Влияние размера частиц ультрадисперсного наполнителя на эксплуатационные свойства пластичных смазочных материалов Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Решетневские чтения. 2013

20 10

£ „ щ 0

-10

-20

- --- vldFeB Г = 295 К - - -^-1-

1 . 1

1 -

-20000 -10000 10000 20000

Н, Ое

0,0004

0,0002

з

Е

о) 0,0000

-0,0002

-0,0004

Ni/Ge —■—i—■— -?- •

T = 295 K f к Щ ш

t * * А • • • • •

i • ■ • Л

-fe ы> . W Л

7*

-1- -

-200

-100

0

Н, Ое

100

200

Полевые зависимости магнитного момента NdF eB и плёнки Ni/Ge

Широкий динамический диапазон прибора даёт возможность исследовать самые разнородные материалы. В качестве примера на рисунке представлены магнитополевые зависимости магнитного момента для объёмного образца сплава NdFeB и для тонкоплёночной структуры Ni/Ge, снятые при комнатной температуре.

Библиографические ссылки

1. Пузей И. М., Сабинин П. Г. Электромагнит для физико-химических исследований // ПТЭ. 1960. № 1. С. 104-109.

2. Пат. РФ № 2339965. Вибрационный магнитометр / Д. А. Великанов. Опубл. 27.11.2008. Бюл. № 33.

3. Пат. РФ № 2341810. Вибрационный магнитометр / Д. А. Великанов. Опубл. 20.12.2008. Бюл. № 35.

4. Noakes J. E., Arrott A., Haakana C. Vibrating Sample Magnetometers // Rev. Sci. Instrum. 1968. Vol. 39, no 10. P. 1436-1438.

References

1. Puzey I. М., Sabinin P. G. Electromagnit dlja fiziko-himicheskih issledovaniy (Electromagnet for physico-chemical studies). PTE, 1960, № 1, pp. 104-109.

2. Velikanov D. A. Vibratsionnyy magnitometr (Vibrating Sample Magnetometer). Patent RF № 2339965, publ. 27.11.2008, bull. № 33.

2. Velikanov D. A. Vibratsionnyy magnitometr (Vibrating Sample Magnetometer). Patent RF № 2341810, publ. 20.12.2008, bull. № 35.

4. Noakes J. E., Arrott A., Haakana C. Vibrating Sample Magnetometers. Rev. Sci. Instrum, 1968, vol. 39, no 10, pp. 1436-1438.

© Великанов Д. А., 2013

УДК 621.892

ВЛИЯНИЕ РАЗМЕРА ЧАСТИЦ УЛЬТРАДИСПЕРСНОГО НАПОЛНИТЕЛЯ НА ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА ПЛАСТИЧНЫХ СМАЗОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ

С. Г. Докшанин

Сибирский федеральный университет Россия, 660074, Красноярск, ул. Киренского, 26. E-mail: Sergey_dokshanin@mail.ru

Рассматривается возможность повышения трибологических свойств пластичных смазочных материалов за счет введения ультрадисперсного наполнителя. Приведены результаты исследований, предложена математическая модель распределения температуры.

Ключевые слова: пластичный смазочный материал, антифрикционные свойства, ультрадисперсная добавка, узел трения.

EFFECT OF PARTICLE SIZE OF ULTRA-DISPERSE FILLER ON PERFORMANCE

PROPERTIES OF GREASE

S. G. Dokshanin

Siberian Federal University 26 Kirenskiy str., Krasnoyarsk, 660074, Russia. E-mail: Sergey_dokshanin@mail.ru

Наноматериалы и нанотехнологии в аэрокосмической области

The possibility to use ultra-disperse powder as filler in grease is considered. It is shown that the use of such fillers improves the frictional properties of greases. The results of measurements of temperature in the friction units for fillers with particles of different sizes are presented. A mathematical model of temperature distribution in the case of such grease is proposed.

