Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Трение и изнашивание в машинах

Диссертационная работа:

Хуссеин Хайдар А.. Твердые композиционные присадки на основе металлизированного графита для пластичных смазочных материалов : диссертация ... кандидата технических наук : 05.02.04 / Хуссеин Хайдар А.; [Место защиты: Ин-т проблем машиноведения РАН].- Иваново, 2009.- 156 с.: ил. РГБ ОД, 61 09-5/2061

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

Условные обозначения 5

Введение 10

1. Аналитический обзор 19

1.2. Общие вопросы трения и изнашивания 19

1.2 Влияние смазочных материалов на процесс трения и изнашивания 22

1.3. Свойства и применение пластичных смазочных материалов ПСМ. 24

  1. Классификация ПСМ 24

  2. Области применения и типы ПСМ 28

  3. Реологические свойства ПСМ 30

  4. Термомеханические свойства ПСМ 31

  5. Трибологические свойства ПСМ 32

1.4. Улучшение триботехнических свойств смазочных материалов

присадками и наполнителями 34

  1. Присадки к маслам и ПСМ 35

  2. Поверхностно-активные присадки 36

  3. Химически-активные присадки 36

  4. Наполнители масел и ПСМ 37

1.5. Твердые смазочные материалы и физико-химия их смазочного

действия 40

  1. Общие характеристики и классификация ТСМ 40

  2. Неорганические твердые смазочные материалы 42

  3. Мягкие металлы и окислы 48

  4. ТСМ органической природы 54

  5. Твердосмазочные порошковые присадки с покрытиями 54

  1. Присадки-геомодификаторы 57

  2. Металлизация дисперсных наполнителей пластичных смазок 65

  3. Влияние удельной поверхности твердого тела на его

триботехнические характеристики 69

  1. Влияние удельной поверхности твердосмазочного компонента на реакционную способность 69

  2. Изменение удельной поверхности дисперсного твердосмазочного компонента в процессе трения 71

2. Выводы по аналитическому обзору. Выбор материалов, постановка
цели и задач исследования 72

  1. Выводы по аналитическому обзору 72

  2. Выбор материалов для исследования 73

  3. Цели и задачи исследования 74

3. Механизм смазочного действия присадок мелкодисперсного графита с
металлическим покрытием 75

  1. Постановка задачи 75

  2. Оценка поверхностной энергии для присадки графита с

металлическим покрытием 77

  1. Оценка поверхностной энергии двухкомпонентной дисперсной системы при раздельном введении компонентов 77

  2. Оценка поверхностной энергии композитной дисперсной системы (частицы с покрытием) 81

  3. Оценочный расчет 84

3.3. Выводы из теоретической модели 88

4. Получение порошков с покрытиями 91

  1. Нанесение покрытия на порошок 91

  2. Расчет средней толщины покрытия 96

  1. Исследование порошков присадок 100

  2. Триботехнические испытания смазочных композиций с порошковыми присадками 109

6.1. Методики триботехнических испытаний смазочных материалов. 109

  1. Измерения коэффициента трения 110

  2. Измерения интенсивности изнашивания 112

6.1.3. Измерения микротвердости поверхностей трения 115

  1. Результаты триботехнических испытаний 116

  2. Исследование поверхностей трения 135

7. Обсуждение результатов работы и общие выводы 137

Литература 139

Условные обозначения

ГМТ — геомодификатор трения;

ИП — избирательный перенос;

МСМ — металлоплакирующие смазочные материалы;

СК — смазочная композиция;

СМ — смазочные материалы;

ПАВ — поверхностно-активные вещества;

ПСМ — пластичные смазочные материалы;

ТСМ — твердые смазочные материалы;

ПТФЭ — политетрафторэтилен (тефлон);

А — теплота сублимации или испарения компонента СМ; А, В — коэффициенты линейной регрессии; a = S/R — отношение толщины покрытия к радиусу частицы; С, — число частиц графита на единицу массы СМ после измельчения в процессе трения;

