CC BY
20
УДК 621.2.082.18
ВЛИЯНИЕ МИКРОСКОПИЧЕСКИХ ГРИБОВ ASPERGILLUS NIGER НА ТРИБОТЕХНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПЛАСТИЧНОГО СМАЗОЧНОГО МАТЕРИАЛА МАРКИ «ЛИТА»
А. Д. Бреки, С.А.Семенов, Н.Е. Стариков, А.Е. Гвоздев, А.В. Лаврушин
В работе приведены результаты лабораторных исследований влияния микроскопических грибов вида Aspergillus niger на триботехнические свойства пластичного смазочного материала марки ««ЛИТА». Установлено, что пластичный смазочный материал ««ЛИТА» не является грибостойким. Показано, что в случае наличия Aspergillus niger в смазочной среде происходит ухудшение стабильности процесса трения, что выражается в увеличении разброса регистрируемых в опыте значений силы трения.
Ключевые слова: трение, износ, пластичный смазочный материал, Aspergillus niger, смазочный слой, биоповреждение, ветвящийся мицелий.
Известно, что проблема биоповреждений горюче-смазочных материалов, существующая с момента их создания и начала использования, не утратила своей актуальности в настоящее время. Присутствие даже незначительного количества воды (0,01-0,02% или даже ее следов), минеральных загрязнений и благоприятная температура (от 3-15 до 35-40 0С и выше) в нефтепродуктах даёт возможность активно развиваться различным группам микроорганизмов [1]. Скорость и глубина микробиологического окисления нефтепродуктов зависят от их углеводородного состава. При этом, нефтепродукты, содержащие меньшее количество живых организмов, проявляют более высокую биостойкость, чем продукты, содержащие их в большем количестве. Только 30 - 40% микроорганизмов, выделенных из нефтепродуктов, способны разрушать масла, а остальные находятся в пассивной форме [2]. Известно, что углеводороды, имеющие линейное строение молекул, быстрее разрушаются активными микроорганизмами, чем их разветвленные изомеры. Алифатические (парафиновые) углеводороды чаще менее биостойкие, чем ароматические, поэтому и топлива, содержащие в основном парафиновые углеводороды, могут разрушаться активными микроорганизмами быстрее, чем содержащие большее количество ароматических соединений. Среди различных видов нефтяных топлив более биостойкие - легкие дистилляционные топлива - бензины, менее стойкие керосины [1, 3]. Подвержены биоповреждениям не только смазочные масла и топлива, но и пластичные смазочные материалы (ПСМ) различного состава и назначения [4, 5]. Особое место среди них занимают пластичные смазочные материалы триботехнического назначения. Влияние микроорганизмов на триботехнические свойства ПСМ изучено ещё недостаточно, в связи с чем необходимо проведение исследований в данном направлении, поскольку от качества ПСМ зависит надёжность работы различных машин и механизмов.
Материалы и методы исследования
В границах данной работы приведены результаты исследований трения скольжения одного шара из стали марки ШХ15 по трём таким же покоящимся шарам в среде базового смазочного материала марки «ЛИТА» и в среде этого же ПСМ, содержащего ветвящийся мицелий грибов АspergШus niger (рис. 1).
Рис. 1. Внешний вид Aspergillus niger
Грибы aspergillus niger способны прижиться и разрастись в колонию даже при температуре свыше +40 0С Споры Аspergillus niger присутствуют повсеместно, кроме областей полной стерильности или вакуума.
Пластичный смазочный материал «ЛИТА» относится к морозостойким, многоцелевым смазкам, предназначенным для применения в различных ответственных узлах трения: в подшипниках качения и скольжения, нагруженных зубчатых передачах, направляющих и других механизмах, эксплуатируемых под открытым небом в зимнее и летнее время во всех климатических зонах. Температурный интервал применения ПСМ «ЛИТА» достаточно широк: от минус 50 0С до плюс 100 0С. С учётом такой широкой области применения и условий эксплуатации, «ЛИТА» является потенциальной благоприятной средой для жизни колонии Аspergillus niger.
