia, Krasnoyarsk
THE PLASTIC LUBRICANTS WITH THE DIAMOND-GRAPHITE NANPOWDERS ADDITIVES
The use of the diamond-graphite Nan powder in plastic lubricants decreases considerably the wear of frictional metallic surfaces.
© Редькин В. Е., Мишин А. А., 2011
УДК 621.762
С. Н. Решетникова
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Россия, Красноярск
ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПРУТКОВ С ВОЛОКНИСТОЙ СТРУКТУРОЙ ИЗ АЛЮМИНИЕВЫХ ГРАНУЛ И НАНОПОРОШКОВ
Предложена технология получения волокнистого металлокомпозита, полученного с использованием нано-порошков химических соединений.
В большинстве случаев, когда речь идет об использовании в различных отраслях промышленности проволоки, изготовленной из некомпактных металлических материалов, подразумевают сложный композиционный материал, состоящий из металлической оболочки - твердопластичного тела и порошкового сердечника - сыпучего не связного материала, представляющего смесь разнородных по составу и крупности отдельных частиц [1]. При обработке давлением металлическая оболочка находится в сложном взаимодействии с порошковым сердечником, вызывая некоторую совокупность сложного перемещения частиц порошка и их упруго-пластического взаимодействия друг с другом в массе порошковой шихты под действием внешней нагрузки.
По технологии, предложенной авторами работы [2], при изготовлении проволоки из сыпучей мелкой стружки (опилок) алюминиевого сплава АД31 не предусматривалось помещать ее в металлическую оболочку. В нашей работе предложена технология получения модифицирующих прутков путем прессования композиции, состоящей из частиц алюминия или алюминиевых деформируемых сплавов АД0 или Д1, или Д16 либо в виде гранул, крупки или сечки и различных нанопорошков (НП) (А1203; АШ; В4С; ВМ ОзС^МЦ; ШВ2; ИШ; ЬаВб; Б1С; Б1зк,; ТаМТ; Т^С^; Т^СуНА; ТЮ2; УС; УхСу1Ч2; ггВ2), помещенных в тонкостенную алюминиевую гильзу. Было установлено, что их внутренний объем состоит из протяженных, настолько плотно скомпактированных волокон тонкого сечения, что даже с помощью инструментов
