Содержание к диссертации
Введение
1 . Анализ работы оборудования и объектов обслуживания малых предприятий легкой промышленности , сферы обслуживания и жилищно-коммунального хозяйства 10
1.1 .Швейные, обувные и трикотажные предприятия 10
1.2. Жилищно-коммунальное городское хозяйство 15
2. Теоретическое обоснование плакирующих нанотехнологий для формирования многофункциональных покрытий на рабочих поверхностях деталей машин и элементах конструкций 17
2.1. Механизм металлоплакирования при фрикционном взаимодействии материалов 17
2.1.1.Эффект безызносности в узлах трения 17
2.1.2.Металлоплакирующие нанотехнологий для узлов трения. 19
2.2. Формирование защитного поверхностного слоя металла с заданными характеристиками в направленных потоках энергии . 24
2.2.1. Формирование поверхностного слоя металла с помощью плазменных импульсных искровых разрядов 26
2.2.2. Нанесение покрытий низкотемпературной плазмой 30
3. Экспериментальные исследования плакирования деталей машин и элементов конструкций 37
3.1. Модернизация оборудования и приборов для проведения экспериментальных исследований 37
3.1.2. Модернизация установок для испытания материалов на трение износ 37
3.1.3. Модернизация установки для электроискрового легирования 40
3.1.4. Модернизация пароводяной плазменной установки 46
3.2. Подготовка образцов материалов для испытаний 46
3.2.1. Изготовление образцов из конструкционных материалов для триботехнических испытаний 46
3.2.2.Изготовление рабочих сред 46
3.3. Проведение лабораторных триботехнических исследований смазочных материалов с металлоплакирующей присадкой 48
3.3.1. Определение оптимальной концентрации 48
3.3.2.Испытания подшипников качения в режиме металлоплакирования 54
3.3.3. Испытания резиново-манжетных и сальниковых уплотнений 63
3.3 .Исследование поверхностей трения 66
3.4. Проведение триботехнических исследований фрикционной обработки в металлоплакирующих средах 66
3.5. Проведение исследований по упрочнению режущей кромки лезвийного инструмента 72
3.6. Проведение исследований нанесения композиционных покрытий плазменным методом 74
4. Внедрение результатов исследований 77
4.1. Рекомендации по внедрению плакирующих технологий 77
4.2. Внедрение плакирующих нанотехнологий на малых предприятиях Московского региона 112
4.3. Создание структур для исследования, пропаганды и внедрения инновационных технических решений на предприятиях малого бизнеса 115
4.4. Демонстрация на выставках 116
Заключение по работе 118
Выводы 119
Литература 121
Приложение 130
- Жилищно-коммунальное городское хозяйство
- Формирование защитного поверхностного слоя металла с заданными характеристиками в направленных потоках энергии
- Подготовка образцов материалов для испытаний
- Проведение лабораторных триботехнических исследований смазочных материалов с металлоплакирующей присадкой
Введение к работе
Актуальность темы
Дальнейшее устойчивое социальное развитие страны, рост качества и уровня жизни населения во многом зависит от разнообразия товаров и услуг. Увеличение производства товаров народного потребления, расширение номенклатуры выпускаемых изделий высокого качества, оказание услуг населению, в том числе и по индивидуальным заказам, предусматривает создание широкой сети многопрофильных малых и средних предприятий. Малое предпринимательство — наиболее массовая, динамичная и гибкая форма деловой жизни государств с рыночной системой хозяйствования. В настоящее время особое значение приобретает развитие малого бизнеса в инновационной сфере.
Эффективность работы малых предприятий и качество выпускаемой продукции во многом зависят от технического состояния используемого оборудования, инструмента и технологической оснастки. Преждевременный выход из строя деталей и элементов конструкций приводит к простоям производства, увеличивает стоимость ремонтных работ и затрат на запасные части.
Особенностью работы малых предприятий, занимающихся
производственной деятельностью, является отсутствие ремонтных
подразделений, осуществляющих профилактический осмотр машин и наладку оборудования. В связи с этим продление срока службы машин и инструмента до первого ремонта очень актуально и экономически выгодно малым предприятиям.
Сложности в приобретении дорогостоящего оборудования из-за длительного периода его окупаемости и ограниченности денежных средств вынуждают руководство малых предприятий искать другие пути развития материальной базы и открытия новых рабочих мест.