Перед проведением триботехнических исследований определили грибостойкость ПСМ «ЛИТА» в соответствии с ГОСТ 9.052-88 (метод 1) с увеличением срока инкубирования заражённых грибами образцов свыше 90 суток при температуре +29±2 0С. Образцы смазки «ЛИТА», нанесённые на дно чашек Петри, заражали водной суспензией спор грибов, выдерживали в условиях, оптимальных для развития грибов, с последующим визу-
109
альным определением признаков их развития на образцах (грибостойко-сти). Смазка является грибостойкой (ГОСТ 9.052-88, метод 1), если после 56 суток инкубирования признаки развития грибов на образцах отсутствуют при осмотре под микроскопом при 50-60-кратном увеличении. После проведения осмотра были обнаружены признаки развития АspergШus ^ег.
Полученные образцы - базовый ПСМ «ЛИТА» и «ЛИТА + Аspergillus ^ег» использовали для триботехнических исследований.
Испытания образцов проводили по схеме, реализуемой на чёты-рёхшариковой машине трения (рис.2).
Элементами узла трения являются 4 шарика подшипников ГОСТ 3722, выполненные из материала «сталь ШХ15», диаметром 12,7 мм. Три шарика закладывали в нижнюю ёмкость и жёстко фиксировали с помощью сепаратора и гайки. Далее в ёмкость с шариками закладывали испытуемые смазочные материалы ПСМ «ЛИТА» и «ЛИТА + Аspergillus ^ег». В шпинделе устанавливали цангу с верхним шариком, после чего устанавливали его контакт с нижними шариками через ПСМ под нагрузкой 200Н. Далее приводили в движение шпиндель с частотой вращения (1460±70) мин-1. Время одного испытания составляло 12 мин. В процессе каждого испытания регистрировалась сила трения. Трение реализовыва-лось в трёх площадках контакта (по Герцу) при движении по круговой траектории.
Результаты и их обсуждение
Вначале исследовали трение и износ шариков из стали ШХ15 в среде базового пластичного смазочного материала «ЛИТА». Зависимость силы трения скольжения от времени для ПСМ «ЛИТА» показана на рис. 3.
Цзнга (фиксация
п Шпиндель (подвижный эпемент)
Рис. 2. Схема испытаний на четырёхшариковой машине трения
Аналитически данную зависимость для ПСМ «ЛИТА» можно выразить с использованием следующей функции:
16,3 0,4 0,5
F =
1 тр
+
- +-
1 + exp(-5,2í) 1 + exp(-0,2(í -0,5 3.6
+
100)) ' 1 + exp(-0,3(í - 250))
0,5
+
(1)
1 + ехр(-0,2(Г - 400)) 1 + ехр(-0,12(Г - 535)) 1 + ехр(-0,2(Г - 600))
Из (1) видно, что до значения ? ~ 535 с сила трения несколько раз ступенчато увеличивается на небольшие величины, а затем скачкообразно падает и стабилизируется. На рис.4 показан график функции плотности вероятности величины силы трения в результате испытания ПСМ «ЛИТА». Аппроксимирующая функция плотности вероятности (функция Гаусса) на интервале до 535 с имеет вид:
С 2 А
1 ^ | (Ртр -17,1)2
f ( Fmp )
0,66 • V2P
exp
2 • (0,66)2
(2)
30 27 24
К
К 18 ñ
i 15
i 3
и 6
о
■ л ** л * •
.. . 1 > • «■ л
> •
• »
О 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750
Время трения, с
Рис. 3. Зависимость силы трения скольжения для ПСМ «ЛИТА» от времени фрикционного взаимодействия
Из (2) видно, что среднеквадратическое отклонение составляет 0,66 Н, а дисперсия силы трения составляет 0,436 Н. После 535 с среднее значение силы трения падает, среднеквадратическое отклонение составляет 0,571 Н, а дисперсия уменьшается до 0,326 Н (рис. 4).
111
Рис.4. Плотность вероятности величины силы трения в результате
испытания «ЛИТА»
Соответственно функция Гаусса после уменьшения силы трения:
I( ^тр )
1
0,2571 -л/2р
ехр
(^ -13,75)'
2 • (0,571)
2
(3)
Зависимость силы трения скольжения от времени для ПСМ «ЛИТА+ Аspergillus ^ег» показана на рис. 5.