Keywords: grease, antifrictional properties, ultra-disperse additives, friction unit

Общая для всех областей техники проблема, которая до настоящего времени стоит при эксплуатации машин, механизмов, аппаратов и приборов - это снижение трения. Решение данной проблемы способствует повышению надежности и долговечности оборудования, уменьшению энергозатрат, повышению мощности. Долговечность узлов трения машин, механизмов, аппаратов и приборов, является одной из важнейших проблем современного машиностроения, поскольку до 80 % отказов связаны с процессами трения.

Этот вопрос прямо зависит от качества применяемых смазочных материалов. Одним из важнейших факторов, определяющих надежность и долговечность деталей машин и оборудования, является способность смазочного материала защищать трущиеся поверхности от износа, снижать потери на трение, предохранять поверхности от нагрева и уменьшать тепловыделение, оказывать демпфирующее действие, защищать от коррозии и воздействия окружающей среды [1]. Правильный подбор и применение смазочных материалов, улучшение их смазочных свойств или создание новых высокоэффективных смазочных материалов - современные пути решения проблемы увеличения ресурса работы узлов.

Одним из вариантов улучшения эксплуатационных качеств смазочных материалов является введение в их состав различного вида твердых веществ, которые при ужесточении эксплуатационных режимов обеспечивают смазочному материалу высокие антифрикционные и противоизносные свойства. Весьма перспективным считается применение в качестве наполнителя ультрадисперсного порошка алмазографи-та (УДПАГ), для которого характерна высокая адгезионная способность к металлическим поверхностям за счет повышенной поверхностной энергии [2].

Цель проводимых исследований - оценка возможности использования ультрадисперсного порошка алмазографита для улучшения эксплуатационных свойств пластичных смазочных материалов. В данной работе приводятся некоторые результаты лабораторных исследований, связанных с подбором оптимального состава получаемых смазочных композиций. Задача данного этапа заключалась в определении смазочных свойств новых смазочных композиций с порошком различных фракций, а также построении математической модели процесса изменения температуры от размера частиц вводимого наполнителя.

Для создания смазочных композиций использовался многоцелевой пластичный смазочный материал Литол-24, в качестве наполнителя использовался УДПАГ, полученный методом детонационного синтеза в среде углекислого газа. В испытаниях использовали ультрадисперсный наполнитель двух фракций -с размером частиц до 100 нм (фракция Ф-1) и 100-300

нм (фракция Ф-2). Концентрация УДПАГ составляла от 0,1 до 5 % от массы смазочного материала. Испытания проводились на лабораторной установке по схеме «диск-колодка» при трении неподвижного образца о боковую поверхность вращающегося диска. Образцы и диск изготавливались из стали 45 с последующей термообработкой до HRC 45-50. Скорость скольжения образца составляла 1,13 м/с, нагрузка изменялась в диапазоне от 0,75 до 2,5 кН.

В процессе испытания с помощью хромель-копелевой термопары регистрировалось изменение температуры образцов. Измерения температуры проводились через каждые 50 м. Оценка влияния наполнителя проводилась по разнице температур ДТ образца, измеренных до начала испытаний и в процессе трения. На приведенных ниже графиках (см. рисунок) представлены зависимости изменения температуры образцов от нагрузки и пути трения для смазочных материалов с концентрацией наполнителя 1 % от массы для различных фракций порошка.

JI) гь трения м

а

Путы рения 5. м

б

Изменение температуры образца при использовании в смазочном материале наполнителя: а - для фракции Ф-1; б - для фракции Ф-2

Для получения регрессионной модели процесса трения был выбран план типа 2к и случайный порядок реализации опытов во времени проведения экспери-

Решетневскуе чтения. 2013

мента. В план исследования были включены два фактора: х1 - фракция вносимого ультрадисперсного наполнителя; х2 - нагрузка, прикладываемая к образцу. В качестве выходной переменной у рассматривалась разница температур ДТ образца до начала испытаний и образца в процессе трения.

На основании матрицы планирования модель процесса изменения температуры от размера частиц может быть представлена в виде

У = Ь0 Х0 + Ь1Х1 + Ь2 Х2 + Ь12 Х1Х2 ,

, 1 ^30 , 1 ^30

где Ь0 = 30 Ъг=1 Х'0Уг , Ь1 = 30 Ъ г=1 У ,

, 1 ^30 , 1 ^30

Ь2 = 30 Ъ г=1 Хг 2 Уг , Ь12 = 30 Ъ г=1 Хг1 Хг 2 Уг .

