CC BY
58
Вестник ХНАДУ, вып. 51, 2010 Ц
УДК 621.891
ВПЛИВ ПОЛ1МЕРИЗАЦШНО1 ЗДАТНОСТ1 ОЛИВ НА ШТЕНСИВШСТЬ ЗНОШУВАННЯ ТА М1КРОТВЕРД1СТЬ ПОВЕРХНЕВИХ ШАР1В СТАЛ1
Анотаця. Встановлено, що у мгру формування граничних адсорбцШних шаргв ттенсивтсть зношування знижуеться в середньому на 62 %. Сформован граничш miern тдвищують MiK-ротверд1сть контактних поверхонь, а полiмеризацiйна здаттсть молекул фулерену С60 вияв-ляеться такожу збшьшенм ефективног в граничних шарiв.
Ключовi слова: зношування, мтротвердтть, фулерен С60, трансмiсiйна олива, контактне на-пруження.
ВЛИЯНИЕ ПОЛИМЕРИЗАЦИОННОЙ СПОСОБНОСТИ МАСЕЛ НА ИНТЕНСИВНОСТЬ ИЗНАШИВАНИЯ И МИКРОТВЕРДОСТЬ ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЕВ СТАЛИ
Н.Ф. Дмитриченко, профессор, д.т.н., А.И. Кущ, ассистент, В.И. Лизанец, аспирант, Ю.А. Турица, аспирант, Национальный транспортный университет, г. Киев
Аннотация. Установлено, что по мере формирования граничных адсорбционных слоев интенсивность изнашивания снижается в среднем на 62 %. Сформированные граничные пленки повышают микротвердость контактных поверхностей, а полимеризационная способность молекул фуллерена С60 проявляется также в увеличении эффективной вязкости поверхностных слоев.
Ключевые слова: изнашивание, микротвердость, фуллерен С60, трансмиссионное масло, контактное напряжение.
INFLUENCE OF POLYMERIZATIONAL OILS ABILITY ON INTENSITY OF WEAR PROCESS AND MICROHARDNESS OF CONTACT
STEEL LAYERS
N. Dmytrychenko, Professor, Doctor of Technical Science,
A. Kusch, assistant, V. Lizanets, graduate, Y. Turytsia, graduate, National Transport University, Kyiv
Abstract. This work determines that the formation of boundary adsorbed layers decreases the intensity of wear process on the average by 62 %. The boundary films raise microhardness of contact surfaces, and polymerizational ability of fullerene С60 molecules increases the effective viscosity of boundary layers.
Key words: wear process, microhardness, fullerene С60, transmission oil, contact pressure.
М.Ф. Дмитриченко, професор, д.т.н., О.1. Кущ, асистент, В.1. Лпанець, асшрант, Ю.О. Туриця, асшрант, Нацюнальний транспортний ушверситет, м. Кшв
Виршальну роль у процес захисту i вщнов-лення поверхонь пар тертя вщграють амор-
Вступ
фш утворення молекул вуглецю С60 (фулере-ни), здатш до плавлення i кристатзаци при виникненш гiдродинамiчного тиску.
Аналiз публжацш
Фулерен е по суп новою формою вуглецю. Молекула фулерену С6о - органiчна молекула, яка мютить фрагменти з п'ятикратною симетрiею (пентагони), а кристал, утворений такими молекулами (фулерит), - це молеку-лярний кристал, який е сполучною ланкою мiж оргашчною i неорганiчною речовиною [1]. Пiсля кристатзацп в поверхневому шарi матерiалiв пар тертя створюеться тонкоптв-кова субстанщя, яка захищае вiд електро-хiмiчно! корозп, водневого «окрихчування» i мае тдвищену мiкротвердiсть (до 70 %). Створена поверхня одночасно може мати чистоту обробки до 14-го класу, зростае ад-гезiя моторно! оливи [2]. При цьому зшма-ються залишковi напруження вихiдного ма-терiалу деталей, що виникають при мехашчнш i термiчнiй обробцi в процес !х виготовлення. В роботi [3] вказуеться на мо-жливiсть застосування фулеренiв в якостi антифрикцiйних покритпв, твердих масти-льних матерiалiв i присадок до змащуваль-них олив.
Мета дослщження
Встановлення взаемозв'язку мiж штенсивш-стю зношування пар тертя при використанш змащувального матерiалу з добавкою фулерену i без нього та змшою мiкротвердостi поверхневих шарiв залежно вiд змiнних на-пружень.