Рис. 5. Зависимость силы трения скольжения для ПСМ «ЛИТА+ азрв^Шш niger» от времени фрикционного взаимодействия
112
Аналитически данную зависимость для ПСМ «ЛИТА + АspergШus niger» можно выразить с использованием следующей функции:
Fmp«=1+exph;2ö. (4)
График функции плотности вероятности для силы трения при испытании ПСМ «ЛИТА + Аspergillus niger» показан на рис. 6.
Рис. 6. Плотность вероятности величины силы трения в результате испытания «ЛИТА + Азре^Шш niger»
Аппроксимирующая функция плотности вероятности в этом случае имеет следующий вид:
f ( Fmp )
1
1,95 • V2P
• exp
(Fmp -17,1)'
2 • (3,8)
2
(5)
Из (5) видно, что среднеквадратическое отклонение составляет 1,95Н, а дисперсия силы трения составляет 3,8Н.
Диаметры лунок износа на нижних шариках, образовавшихся в результате испытаний ПСМ приведены в таблице.
Диаметры лунок износа на нижних шариках
№ ЛИТА ЛИТА + Авре^Шш niger
1 0,5мм 0,5мм
2 0,5мм 0,4мм
3 0,45мм 0,45мм
Из таблицы видно, что существенной разницы по противоизносным свойствам между испытуемыми образцами ПСМ не обнаружено.
113
Выводы
На основании проведённого лабораторного исследования можно сделать следующие основные выводы:
1. В результате испытаний пластичного смазочного материала ЛИТА в соответствии с ГОСТ 9.052-88 (метод 1) обнаружен ветвящийся мицелий грибов более чем на 50% поверхности, при этом отчётливо видны при увеличении х50 конидиеносцы с шаровидным вздутием и конидиями почти чёрного цвета, характерными для грибов вида Aspergillus ^ег, таким образом, смазка является не грибостойкой.
2. В результате сравнительных лабораторных триботехнических испытаний установлено, что наличие микроскопических грибов Aspergillus ^ег в смазке ЛИТА способствует повышению дисперсии силы трения в 8,7-11,7 раз. Такое увеличение говорит о снижении стабильности фрикционного взаимодействия, несмотря на то, что средние значения силы трения на интервале всего испытания близки по величине.
3. Износ, образовавшийся в результате испытания пластичного смазочного материала «ЛИТА» и «ЛИТА + Аspergillus ^ег» практически не отличается по величине, что может быть связано с дискретным экранированием поверхностей трения мицелием микроскопических грибов Aspergillus ^ег, несмотря на нарушение ими целостности смазочного слоя.
Полученные результаты могут быть использованы при дальнейших исследованиях механизма повреждаемости конструкционных материалов, средств их защиты в результате воздействия микроорганизмов-деструкторов, а также по создании ресурсосберегающих процессов обработки материалов [6-18].
Работа выполнена по проекту №11.6682.2017/8.9.
Список литературы
1. Ильичев В. Д. Биоповреждения: учеб. пособие для биолог. спец. / отв. ред. В.Д. Ильчев. М.: Высш. шк., 1987. 352 с.
2. Бреки А. Д. Триботехнические свойства модифицированных смазочных масел: дис. ... канд. техн. наук: 05.02.04 / Бреки Александр Джа-люльевич. Санкт-Петербург, 2011. 161 с.
3. Ямпольская Т.Д., Шахалай Т.В. Биоповреждения горючесмазочных материалов в условиях северных регионов // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2010. Т. 12. №1(5). С. 1250-1255.
4. Коррозия легированных сталей под консервационными смазками в присутствии микроорганизмов / А.С. Волков, Н.Е. Стариков, А.В. Миша-ков, В.А. Алферов, Э.В. Пекар, С.Ф. Хлебникова // Защита металлов. 2003. Т. 39. № 4. С. 403-409.
5. Стариков Н.Е., Гвоздев А.Е., Фомичева Н.Б. Микробная коррозия сталей в присутствии консервационных составов // Коррозия: материалы, защита. 2005. № 1. С. 37-40.
6. Features of softening processes of aluminum, copper, and their alloys under hot deformation // A.E. Gvozdev, D.N. Bogolyubova, N.N. Sergeev, A.G. Kolmakov, D.A. Provotorov, I.V. Tikhonova // Inorganic Materials: Applied Research. 2015. T. 6. № 1. P. 32-40.
