CC BY
43
УДК 544.72:538 9
А.Г.СЫРКОВ, д-р техн. наук, профессор, [email protected] Т.Г.КАМАЛОВА, аспирантка, [email protected] Е.В.РЕМЗОВА, студентка, 328 90 19
Санкт-Петербургский государственный горный университет
A.G.SYRKOV, Dr. in eng. sc., professor, [email protected] T.G.KAMALOVA, post-graduate student, [email protected] E.V.REMZOVA, student, 328 90 19 Saint Petersburg State Mining University
СИНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ В ПОВЕРХНОСТНО-МОДИФИЦИРОВАННЫХ ПОРОШКАХ АЛЮМИНИЯ И ЕГО ПРОЯВЛЕНИЕ В ТРИБОЛОГИИ
Выявлен синергетический эффект, связанный с повышением антифрикционных и водоотталкивающих свойств после смесевой обработки А1-пудры марки ПАП-2 парами катионоактивных препаратов алкамона (А) и триамона (Т). По данным акустического метода в трибологической паре со смазкой, наполненной А1/(А + Т) антифрикционные свойства выше, чем в паре со смазкой, наполненной А1/Т и А1/А. Антифрикционный эффект связан со стабильными во времени водоотталкивающими свойствами А1/(А + Т).
Ключевые слова: синергетика, нанотрибология, нелинейные эффекты, металлические порошки добавки, модифицирование поверхности добавки, катионные ПАВ, эффект безысносности.
SYNERGETIC EFFECT OF SURFACE-MODIFIED POWDERS OF ALUMINIUM AND ITS MANIFESTATION IN TRIBOLOGY
Revealed a synergistic effect associated with an increase in anti-friction and water resistance after processing mixtures Al-powder brands PAP-2 pairs of cation active preparations al-kamon and triamon. According to the acoustic method in the tribological pair with a lubricant-filled Al/(A + T), anti-friction properties than in a pair with a lubricant-filled Al/T, and Al/A. Antifriction effect is associated with stable over time water-repellent properties of Al/(A + T).
Key words: synergy, nanotribology, nonlinear effects, dispersed metal additives, modifying of a surface of an additive, cationic tensides, Garkunov's effect.
В настоящее время в физике конденсированного состояния и в материаловедении все чаще для объяснения строения, механизма формирования и свойств нанострук-турных объектов используют представления о самоорганизации вещества и о синергетике.
В какой-то степени можно даже говорить о том, что наличие в высокоорганизованных веществах синергетических эффектов и осцилляций различных свойств - это необходимые атрибуты наноструктуриро-
ванных материалов. Подобные материалы находят широкое применение в науке и технике как компоненты электронных систем, защитных покрытий, композитов, гетерогенных катализаторов и т.д.
К моменту начала предлагаемого исследования из работ научной группы [2, 5] был известен синергетический эффект, связанный с повышением энергии связи электронов азота уровня N1s после смесевой обработки стали разбавленным водным рас_ 377
Санкт-Петербург. 2012
Таблица 1
Сравнительные физико-химические характеристики исходной стали 3 (Ст) и образцов стали 3, модифицированных препаратами на основе четвертичных соединений аммония
Образец Ст Ст/(А + Т) Ст/А Ст/Т Ст/АТМАХ
Есв N1^ эВ (РФЭС) - 404,2 402,4 402,1 402,3
Антифрикционный эффект Ст в 0,01 %-ном водном растворе ПАВ, отн. ед. - 1,00 0,25 0,20 0,23
Скорость поглощения паров воды, г/(м2ч), при Р/Р0 = 0,97 0,0051 0,0010 0,0026 0,0048 0,0031
Величина коррозии (Дт/т) в соляных рудниках (196 сут), % 1,85 0,87 1,16 1,15 1,22
АТМАХ — алкилтриметиламмонийхлорид: [C^H^n + 1N + (CH3)3]Cl.