Методика випробувань
Дослiдження проводили на машиш тертя СМЦ-2 в нестацюнарному режимi - цикли пуск (4,5 с) - зупинка (3 с) чергувалися; максимальна обертова швидюсть у перюд пуску у сталому режимi складала 1,04 м/с (проков-зування - 15 %). Максимальш контактнi напруження по Герцу дорiвнювали 250, 400, 550 i 650 МПа. В якосп зразкiв використову-валися ролики (а? = 50 мм) зi стат 45. Залежно вiд мехашчно! обробки первинна шорст-кiсть контактних поверхонь Яа складала: при абразивному доведенш поверхонь - 0,1 мкм; при круглому шлiфуванm - 0,33 мкм i 0,7 мкм; при фрезеруванш - 1,0 мкм.
Результати дослщжень
Введення у трансмiсiйну оливу ТАД-^ 0,1 % нанодисперсно! добавки фулерену тд-
вищуе зносостiйкiсть контактних поверхонь в перюд припрацювання, при формуванш оптимально! топографп поверхонь пар тертя. В експеримент нами виявлено загальну тен-денцiю зносу випереджаючого i вiдстаючого зразкiв, незалежно вщ типу змащувального матерiалу i контактного напруження, - штен-сивнiсть зношування вщстаючого зразка е значно вищою за аналогiчний параметр, вста-новлений для випереджаючого зразка. Штенсившсть зношування вiдстаючого зразка при змащуванш контактних поверхонь чистою оливою ТАД-17^ незалежно вiд первинно! шорсткостi, при отах 250, 400, 550 i 650 МПа перевищуе iнтенсивнiсть зношування випереджаючого зразка вщповщно на 20 %, 28 %, 32 % i 35 %.
За пiдвищення контактного напруження з 250 до 650 МПа сумарна штенсившсть зношування пар тертя при використанш змащувального матерiалу ТАД-^ як без нанодисперсно! добавки фулерену, так i з фулереном поступово збшьшуеться (рис. 1). Але при до-даванш фулерену штенсившсть зношування контактних поверхонь знижуеться в серед-ньому на 40 - 45 % у порiвняннi з роботою в оливi без добавки (рис. 1).
1 х10 -
400
-|*а 0,1 0,33-
550
-Ра 0,7-
650 0"т1х, МПа -Ра 1,0
Рис. 1. 1нтенсивнють зношування контактних поверхонь у початковий перюд припрацювання при застосуванш оливи ТАД-^ з нанодисперсною добавкою фулерену С60 та без не!
Для пар тертя з первинною Яа 0,1 мкм змен-шення цього параметра становить 34-37 %. Ми вважаемо, що в умовах гiдродинамiчного режиму змащувально! дп, характерно! для перюду припрацювання цих контактних поверхонь, не вщбуваеться оптимально! акти-вацi! молекул фулерену, внаслщок чого зни-жуеться !х полiмеризацiйна активнiсть. До закiнчення перюду припрацювання, який
3,5
3
2,5
Вестник ХНАДУ, вып. Si, 2010
47
хaрaктеризyeться змiшaним режимом змaщy-вaльноï дiï, iнтенсивнiсть зношyвaння знижу-еться в середньому Ha 62 %. Тaкож було встaновлено пiдвищення полiмеризaцiйноï aктивностi компонентiв змaщyвaльного мa-терiaлy й утворення стiйких грaничних змa-щyвaльних шaрiв y резyльтaтi a^ma^i' поверхонь тертя 3a рaхyнок розриву <^re-зiйних мютюв» при зрyшyвaннi.
Сформовaнi грaничнi плiвки пiдвищyють зносостшюсть контaктних поверхонь. Коре-ляцiйнa зaлежнiсть приросту товщини плiвки i зменшення iнтенсивностi зношyвaння пота-зaнi m рис. 2.
ДА, мкм
Д1,%
1 Ra, мкм
Рис. 2. Взaeмозв'язок приросту aдсорбцiйно-го шaрy ДА тa зменшення штенсивносп зношyвaння пaр тертя Д1 при змaщyвaн-нi оливою ТАД-Hi (cmax = 65 G Mna) з додaвaнням фулерену
При контaктномy тапруженш 65 G Mna тов-щинa aдсорбцiйних шaрiв, якi утворилися нa поверхш метaлy при змaщyвaннi ïx оливою з добaвкою фулерену, пiдвищyeться m G,G7; G,Gi9; G,35 i G,45 мкм, для поверхонь з Ra G,i:G,33:G,7:i,G мкм вiдповiдно. По зaкiнченнi перiодy припрaцювaння для цих поверхонь зниження стaлоï iнтенсивностi зношyвaння, в порiвняннi з використaнням чистоï оливи, становить нa 36 %; 27 %; 45 % i 48 % для поверхонь з рiзною вихщною шорстюстю.