J"
И как один из путей решения этой проблемы - внедрение в производство предлагаемых инновационных технологий, основанных на использовании малогабаритного, высокоэкономичного экологически безопасного отечественного оборудования.
Настоящая работа посвящена решению поставленной задачи.
Научные исследования и внедрение результатов в производство выполнялись в соответствии с планами развития малого и среднего бизнеса в г. Москва, планами НИР Московского государственного университета сервиса с 2000 по 2007 год, планом НИР Московского государственного университета дизайна и технологии на 2008 год в рамках темы №0818-Се «Разработка плакирующих нанотехнологий для малых предприятий легкой промышленности и сферы обслуживания».
Цель и задачи исследования
Целью исследования является разработка экологически чистых
высокоэффективных технологий нанесения многофункциональных
покрытий на рабочие поверхности деталей машин и инструмента для малых предприятий в легкой промышленности и сфере обслуживания.
Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:
Провести анализ и установить причины, влияющие на эффективность и ресурс основного и вспомогательного оборудования и инструмента, используемого в производстве на малых предприятиях легкой промышленности сферы обслуживания.
Выбрать и теоретически обосновать плакирующие технологии для повышения срока службы деталей машин, инструмента и элементов конструкций.
Модернизировать приборы для проведения лабораторных испытаний и оборудования, применяемого в производстве для нанесения покрытий с заданными характеристиками.
Исследовать предложенные технические решения в лабораторных и производственных условиях.
5. Внедрить выполненные разработки на малых предприятиях легкой
промышленности и сферы обслуживания.
Методология и методы исследования
Поставленные задачи решались с учетом современных
представлений о процессах взаимодействия материалов на атомном
уровне в зоне фрикционного контакта и в зоне действия направленного
потока энергии в виде электрического импульса или плазмы.
Исследования проводились с использованием современных измерительных и испытательных приборов отечественного и зарубежного производства по ГОСТ 23.216-84; ISO 2360, 1519, 1520, 6270, 9227; ASTM D 2794.
Рабочие поверхности деталей исследовались металлографическими методами на оптическом и электронном микроскопе с рентгеновским микроанализатором.
Обработка результатов экспериментов проводилась методом математической статистики. Научная новизна
Предложен и экспериментально подтвержден механизм формирования поверхностного слоя с высокими антифрикционными характеристиками во время работы в режиме металлоплакирования в условиях повышенной влажности.
Экспериментальным путем определены оптимальные концентрации медь-фторсодержащих присадок к смазочным материалам, показана возможность повышения износостойкости материалов при трении от 3 до 5 раз, снижения коэффициента трения в 2 - 4 раза и сокращения времени приработки в 2,5 раза.
Разработан способ комбинированной обработки режущей кромки лезвийного инструмента путем легирования поверхностного слоя искровым импульсным разрядом и последующим поверхностно-пластическим деформированием в металлоплакирующей среде.
Практическая ценность
Разработана система экологически чистых высокоэффективных производственных технологий, позволяющая существенно повысить срок службы деталей оборудования, инструмента и элементов конструкций.
Проведена модернизация используемых в производстве установок для электроискрового легирования и малогабаритных маломощных пароплазменных установок, которая позволила расширить область их использования.
Предложены и переданы для внедрения составы медь-фторсодержащих металлоплакирующих смазочных композиций
и присадок к смазочным материалам.
4. Разработаны рекомендации и инструкции по применению
металлоплакирующих нанотехнологий, технологий формирования
поверхностного слоя искровым импульсом и технологии нанесения
покрытий плазменным методом. 4. Осуществлено внедрение результатов исследований на малых предприятиях г. Москвы , ведутся переговоры о внедрении этих результатов на малых предприятиях Московского региона и в странах ближнего и дальнего зарубежья. Достоверность результатов исследования
Достоверность полученных результатов подтверждается
использованием современной контрольно-измерительной аппаратуры, новейших приборов для исследования состояния поверхностей деталей, одобрением научной общественности, практической реализацией и внедрением предложенных технических решений. Апробация работы
Основные положения и результаты исследований и их практическое применение неоднократно докладывались на Международных научно-технических конференциях Московского государственного университета
сервиса « Наука-сервису » с 2000 по 2007 год, на конференциях и совещаниях по поддержке малого бизнеса и внедрению инновационных технологий на малых и средних предприятиях г.Москвы и Московского региона; на 4-м международном форуме « Энергетика и экология» ( 2008г.); на VII Московском международном салоне инноваций и инвестиций (2007г.); на III инновационной выставке-ярмарке МУЛЬТИСЕРВИС XXI ВЕК( 2008г.);на Российской национальной выставке в республике Индия ( 2008г.);на выставке TERRATEC-ENERTEC ( Германия, 2009г.) и получили положительную оценку.