0,45 -i 0,4 0,35
0 0,3 JS 0,25
1 0,2
0,15 0,1 0,05 0
50
-Al/A
100
-Al/Т
150
200
250
i-
300 350
Время, ч
■ Al/A/Т —Х-А1/(А+Т)
■Al/ГКЖ —©-Al
Рис. 1.Осцилляции адсорбции паров воды на модифицированных образцах порошка алюминия
0
твором алкамона (А) и триамона (Т). Усиление этой энергии ~ на 2 эВ (табл.1) сопровождается ростом антифрикционного эффекта, повышением гидрофобности и антикоррозийных свойств твердой поверхности по сравнению с образцами, обработанными только одним компонентом (алкамоном или триамоном) [6].
Цель данной работы - проанализировать закономерности изменения водоотталкивающих свойств порошков алюминия, модифицированных теми же катионоактив-ными препаратами, и изучить возможность синергетического эффекта в трибологиче-ской паре со смазкой, наполненной полученными порошками.
378 _
Исходной твердой присадкой служила А1-пудра марки ПАП-2, которую обрабатывали парами катионоактивных препаратов А и Т по различной программе.
Установлены, в основном, осциллирующие зависимости величины адсорбции от времени экспозиции образцов в насыщенных парах воды (рис.1) [3]. Интересно, что образец, полученный смесевой обработкой А1-пудры парами А и Т самый стабильный и на протяжении 200 ч не сорбирует влагу, в отличие от образцов, обработанных только одним компонентом.
Экспериментально полученные свойства осцилляции свидетельствуют, очевидно, о самоорганизации вещества в процессе ад-
Усилие в пятне контакта, МПа
И 20/С(Ст = 0,005) -.-И 20 -а- И 20/ПАП2/А+Т(Ст = 0,01) И 20/ПАП2(Ст = 0,01) И 20/С(Ст = 0,01)
Рис.2. Зависимость интегрального показателя трения от давления в пятне контакта
Таблица 2
Влияние типа присадки на интегральный показатель трения D и пределы изменения адсорбции паров воды
на присадке (0 < t < 327 ч)
Образец присадки, 1 % (по массе) в смазке Пределы изменения адсорбции паров воды а (P/P0 ^ 1), % (по массе) Значение D при Р = 47 МПа
Al 0,12-0,38 1690
А1/Т/А 0,09-0,38 1000
А1/Т 0,09-0,25 780
А1/(А + Т) 0,10-0,13 (а = 0,13 = const при t > 40 ч) 300
А1/А 0,21-0,23 910
сорбции паров воды. Эти осцилляции описываются сложным уравнением [4] :
a(t) = A + B ln t + Cta sinj^j .
График зависимости интегрального показателя трения D от давления P в пятне контакта показывает, что кривая для смазки с добавкой Al/(A + Т) является плавной и гладкой во всем диапазоне изменения P, ко-
ГЛ ос 0,082P
торая описывается уравнением D = 8,5е (рис.2). Остальные кривые имеют сложную форму и характерный «пик» зависимости при P = 25-30 МПА, отвечающий стадии
притирки и распределения смазки по контактирующим поверхностям [1, 4].
Образец А1/(А + Т) имеет наименьший интегральный показатель трения (табл.2), чем образцы А1/Т и А1/А. Также можно отметить, что образец, полученный послойной обработкой А1/Т/А, имеет наибольший показатель трения среди модифицированных образцов.
Выявлено, что смазка с добавкой А1/(А + Т) обладает наилучшими антифрикционными свойствами по сравнению со смазками, наполненными А1/Т и А1/А. Иначе говоря, вещества, которыми обрабатываются добавки к маслу, являются синерги-
_ 379
Санкт-Петербург. 2012
стами, т.е. действуют таким образом, что активность их смеси превышает сумму активностей компонентов.
Антифрикционный эффект связывается со стабильным во времени водоотталкивающим эффектом добавки А1/(А + Т).
