WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

где A — теплота сублимации или испарения; Vm — молярный объем вещества; NA — число Авогадро; Zs — координационное число молекул, находящихся в поверхностном монослое; Z — координационное число (число соседей молекулы) в объеме конденсированной фазы.

Для твердых тел величину экспериментально оценить очень трудно. Поэтому для проведения оценочных расчетов будем считать, согласно правилу Стефана (1), что удельная поверхностная энергия пропорциональна мольной теплоте сублимации и обратно пропорционально молярному объему вещества в степени 2/3.

Так как теплота сублимации меди примерно в 2 раза выше, чем у графита, а мольные объемы меди и графита приблизительно одинаковы, соответственно, следовательно, удельная поверхностная энергия меди приблизительно в 2 раза превышает аналогичную величину у графита. Отношение плотностей меди и графита равно приблизительно 4.

Для определения межфазной поверхностной энергии графит-медь 3 используем также правило Антонова, согласно которому, межфазная удельная поверхностная энергия конденсированных сред определяется разностью удельных поверхностных энергий тел:. Во всех последующих расчетах принимали соотношение размера частицы субстрата и покрытия d/ = 10, которое мы оценили выше из условия равенства масс субстрата и покрытия (что обеспечивалось технологическим процессом нанесения покрытия). Результаты вычислений представлены в табл. 2.

Таблица 2. Соотношение значений поверхностной энергии порошковых присадок графита и меди при раздельном и композиционном введении в СМ

Суммарная поверхностная
энергия

Соотношение поверхностных энергий при раздельном и композитном введении присадок

Раздельно введенные компоненты графит и медь

Смазка-композит: графит с медным
покрытием

До процесса трения

После процесса трения

Соотношение энергий после и до процесса трения

Таким образом, в результате моделирования было показано, что «композитное» введение двухкомпонентных присадок, когда одна из них является покрытием, позволяет дисперсной системе запасать избыточную поверхностную энергию за счет образования новых поверхностей раздела «субстрат — покрытие». Тогда новая «высокоэнергетичная» дисперсная система оказывается способной более эффективно взаимодействовать с поверхностью трения, и способствовать антифрикционному эффекту.

Если предложенная гипотеза, оказывается верной, то тогда открывается перспектива дальнейшего использования наблюдаемого эффекта — за счет образования двух- и многослойного металлического покрытия на базовой порошковой основе твердой присадки: добавление новых межфазных границ будет способствовать усилению смазочного действия. Данные выводы способствовали постановке задачи эксперимента по созданию одно-и двухслойных покрытых частиц и их триботехнических испытаний при различных режимах трения.

Глава 4 посвящена получению порошков графита с однослойным и двухслойным покрытиями. В электролите осуществляли процесс химического меднения и бронзирования порошка присадки. Под «бронзированием» в нашей работе подразумевался процесс одновременного осаждения меди и олова на поверхность субстрата. В работе дано общее описание технологии процесса нанесения покрытий. Двухслойное покрытие получали путем дополнительного осаждения олова на медное покрытие. Время осаждения меди и олова при выбранной технологии не превышало 7-10 минут. Требуемая толщина слоя покрытия определялась расчетом. На способ получения графитового порошка с двухслойным (бронза + олово) покрытием авторским коллективом при участии автора диссертации была подана патентная заявка (Заявка № 2008121021/04(024901), приоритет от 26.05.2008). Порошок меди для сравнительных испытаний получали катодным осаждением из электролита (рис. 2).

а 10 мкм б

Рис. 2. Частицы коллоидного графита С-2 (а) и электролитической порошковой меди (б)

В главе 5 описано изучение размерных и структурных характеристик порошков. Снимки дисперсий порошков присадок, полученные после УЗ-распыления на просвечивающем электронном микроскопе ЭВЛ-100, обрабатывались с целью получения распределения частиц по размерам. Гистограммы этих распределений представлены на рис. 3. Гистограмма показывает, что нанесение покрытий на частицы графита не приводит к существенному изменению статистического разброса размеров дисперсии — мода распределения находится в диапазоне 8…10 мкм. Это говорит о том, что малая толщина покрытий не приводит к существенному увеличению среднего размера частиц и согласуется с нашей гипотезой о том, что наличие покрытия является причиной накопления избытка поверхностной энергии, способствующей смазочной и антиизносной эффективности порошков присадок с покрытиями. Кроме электронной микроскопии, производили электронографию частиц с покрытиями и без покрытий для подтверждения наличия в порошке металлической составляющей.

