CC BY-NC
8
A.M. Kuzmin, S.G. Chulkin, A.D. Breki Effect of fluorinated graphene on friction and wear during slip
DOI: 10.24937/2542-2324-2021-1-S-I-293-294 УДК 620.178.162:665.76
А.М. Кузьмин1, С.Г. Чулкин2, А.Д. Бреки3
1 АО «ЦКБМ», Санкт-Петербург
2 СПбГМТУ, Институт проблем машиноведения РАН, Санкт-Петербург
СПбПУ Петра Великого, Институт проблем машиноведения РАН, Санкт-Петербург
ВЛИЯНИЕ ФТОРИРОВАННОГО ГРАФЕНА НА ТРЕНИЕ И ИЗНОС ПРИ СКОЛЬЖЕНИИ
В работе приведены результаты исследования трения скольжения пористого материала на основе меди, пропитанного смазочным маслом с дисперсными частицами фторированного графена. Получены экспериментальные результаты, показывающие, что с увеличением концентрации агрегатов из чешуек фторированного графена в смазочном масле средняя сила и коэффициент трения снижаются, при этом наблюдается хороший антифрикционный эффект. Ключевые слова: фторированный графен, трение, износ, скольжение, пористый материал, медь. Авторы заявляют об отсутствии возможных конфликтов интересов.
DOI: 10.24937/2542-2324-2020-1-S-I-293-294 UDC 620.178.162:665.76
A.M. Kuzmin1, S.G. Chulkin2, A.D. Breki3
1 Central Design Bureau of Mechanical Engineering, St. Petersburg
2 St. Petersburg State Marine Technical University, St. Petersburg
3 Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University, St. Petersburg
EFFECT OF FLUORINATED GRAPHENE ON FRICTION AND WEAR DURING SLIP
The paper presents the results of studying the sliding friction of a porous copper-based material impregnated with a lubricating oil with dispersed particles of fluorinated graphene. Experimental results have been obtained showing that with an increase in the concentration of aggregates of fluorinated graphene flakes in the lubricating oil, the average force and coefficient of friction decrease, while a good antifriction effect is observed.
Key words: fluorinated graphene, friction, wear, slip, porous material, copper. Authors declare lack of the possible conflicts of interests.
Известно, что терморасширенный графит обладает рядом ценных свойств [1]: чрезвычайно низкой плотностью и высокой адсорбционной способностью, этот материал хорошо прессуется, что позволяет изготавливать на его основе графитовую фольгу, а также различные функциональные материалы, особое место среди которых занимают антифрикционные, среди которых отдельную группу образуют порошкообразные добавки в смазочные масла.
В данной работе реализовано исследование влияния агрегатов фторированного графена на трение пористых тел из железа, пропитанных смазочной композицией.
В качестве дисперсионной среды для создания смазочных композиций с высокодисперсными агрегатами фторированного графена использовали смазочное масло марки Kluber Constant GLY 2100.
Образцы для пропитки смазочной композицией с агрегатами фторированного графена были получены прессованием из порошка меди марки ПМС-1, соответствующего ГОСТ 4960-2009, с размерами частиц до 100 мкм. Пористость образцов составляла 30%. Геометрические размеры образцов прямоугольной формы составляли 10,5*6*3 мм. Перед испытаниями чистые образцы погружались с базовое масло и смазочные композиции с концентраци-
Для цитирования: Кузьмин А.М., Чулкин С.Г., Бреки А.Д. Влияние фторированного графена на трение и износ при скольжении. Труды Крыловского государственного научного центра. 2021; Специальный выпуск 1: 293-294. For citations: Kuzmin A.M., Chulkin S.G., Breki A.D. Effect of fluorinated graphene on friction and wear during slip. Transactions of the Krylov State Research Centre. 2021; Special Edition 1: 293-294 (in Russian).
ФГУП «Крыловский государственный научный центр»
293
А.М. Кузьмин, С. Г. Чулкин, А. Д. Бреки
Влияние фторированного графена на трение и износ при скольжении
ей 0,01 и 0,1% по массе фторированного графена на 10 суток для пропитки.
Для реализации сравнительного исследования антифрикционных свойств пропитанных образцов, в условиях трения скольжения по круговой траектории по схеме «ролик - плоскость» была использована универсальная машина трения модели ИИ 5018.
При анализе смазочного действия смазочной композиции было отмечено следующее:
1. При создании смазочной композиции полярно-активные молекулы масла адсорбируются на агрегаты из чешуек фторированного графена.
2. В процессе пропитки в поры приникают агрегаты фторированного графена с адсорбированными на них полярно-активными молекулами масла, часть которых адсорбируется на поверхность внутри пор.
3. При контактном взаимодействии пропитанного образца с цилиндром происходит выдавливание смазочной композиции с агрегатами графена, в результате чего происходит взаимодействие полярно-активных веществ адсорбированных на поверхности графена и его чешуек с поверхностью цилиндра.
4. При относительном перемещении трущихся тел трение снижается, с одной стороны, за счёт наличия полярно-активных молекул масла, а с другой стороны, за счёт слабых связей между чешуйками агрегатов фторированного графена.
5. В процессе изнашивания, наряду с частицами износа в зону трения попадают частицы графена, обладающие антифрикционным действием. В связи с этим, смазочные композиции снижают трение лучше, чем базовое смазочное масло.
6. Повышение концентрации в масле агрегатов фторированного графена не приводит к существенному снижению трения относительно меньшей концентрации, что может быть связано с выдавливанием из пор относительно равных объемов смазочного вещества в зону трения, с учётом повышения вязкости [2].
Выводы
На основе проведённого исследования трения скольжения пористого материала на основе меди, пропитанного смазочным маслом с дисперсными частицами фторированного графена можно сделать следующие основные выводы:
1. Закономерности кинетики изменения средней силы внешнего трения скольжения пористого материала на основе меди, пропитанного смазочным маслом с дисперсными частицами фторированного графена по поверхности цилиндра из стали ШХ15 имеют сигмоидально-ступенчатый характер.
2. С увеличением концентрации агрегатов из чешуек фторированного графена в смазочном масле средняя сила и коэффициент трения снижаются.
3. Средняя работа силы трения, а соответственно и энергетические потери на трение, при добавлении в смазочное масло 0,01% агрегатов из чешуек фторированного графена уменьшается на 3720,9 Дж, а при добавлении 0,1% -на 4097,7 Дж.
4. Средний коэффициент трения при добавлении в смазочное масло 0,01% агрегатов из чешуек фторированного графена уменьшается на 27%, а при добавлении 0,1% - на 30%.
5. Для пропитки экономически целесообразно использовать смазочное масло с 0,01% агрегатов из чешуек фторированного графена, поскольку существенное повышение концентрации не приводит к ощутимому антифрикционному эффекту.
Список использованной литературы
1. Соловьев М.Е., Раухваргер А.Б., Савинский Н.Г., Ир-жак В.И. Моделирование и синтез оксида графена из терморасширенного графита // Журнал общей химии. 2017. Т. 87. № 4. С. 677-683.
2. Breki A., Nosonovsky M. Einsteins viscosity equation for nanolubricated friction // Langmuir: the ACS journal of surfaces and colloids. 2018. Т. 34. № 43. P. 12968-12973.
Поступила / Received: 15.11.21 Принята в печать / Accepted: 08.12.21 © Кузьмин А.М., Чулкин С.Г., Бреки А. Д., 2021
294
Труды Крыловского государственного научного центра. Специальный выпуск 1, 2021