с — массовая концентрация суспензия присадки в СМ;

d -— поперечный размер дисперсной частицы присадки в модельной монодисперсной системе;

d\ диаметр отпечатка индентора до изнашивания, мкм.; d2 - диаметр отпечатка индентора после изнашивания,

d\, d2- поперечные размеры пятна износа во взаимно перпендикулярных направлениях;

dp — диаметр ролика при испытаниях на трение;

d — среднее арифметическое длины обеих диагоналей отпечатка после снятия нагрузки при микроиндентировании; Е — модуль Юнга; /- коэффициент трения; Н— число твердости;

I— износ;

/— интенсивность изнашивания;

К2 и К2 — процентные массовые концентрации графита и меди в СМ соответственно;

к0 — константа скорости уменьшения размеров первичных кристаллитов; кг — константа скорости рекристаллизации; L — путь трения;

М — число мелких частиц, получившихся в результате диспергирования трением единичной композитной частицы; Мтрмомент трения;

m — число мелких частиц металла, образовавшихся в единице объема после трения, масса;

Ш\ и гп2— массы графита и меди в СМ соответственно; тсуб — масса единичной частицы субстрата;

тпокР — масса покрытия единичной частицы; N— число частиц графита после трения окажется;

Wb N2 — соответственно число частиц графита и меди, содержащихся в массе СМ т; NA — число Авогадро;

Nr — число мелких частиц графита, образованных из одной крупной после измельчения в процессе трения; п — объемная концентрация дисперсных частиц в СМ; щ и п2 — число частиц меди и графита, приходящееся на единицу массы СМ соответственно;

п'2 — число частиц меди, образованное после разрушения одной композиционной частицы омедненного графита; п\ — массовая концентрация частиц меди после трения; Щ% — число опытов для достижения показателя точности 5%.

P — нормальная нагрузка; нагрузка на пирамидку при микроиндентиро-вании;

р — давление;

г — размер первичного кристаллита;

R — коэффициент линейной корреляции Пирсона; радиус частицы без покрытия (форма частицы для упрощения полагается сферической); радиус вогнутости поверхности трения; R.d — параметр шероховатости поверхности трения; rg — возможный конечный размер кристаллита;

S — удельная поверхность первичных кристаллитов; SD — стандартное отклонение;

5л — внешняя поверхность дисперсных частиц; S\ — внутренняя поверхность частиц; Sp — полная поверхность первичных кристаллитов;

бэт — истинная удельная поверхность частиц, определяемая адсорбционным методом по методу БЭТ;

UA — средняя энергия активации процесса рекристаллизации; /в — средняя удельная энергия разрушения;

Um — средняя по времени подводимая удельная механическая мощность; Vx; V2 — объемы частиц графита и меди в навеске СМ массой т соответственно;

V2' — объем медного слоя, находящегося на одной композитной частице; V2" — общий объем меди, приходящийся на единицу массы СМ; V" — объем частиц меди, приходящийся на единицу объема СМ; Vm — молярный объем вещества; v — объем материала частиц; V,. — объем каждой из измельченных при трении частиц графита;

(Ао/д) — искажения кристаллической решетки;

є — полная межфазная поверхностная энергия СМ с раздельно введенными присадками меди и графита;

5", — площадь поверхности частицы графита диаметром 8\ х — выборочное среднее;

Z — координационное число (число соседей молекулы) в объеме конденсированной фазы.