7. Role of nucleation in the of first-order phase transformations / A.E. Gvozdev, N.N. Sergeyev, I.V. Minayev, A.G. Kolmakov, I.V. Tikhonova // Inorganic Materials: Applied Research. 2015. T. 6. № 4. P. 283-288.
8. Синтез и триботехнические свойства композиционного покрытия с матрицей из полиимида (Р-ООО)ФТ и наполнителем из наночастиц дисульфида вольфрама при сухом трении скольжения / А.Д. Бреки, А. Л. Диденко, В.В. Кудрявцев, Е.С. Васильева, О.В. Толочко, А.Г. Колма-ков, А.Е. Гвоздев, Д.А. Провоторов, Н.Е. Стариков, Ю.А. Фадин // Материаловедение. 2016. № 4. С. 44-48.
9. Стариков Н.Е., Григорьев И.А., Шевченко П.Г. Воздействие факторов окружающей среды на изменение свойств конструкционных материалов // Известия ТулГУ. Серия «Физика», 2005. Вып. 5. С. 184-192.
10. Стариков Н.Е., Виноградов С.Н. Исследования по повышению стойкости вооружения и военной техники к воздействию микробиологического фактора // Известия Тульского государственного университета. Технические науки, 2012. Вып. 11. Ч. 1. С. 342-347.
11. Стариков Н.Е., Виноградов С.Н. Результаты комплексных исследований воздействия процессов коррозии и биоповреждений на материалы вооружения // «Оборонная техника». № 1-2. М.: Изд-во ФГУП «НТЦ «Информтехника», 2013. С. 57-65.
12. Temperature distribution and structure in the heat-affected zone for steel sheets after laser cutting / A.E. Gvozdev, N.N. Sergeyev, I.V. Minayev, I.V. Tikhonova, A.N. Sergeyev, D.M. Khonelidze, D.V. Maliy, I.V. Golyshev, A.G. Kolmakov, D.A. Provotorov // Inorganic Materials: Applied Research. 2017. T. 8. № 1. С. 148-152.
13. Вариант определения максимального пластического упрочнения в инструментальных сталях / Г.М. Журавлев, А.Е. Гвоздев, А.Е. Чеглов, Н.Н. Сергеев, О.М. Губанов // Сталь. 2017. № 6. С. 26-39.
14. On friction of metallic materials with consideration for superplastici-ty phenomenon / A.D. Breki, A.E. Gvozdev, A.G. Kolmakov, N.E. Starikov, D.A. Provotorov, N.N. Sergeyev, D.M. Khonelidze // Inorganic Materials: Applied Research. 2017. Т. 8. № 1. С. 126-129.
15. Synthesis and dry sliding behavior of composite coating with (R-OOO)FT polyimide matrix and tungsten disulfide nanoparticle filler / A.D. Breki, A.L. Didenko, V.V. Kudryavtsev, E.S. Vasilyeva, O.V. Tolochko, A.G. Kolmakov, A.E. Gvozdev, D.A. Provotorov, N.E. Starikov, Yu.A. Fadin // Inorganic Materials: Applied Research. 2017. Т. 8. № 1. С. 32-36.
115
16. Composite coatings based on A-OOO polyimide and WS2 nanoparti-cles with enhanced dry sliding characteristics / A.D. Breki, A.L. Didenko, V.V. Kudryavtsev, E.S. Vasilyeva, O.V. Tolochko, A.E. Gvozdev, N.N. Ser-geyev, D.A. Provotorov, N.E. Starikov, Yu.A. Fadin, A.G. Kolmakov // Inorganic Materials: Applied Research. 2017. Т. 8. № 1. С. 56-59.
17. Maximum plastic strengthening in tool steels / G.M. Zhuravlev, A.E. Gvozdev, A.E. Cheglov, N.N. Sergeev, O.M. Gubanov // Steel in Translation. 2017. Vol. 47. № 6. P 399-411.
18. Распределение температур и структура в зоне термического влияния для стальных листов после лазерной резки / А.Е. Гвоздев, Н.Н. Сергеев, И.В. Минаев, А.Г. Колмаков, И.В. Тихонова, А.Н. Сергеев, Д. А. Провоторов, Д.М. Хонелидзе, Д.В. Малий, И.В. Голышев // Материаловедение. 2016. № 9. С. 3-7.