Рис. 3. Частотная гистограмма распределения частиц присадок без покрытия и с покрытиями по размерам

Шестая глава посвящена триботехническим испытаниям смазочных материалов с присадками порошков с покрытиями и без них. Измеряли коэффициент трения, интенсивность изнашивания, микротвердость поверхностей трения. Опыты производили на машине трения СМТ-1. Варьировали скорость трения, нормальную нагрузку. Некоторые результаты испытаний приведены на рис. 4 и 5.

Рис. 4. Зависимость коэффициента трения от концентрации порошка коллоидного графита С-2 в медицинском вазелине при v = 1 м/с при различной нормальной нагрузке

Рис. 5. Зависимости коэффициента трения от нормальной нагрузки для пары трения «сталь 45 — сталь 45» при использовании 3% мас. присадки углеродсодержащих порошков различной природы в медицинском вазелине (v = 1 м/с)

Рис. 6 демонстрирует факт, что введение омедненного графита приводит к значимому (примерно 30%-ному) повышению антифрикционного эффекта композитной присадки по сравнению с тем случаем, когда те же самые компоненты введены в том же количестве, но раздельно. Далее было необходимо установить, имеет ли место обнаруженный эффект в другой базовой среде: не в поверхностно инактивном медицинском вазелине, а в стандартной пластичной смазке Литол-24. Результаты такого эксперимента, выполненного с применением ПСМ, представлены на рис. 7. Здесь мы наблюдаем ту же картину, что и в случае вазелина (см. рис. 6): композитная присадка (омедненный графит) дает лучший эффект, чем присадки меди и графита введенные индивидуально, либо раздельно в равной пропорции.

Идея об эффективности двухслойного покрытия была реализована с использованием двойного покрытия «бронза + олово». Эти данные приведены на рис. 8. Далее в главе 6 приводятся результаты исследования поверхностей трения. Реализация смазочного эффекта от применения твердосмазочных присадок типа порошка графита с покрытием предположительно должна отражаться на свойствах поверхностей трения. Следующая диаграмма показывает, каким образом влияет наличие в ПСМ Литол-24 присадки омедненого графита на микротвердость поверхности стали 45 после длительного трения (S = 20 км, v = 1 м/с; P = 0,4 кН).

Рис. 6. Зависимость коэффициента трения пары сталь 45 – сталь 45 от нормальной нагрузки при добавке в ПСМ Литол-24 различных твердосмазочных присадок: меди, графита, смеси меди с графитом и омедненого графита.

Рис. 7. Зависимость интенсивности изнашивания пары сталь 45 – сталь 45 от нормальной нагрузки в присутствии ПСМ Литол-24 с порошковыми присадками различного состава

Рис. 8. Зависимость коэффициента трения и интенсивности изнашивания пары трения сталь – сталь от величины нормальной нагрузки при трении в смазочной композиции на основе Литол-24, наполненного порошком графита с покрытиями: однослойным (бронзированным) и двухслойным (бронзирование + лужение). Концентрация каждого порошка в ПСМ — 3% мас.

На диаграмме можно наблюдать факт некоторого увеличения микротвердости поверхности трения, возникающего при использовании присадки медненого графита по сравнению ПСМ без присадки. Причиной этого небольшого, но уверенно регистрируемого упрочняющего эффекта может служить наличие на поверхности защитного слоя, содержащего графит и мягкие металлы (медь и олово), которые снижают дефектность поверхностного стального подслоя.

На рис. 10 приведены трибограммы процесса приработки образцов в среде вазелинового масла с присадкой графита с нанесенным металлическим покрытием, однослойным и двухслойным. Показано, что меньший момент трения и меньший период приработки (до стабилизации момента) соответствует присадке графита с двухслойным покрытием (бронзирование + лужение).