Zs — координационное число молекул, находящихся в поверхностном монослое;

а — угол при вершине пирамиды-индентора;

є — полная поверхностная энергия на единицу массы СМ для композитных частиц;

ц — суммарная свободная энергия межфазной поверхности металл - графит составит для единичной частицы;

є\ , 62 — поверхностная энергия графита Є\ и меди 2 в единице массы СМ (до трения); А/г — линейный износ;

8 — толщина покрытия частицы присадки в модельной монодисперсной системе;

5Х — толщина покрытия меди на графите, вычисленная из условия равенства масс меди и графита в присадке;

Є] — межфазная энергия поверхности графит — СМ для единицы объема СМ с присадкой;

е2 — межфазная энергия поверхности металл — СМ для единицы объема СМ с присадкой;

є' —- полная поверхностная энергия всех твердых частиц (графита и меди); є[— поверхностная энергия частиц графита после трения; є[к — поверхностная энергия композитной дисперсии до трения;

є' — поверхностная энергия композитной дисперсии после трения; е'2 — поверхностная энергия частиц металла после трения; АЛ, ЛВ — абсолютные погрешности коэффициентов регрессии; Ає —разность поверхностных энергий рассматриваемых систем (компоненты введены раздельно) до и после трения; Аек — то же при введении присадки в виде композита; а - среднее квадратичное отклонение;

<т, — удельная свободная энергия поверхности графит — СМ; <т2 — удельная свободная энергия поверхности металл — СМ; <т3 — удельная свободная энергия поверхности металл — графит;

ас — средняя удельная поверхностная энергия; р — доверительная вероятность.

Рь Pi — плотности материала субстрата (графита) и покрытия (меди) соответственно; р„р — приведенная плотность двухслойного покрытия;

Р12 и/>22 плотности первого и второго слоя покрытия соответственно; v - вариация;

Введение к работе:

Актуальность работы

Одним из путей повышения долговечности и надежности машин является улучшение противоизносных и антифрикционных свойств смазочных материалов (СМ). Это может быть достигнуто введением присадок и активных наполнителей. Хороший результат демонстрируют в пластичных смазочных материалах (ПСМ) порошковые присадки твердых смазочных материалов (ТСМ). Большинство из них хорошо совмещаются с базовой основой, другими присадками и наполнителями, что дает возможность широко варьировать их состав и свойства. Чаще всего используют вещества слоистого («анизодесмического») строения — графит, дисульфид молибдена (молибденит), а также сульфид серебра, пористый свинец. Часто в качестве порошковых добавок используют «металлоплакирующие» наполнители («реметаллизанты»).

В настоящей работе предложено расширить диапазон применения твердосмазочных трибоактивных компонентов ПСМ путем использования композитных порошков (частицы ТСМ с покрытиями). Этот путь имеет практическое и теоретическое значение для разработки и использования новых эффективных ПСМ. Механизм действия композитных ТСМ мало изучен. В литературе нет данных, обосновывающих применение порошков с покрытиями. Работа выполнена в рамках исследований Кафедры механики ИГХТУ в области разработки новых компонентов ПСМ, в соответствии с тематическим планом НИР ИГХТУ на 2006-2010 г.

Цель и задачи исследования. Целью работы является повышение триботехнических характеристик пластичных смазочных материалов за счет введения порошковых ТСМ композитного состава. В рамках названной цели предполагалось решить следующие задачи.

  1. Разработать теоретическую концепцию и математическую модель, описывающую механизм действия композитных порошков в качестве трибоактивных присадок.

  2. Выявить зависимость между химическим составом, концентрацией и триботехническими параметрами композиционных присадок различной природы.

  3. Создать новые, эффективные присадки порошков c покрытиями.

Автор защищает

  1. Теоретическую концепцию, объясняющую эффективность композиционных (покрытых) порошковых ТСМ избытком поверхностной энергии полидисперсной системы.

  2. Математическую модель и методику расчета поверхностной энергии композитной присадки по сравнению с раздельным введением компонентов.

  3. Новые составы композитных порошковых присадок.

  4. Количественные зависимости, связывающие состав и концентрацию композиционных присадок в ПСМ с их триботехническими характеристиками.