Коэффициенты при независимых переменных х) указывают на силу влияния факторов, а его знак -направление влияния фактора. Величина коэффициента соответствует вкладу данного фактора в выходную переменную величину при изменении значения фактора на интервал варьирования.

После решения данных уравнений с учетом условий проведения экспериментов и определения значимых коэффициентов при кодированных переменных модель процесса изменения температуры в случае трения со смазочным материалом, модифицированным ультрадисперсным наполнителем, имеет вид

у = 22,28 +1,42х1 + 0,99х2 + 1,05х х2.

Если оценивать полученные результаты, то зависимости изменения температуры образцов имели однотипный характер, но различались по абсолютным значениям, зависящим от нагрузки. При использовании смазочного материала с ультрадисперсным наполнителем отмечалось снижение температуры на 26-32 % в сравнении с базовым смазочным материалом. Такой результат отмечался для всех наполнителей независимо от размеров частиц. При этом для фракции Ф-1 отмечалось несколько большее, до 8-12 %, снижение температуры образца, чем для порошков фракции Ф-2.

Некоторое повышение температуры для смазочных композиций с УДПАГ в начале испытаний связано с режимом приработки, когда увеличение интенсивности износа приводит к быстрому нагреву и по-

вышению коэффициента трения. Окончанием режима приработки можно считать состояние, когда значения коэффициента трения и температуры стабилизируются, а полученная шероховатость будет оптимальной.

В целом результаты исследований показали, что введение УДПАГ обеспечивает смазочному материалу высокие антифрикционные и противоизносные свойства, позволяет снизить температуру узла трения на 13-15 %, коэффициент трения скольжения на 65-70 %, что позволяет в 1,5-2 раза увеличить срок службы трибоузлов. При этом наибольшая эффективность функционального действия наполнителя достигается при концентрации от 0,5 до 1 % масс. с размером частиц до 100 нм. Разработанная математическая модель процесса изменения температуры позволит изучать рецептурные факторы, определяющие оптимальность состава создаваемых смазочных композиций. По результатам проведенной работы на смазочные композиции получены патенты Российской Федерации.

Библиографические ссылки

1. Дроздов Ю. Н., Павлов В. Г., Пучков В. Н. Трение и износ в экстремальных условиях. М. : Машиностроение, 1986. 224 с.

2. Терентьев В. Ф., Еркаев Н. В., Докшанин С. Г. Трибонадежность подшипниковых узлов в присутствии модифицированных смазочных композиций. Новосибирск : Наука СО РАН, 2003. 142 с.

References

1. Drozdov Ju. N., Pavlov V. G., Puchkov V. N. Trenie i iznos v ekstremalnyh uslovijah (The friction and wear in extreme conditions). M. : Machinebuilding, 1986, 224 p.

2. Terent'ev V. F., Erkaev N. V., Dokshanin S. G. Tribonadezhnost podshipnikovyh uzlov v prisutstvii modi-ficirovannyh smazochnyh kompozicij (Tribological reliability of bearing units in the presence of the modified lubricant compositions). Novosibirsk. Nauka, 2003, 142 p.

© Докшанин С. Г., 2013

УДК 338.246

ФЕРРОМАГНИТНЫЕ ФАЗЫ И ИХ СВОЙСТВА В СИСТЕМЕ FE/SI(111)-ПОДЛОЖКА ПОСЛЕ ОТЖИГА

Н. М. Ерзунова, В. С. Жигалов

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Россия, 660014, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31. E-mail: Erzunova.Nadya@mail.ru

Исследовались магнитные и структурные свойства в системе Fe/Si - подложка с ориентацией (111). Установлено, что после удаления с поверхности подложки SiO2 в системе в результате отжига при температуре 1 000 оС формируются две фазы: Fe5Si3 и FeS. Первая из них является магнитоупорядоченной.

Ключевые слова: магнитные свойства, подложка, рентгеновский спектр.