Соответствующая зависимость D от Р в интервале 15-55 МПа описывается экспо-
гл о с 0,082Р
нентой вида D = 8,5е , что свидетельствует о жидкостном режиме трения - необходимом условии эффекта безысносности Гаркунова.
Работа выполнена в рамках Аналитической ведомственной целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы» (2008-2012 гг.): фундаментальное исследование № 1.13.08, прикладное исследование № 1.4.09.
ЛИТЕРАТУРА
1. Антифрикционные свойства индустриального масла с присадками наноструктурированных металлов / А.Г.Сырков, Д.С.Быстров, Т.Г.Вахренева, И.В.Пантюшин // Химическая физика и мезоскопия. Ижевск. 2009. Т.11. № 4. С.462-466.
2. Вахренева Т.Г. Опыт оценки антифрикционных свойств поверхности металла методом Стокса / Т.Г.Вахренева, М.Р.Уразаева, А.Г.Сырков // Записки Горного института. 2007. Т.170. С.240-243.
3. Водоотталкивающие свойства наноструктури-рованных металлических порошков на основе алюминия / А.Г.Сырков, Д.С.Быстров, Л.А.Журенкова, Т.Г.Вахренева // Цветные металлы. 2009. № 2. С.79-82.
4. Нелинейные зависимости интегрального показателя акустической эмиссии (трения) от нагрузочного давления для смазок с присадками наноструктурированных металлов / В.В.Тарабан, А.Г.Сырков, Д.С.Быстров,
Т.Г.Вахренева // Конденсированные среды и межфазные границы. 2009. № 4. С.323-327.
5.Опыт разработки и внедрения наноструктуриро-ванных покрытий для защиты металлоконструкций на предприятии горной отрасли / А.Г.Сырков, И.В.Плескунов, Е.В.Ремзова, С.А.Игнатьев // Записки Горного института. 2007. Т.173. С.237-239.
6. Электрофизические и химико-физические микро- и нанотехнологии усиления адгезии компонентов в системе металл - диэлектрик / Н.С.Пщелко, А.Г.Сырков, И.В.Пантюшин, Т.Г.Вахренева, Д.А.Сырков // Российские нанотехнологии. 2009. Т.4. № 11-12. С.42-47.
REFERENCES
1. Antifrictional properties of industrial oil with additives of nanostructured metals / A.G.Syrkov, D.S.Bystrov, T.G.Vakhreneva, I.V.Pantyushin // Chemical physics and mesoscopic. Izhevsk. 2009. Vol.11. N 4. P.462-466.
2. Vakhreneva T.G. Experience of an estimation of antifrictional properties of metal surface by Stox method / T.G.Vakhreneva, M.R.Urazaeva, A.G.Syrkov // Notes of the Mining Institute. 2007. Vol.170. P.240-243.
3. SyrkovA.G. Water-repellent properties of nanostructured metallic powders on aluminium base // A.G.Syrkov, D.S.Bystrov, L.A.Zhurenkova, T.G.Vakhreneva // Nonferrous metals. 2009. N 2. P.79-82.
4. Nonlinear dependences of the integrated indicator of acoustic issue (friction) on loading pressure for greasings with additives of the nanostructered metals / V.V.Taraban, A.G.Syrkov, D.S.Bystrov, T.G.Vakhreneva // Condensed media and interphase boundaries. 2009. N 4. P.323-327.
5. Experience in the development and implementation of nanostructured coatings to protect steel structures in the mining industry // A.G.Syrkov, I.V.Pleskunov, E.V.Remzova, S.A.Ignatiev // Notes of the Mining Institute. 2007. Vol.173. P.237-239.
6. Electrophysical and chemico-physical micro- and nanotechnologies of strengthening of adhesion of components in metal-dielectric system / N.S.Pshelko, A.G.Syrkov, I.V.Pantyushin, T.G.Vakhreneva, D.A.Syrkov // Russian Nanotechnologies. 2009. Vol.4. N 11-12. P.42-47.