Научная новизна работы заключается в:

  1. разработке теоретических положений, обосновывающих применение в смазочных материалах композиционных (покрытых) порошковых твердосмазочных присадок;

  2. получении количественных закономерностей триботехнической эффективности композиционных присадок ТСМ;

Практическая полезность

Разработана лабораторная технология получения композитных присадок ТСМ, получены модельные составы ПСМ повышенной триботехнической эффективности, в том числе композитных присадок с двухслойным покрытием. На способ получения графитового порошка с двухслойным металлическим покрытием авторским коллективом при участии автора диссертации была подана заявка на патент (Заявка № 2008121021/04(024901), приоритет от 26.05.2008), по которой получено положительное решение. Техническая информация о результатах диссертационной работы передана организации-производителю для разработки на этой основе серийных СМ и организации малотоннажного производства. Результаты диссертации используются в учебном процессе кафедры «Механика» ИГХТУ при чтении курса «Триботехника», выполнении студентами лабораторных, курсовых и дипломных работ.

Методы исследования

Задачи, поставленные в работе, решались теоретическими и экспериментальными методами. В теоретических исследованиях применены основные положения физикохимии поверхностей. Экспериментальные исследования выполнены в соответствии с известными методиками выполения триботехнических испытаний по измерению трения и износа. Новые типы покрытий порошков создавали с использованием химической технологии нанесения покрытий на неметаллические поверхности.

Частицы присадок исследовали методами оптической и электронной микроскопии, электронографии. Для оценки гранулометрического состава порошков применяли соответствующие методы математической статистики. Исследование поверхностей трения производили методами оптической микроскопии, профилометрии и путем измерения микротвердости. Экспериментальные зависимости обрабатывали с использованием регрессионного анализа.

Обоснованность и достоверность результатов. Основные результаты и выводы настоящей работы являются обоснованными и достоверными, поскольку: применена статистическая обработка результатов эксперимента, использованы стохастические модели при построении экспериментальных зависимостей. Имеется удовлетворительное согласование теоретических результатов с экспериментальными данными настоящей работы, а также литературными данными о других исследованиях; корректным применением известных методик физико-химических исследований к выбранным классам смазочных материалов.

Личный вклад автора. Лично автору принадлежат: направление работы, постановка задач, программа и методология исследований; непосредственное выполнение всех экспериментов, построение математических моделей, установление основных закономерностей, формулирование выводов, разработка на базе выполненных исследований составов ПСМ.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы были представлены на следующих научных конференциях, симпозиумах, семинарах Междунар. научно-методич. конф. Иваново, ИГСХА, 2007 г.; Научно-практической научной конференции по трибологии. Иваново, ИвГУ, 2008 г.; Научно-практической научной конференции ИГСХА, Иваново, 2008 г.; VIII Междунар. научн. конф. «Трибология и надежность» С-Петербург, 23–25 окт. 2008 г.; заседании научно-технического совета ИГХТУ, май 2008 г.; научном семинаре Ивановского института государственной противопожарной службы МЧС РФ, январь 2009 г.; научном семинаре Института наноматериалов Ивановского государственного университета, январь 2008 г.; Городском семинаре по механике Института проблем машиноведения РАН, С.-Петербург, март 2009 г., Региональной научно-техн. конф. «Материаловедение и надежность триботехнических систем», Иваново, апрель 2009 г.; ежегодных научных конференциях преподавателей и сотрудников кафедры «Механика» ИГХТУ, 2006–09 гг.

Практическая ценность и реализация результатов работы

Результаты работы нашли применение в учебном процессе кафедры механики Ивановского государственного химико-технологического университета в виде лабораторных практикумов, курсовых и дипломных работ студентов; вошли в ряд дисциплин, читаемых на факультете.

Публикации. Основное содержание работы изложено в 12 печатных работах, в том числе 1 работа — в журнале, входящем в список ВАК.

Структура и объем работы. Диссертация изложена на 155 страницах, содержит список условных обозначений, введение, 6 основных глав, заключение, список литературы из 154 наименований. Работа включает 46 рисунков и 8 таблиц.


© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net