Рис. 9. Зависимость микротвердости поверхности трения стали 45 от пути трения (S = 20 км, v = 1 м/с; P = 0,4 кН)) при трения в смазочной композиции на основе ПСМ Литол-24 без присадки и с присадкой омедненного графита

Выводы

Выполненная работа в целом показала актуальность и благоприятные перспективы практического использования твердых порошковых присадок на основе графита, частицы которого покрыты одним или двумя слоями мягкого металла. В итоге работы автор сформулировал следующие общие выводы.

Рис. 10. Трибограммы процесса приработки образцов в среде вазелинового масла с присадкой графита с нанесенным металлическим покрытием, однослойным и двухслойным

  1. Экспериментально обнаружено повышение эффективности смазочной среды при трении пары сталь–сталь при добавке в СМ композитных присадок графита, покрытого металлом по сравнению со случаем раздельного введения тех же количеств графита и металла, введенных раздельно. Данный эффект имел место как для инактивного медицинского вазелина, так и пластичной смазочной среды (литиевая смазка).
  2. Выдвинута теоретическая концепция, согласно которой введение в базовую смазочную среду графита и металла в качестве тонкослойного покрытия графитовых частиц должно приводить к повышению антифрикционной и антиизносной эффективности присадки по сравнению со случаем, когда металлическая и неметаллическая присадки введены раздельно.
  3. Предложено качественное описание механизма действия композитной присадки, основа которого заключается в том, что система с покрытием обладает дополнительной межфазной энергией, сосредоточенной на межфазных границах между порошковым субстратом и покрытием, (а также между двумя слоями покрытия, если покрытие двухслойное).
  4. Разработана геометрическая математическая модель, позволяющая оценивать избытки поверхностной энергии покрытых частиц присадки по сравнению с разделенной двухкомпонентной дисперсией. Модель рассматривает состояние системы до трения и изменение поверхностной энергии при размерной трансформации частиц в процессе трения.
  5. Получены триботехнические характеристики композитных графито-металлических присадок к ПСМ с однослойным и двуслойными покрытиями. Показано, что при монослойном медном покрытии коэффициент трения может снижаться до 30%, а интенсивность изнашивания — на порядок по сравнению со случаем раздельного введения присадок.
  6. Установлено для пары трения сталь – сталь, что при введении порошковых присадок графита, меди и композитных наблюдается оптимум смазочного действия на уровне концентрации присадки в диапазоне 3…4 мас. %.
  7. Переход от однослойного медного покрытия к двухслойному типа «медь + олово» дополнительно снижает коэффициент трения на 20–30%, а интенсивность изнашивания — в 2–3 раза.
  8. Обнаружен эффект незначительного упрочнения стальной поверхности трения после трения в ПСМ с композитной присадкой

Содержание диссертации опубликовано в следующих
основных работах

1. Хуссеин Х.А., Зарубин В.П. Триботехнические свойства пластичных смазок, наполненных твердыми смазочными материалами // Тез. докл. Междунар. научно-методич. конф. Иваново, ИГСХА, 2007 г. С. 157–158.

2. Хуссеин Х.А., Мельников В.Г. Исследование триботехнических свойств наполненных порошками твердых смазок // Современные наукоемкие технологии. Журнал регионального отд. РАЕН, Иваново, ИГХТУ, 2007 г. № 4. С. 62–67.

3. Хуссеин Х.А., Мельников В.Г. Исследование влияния порошков твердых смазочных материалов и модифицирования их поверхности на триботехнические свойства наполненных смазочных композиций // Ремонт. Восстановление. Модернизация. 2008. № 6. С. 18–22.

4. Хуссеин Х.А., Мельников В.Г. Исследование антифрикционных свойств пластичных смазочных материалов, наполненных порошками твердых смазок // Физика, химия и механика трибосистем. Иваново, ИвГУ, 2007. № 6. С. 48–50.

5. Хуссеин Х.А., Зарубин В.П. Исследование триботехнических свойств смазочных композиции, наполненных порошками твердых смазок // Тез. докл. Научно-практич. конф. Иваново, ИвГУ, 2008 г. С. 83–84.

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»