Ми ввaжaeмо, що провiднa роль в шдвищен-нi зносостiйкостi контaктниx поверхонь y перюд припрaцювaння при використaннi змaщyвaльного мaтерiaлy з добaвкою нaле-жить полiмеризaцiйним влaстивостям молекул фулерену C6G [4, 5].
При додaвaннi y трaнсмiсiйнy оливу ТАД-i7i нaнодисперсноï добaвки фулерену C6G вста-новлено тдвищення мiкротвердостi поверх-
невого шaрy метaлy як нa випереджaючiй, тaк i нa вiдстaючiй поверxнi в дiaпaзонi до-слiджyвaного нaвaнтaження, незaлежно вiд почaтковоï шорсткостi пaр тертя.
Молекули фулерену C6G структурують ipa-ничнi aдсорбцiйнi шaри, пiдвищyючи ïx про-тизношyвaльнi влaстивостi. Зниження штен-сивностi зношyвaння контaктниx поверхонь зaбезпечye формyвaння стaбiльноï змiцненоï сyбмiкрострyктyри в поверхневих шaрax метaлy.
Стрyктyризaцiя грaничниx шaрiв зa рaxyнок полiмеризaцiйноï здaтностi молекул фулерену C6G виявлясться тaкож y збiльшеннi ефек-тивноï в'язкостi Iрaничноï плiвки y мiрy та-прaцювaння. Ha рис. 3 представлено прирiст ефективноï в'язкостi в контакт тa мшротвер-достi при додaвaннi y трaнсмiсiйнy оливу ТАД-Hi фулерену C6G в перiод припрaцю-вaння.
Ha контaктниx поверхнях з почaтковою шор-сткiстю Ra = G,7 мкм створюються оптимaль-ш умови, що зaбезпечyють формyвaння ефе-ктивноï полiмеризaцiйноï плiвки нa всш площi контaктy, незaлежно вiд нaвaнтaження.
Рис. 3. Вплив стрyктyризaцiï грaничниx пл> вок нa прирiст ефективноï в'язкостi тa мiкротвердостi поверхневих шaрiв
Висновки
i. Додaвaння до оливи ТАД-^Gi шнодиспе-рсного фулерену C6G y кiлькостi G, i % в перюд припрaцювaння знaчно збшьшуе товщи-ну aдс0рбцiйн0I0 шaрy, шдвищуе ефективну в'язкiсть Iрaничноï плiвки i змщнюе поверх-невi шaри металу пaр тертя.
0.5
50
■ • 50
0.4
- ■ 40
0.3
- ■ 30
0.2
■ • 20
0.1
10
0
0
2. Наслщком цих процешв е суттеве (до 50 %) зниження штенсивност зношування.
Лiтература
1. Балабанов В.И. Безразборный сервис ав-
томобиля / В.И. Балабанов, В.И. Бекле-мышев, А.Г. Гамидов, С.А. Ищенко, И.И. Махонин, К.В. Филиппов. - М. : Известия, 2007. - 272 с.
2. Соболев В.В. Электронная структура фул-
лерита С60 / В.В. Соболев, Е.Л. Бысыгин // Физика твердого тела. - 1996. - Т. 41, № 6.- С. 365-375.
3. Денисова Н.Е. Триботехническое материа-
ловедение и триботехнология / Н. Е. Денисова, В. А. Шорин, И.Н. Гонтарь, НИ. Волчихина, Н.С. Шорина. - Пенза, 2006. - 247 с.
4. Витязь П.А. Нанокристаллические алмазы
и перспективы их использования /
П.А. Витязь // Наноструктурные материалы : получения и свойства : материалы семинара «Наноструктурные материалы - 2000 : Белорусь-Россия, 30-31 мая 2000 г. - Минск : НАНБ, 2000. -С. 8-20.
5. Israelachvili J.N. Меа8игешеп1 of forces of two mica surfaces in aqueos electrolyte in the range 0-100 nm / J.N. Israelachvili // J. Chem Soc. Faraday Trancact. - 1978. -Vol. 74, № 10. - P. 975-1001.
Рецензент: B.I. Мощенок, професор, к.т.н., ХНАДУ.
Стаття надшшла до редакци 20 серпня 2010 р.