Бреки Александр Джалюльевич, канд. техн. наук, доцент, зам. зав. кафедрой МиОК, с.н.с. лаборатории ИЭС, albreki@yandex. ru, Россия, Санкт-Петербург, Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, Институт проблем машиноведения РАН,
Семенов Сергей Александрович, д-р техн. наук, старший научный сотрудник, starikov taiiamail.ru, Россия, Люберцы, Центральный научно-исследовательский институт Военно-воздушных сил Министерства обороны Российской Федерации,
Стариков Николай Евгеньевич, д-р техн. наук, профессор, starikov taii a mail. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Гвоздев Александр Евгеньевич, д-р техн. наук, профессор, gwozdew.alexandr2013@yandex.ru, Россия, Тула, Тульский государственный педагогический университет им. Л. Н. Толстого,
Лаврушин Алексей Валентинович, адъюнкт, lavruchin. 78@mail.ru, Россия, Рязань, Рязанское гвардейское высшее воздушно-десантное командное училище
THE INFLUENCE OF MICROSCOPIC MUSHROOMS OF ASPERGILLUS NIGER ON THE TRIBOLOGICAL PROPERTIES OF PLASTIC LUBRICANTS MATERIAL BRAND «LITA»
A.D. Breki, S.A. Semenov, N.E. Starikov, A.E. Gvozdev, A. V. Lavrushin
The paper presents the results of laboratory studies of the effect of branching mycelium of fungi of the Aspergillus niger species on the tribological properties of the plastic lubricant of the LITA brand. It is established that the plastic lubricant "LITA " is not mushroom-resistant. It is shown that in the case of Aspergillus niger in the lubricant environment, the stability of the friction process is deteriorating, which is expressed in an increase in the dispersion of the friction force values recorded in the experiment.
Key words: friction, wear, plastic lubricant, Aspergillus niger, lubrication layer, bio-deterioration, branching mycelium.
Breki Alexander Dzhalyulyevich, candidate of technical science, docent, deputy department chair of MIOK, senior research associate of IES laboratory, albrekiayandex. ru, Russia, St. Petersburg, Peter the Great St.Petersburg Polytechnic University, Institute of problems of engineering science ofRAS,
Semenov Sergey Aleksandrovich, doctor of technical sciences, senior researcher, starikov_taii@,mail.ru, Russia, Lyubertsy, Central Research Institute of the Air Force of the Ministry of Defense of the Russian Federation,
Starikov Nikolay Evgenievich, doctor of technical sciences, professor, starikov_taii@,mail. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Gvozdev Aleksandr Evgen'yevich, doctor of technical science, professor, gwozdew.alexandr2013@yandex.ru, Russia, Tula, Tula State Lev Tolstoy Pedagogical University,
Lavrushin Alexey Valentinovich, adjunct, lavruchin. 78@mail.ru, Russia, Ryazan, Guards of the Ryazan higher airborne command school
УДК 539.4; 620.1; 621.78
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ЛЕГИРОВАНИЯ
НА МЕХАНИЧЕСКИЕ И КОРРОЗИОННЫЕ СВОЙСТВА АРМАТУРНОГО ПРОКАТА
Н.Н. Сергеев, А.Н. Сергеев, А.Е. Гвоздев, А.Н. Чуканов, С.Н. Кутепов, О.В. Пантюхин
В статье рассмотрено влияние легирующих элементов на чувствительность арматурных сталей к коррозионно-механическому разрушению и их механические характеристики. Установлено, что легирование термоупрочненного арматурного проката Mo, Bo и Ti приводит к мелкозернистой структуре с равномерно распределенными карбидами, стабилизирует субструктуру, замедляет диффузию водорода и тем самым снижает восприимчивость высокопрочных арматурных стержней к водородному растрескиванию.
Ключевые слова: легирование, арматурная сталь, коррозионное растрескивание под напряжением, водородное растрескивание.
Выпускаемая в настоящее время металлургической промышленностью стержневая арматура, термически упрочненная с прокатного нагрева из малоуглеродистых и низколегированных сталей, используемая при создании и возведении ответственных композиционных железобетонных конструкций, имеет высокий уровень физико-механических характеристик. Несмотря на это хрупкое разрушение напрягаемой стержневой арматуры остается серьезной научной проблемой, связанной в первую очередь с проникновением в сталь водорода при ее выплавке или в процессе нанесения защитных гальванических покрытий [1-3].
117