Основное содержание диссертации отражено в 9 публикациях, в том числе , в справочном пособии и в журналах
Личное участие автора
Состоит в постановке цели и задач исследования, в разработке экологически чистых высокоэффективных плакирующих нанотехнологий, позволяющих существенно повысить срок службы деталей оборудования, инструмента и элементов конструкций; в проведении лабораторных испытаний и внедрении результатов в производство.
На защиту выносятся следующие основные положения диссертации
Результаты исследования механизма формирования поверхностного слоя с высокими антифрикционными характеристиками при работе с медь-фторсодержащими смазочными материалами и фрикционной обработке в медь-фторсодержащих технологических средах.
Модернизированные приборы для триботехнических испытаний в режиме металлоплакирования и полученные с их помощью результаты.
Модернизированное устройство для комбинированной обработки поверхности металлов электроискровым легированием с последующим поверхностно-пластическим деформированием.
Модернизированная малогабаритная пароводяная плазменная установка для нанесения полимерных покрытий на поверхности
различных конструкционных материалов. 5. Результаты лабораторных и производственных, испытаний по
исследованию и внедрению предлагаемых технологий.
Структура диссертации
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и выводов по работе, списка литературы и приложения. В приложении приведены копии документов, подтверждающих достоверность приведенных в тексте диссертации сведений.
Жилищно-коммунальное городское хозяйство
Одним из основных объектов обслуживания для малых предприятий являются тепловые и водопроводные сети жилищно-коммунального городского хозяйства.
Для создания необходимого избыточного давления, обеспечивающего перемещение жидкой среды, чаще всего используют насосы различной конструкции с обязательным для всех узлом — уплотнительным устройством . Подобные устройства являются обязательным элементом в запорной аппаратуре: задвижках и кранах, в исполнительных органах вспомогательного оборудования и машин с гидравлическим приводом: манипуляторах, подъемниках, цилиндрах. Уплотнения предотвращают утечку перекачиваемой под давлением жидкости и препятствуют попаданию в закрытую систему из окружающей среды влаги и газа.
К данным узлам предъявляются высокие требования по надежности, износостойкости и минимальным потерям на трение. Трущиеся элементы этих узлов обычно изготавливаются из эластомеров (резина, полиуретан, фторопласт и т.п.), металло- или минералокерамики, шнуров из пропитанных специальными графитовыми смазочными материалами текстильных волокон. Валы изготавливают из стали 45, 40Х, У10, 10X13, Х18Н9Т.
Однако, несмотря на высокие требования к материалам трущихся деталей, во многих случаях происходит утечка жидкой среды из-за неизбежного изнашивания узла уплотнения. При этом в насосах перекачиваемая жидкая среда или агрессивные элементы из внешней среды попадают в подшипниковые опоры (щарикоподшипники из стали ШХ15 или подшипники скольжения: баббитовые, бронзовые), быстрое изнашивание которых приводит к изменению центровки в уплотнительном устройстве, что ускоряет износ уплотнения [32].
Предприятия жилищно-коммунального хозяйства имеют большое количество средств малой механизации с электроприводом и бензиновыми двигателями, часть из которых является двухтактными работающими на смеси масла и бензина . Смазывание трущихся деталей в них производится маслобензиновой смесью, что значительно снижает срок их службы. Наиболее распространены следующие механизмы: мини-тракторы и мотоблоки, газонокосилки, бензопилы, снегоуборочные машины, сварочные агрегаты, передвижные воздушно-компрессорные установки, подъемные и транспортные средства с гидроприводом.
Остро стоит вопрос защиты металлических поверхностей от износа и коррозии во время эксплуатации ограждений, малых архитектурных форм и элементов строительных конструкций из гигроскопичных материалов (гипс, дерево, керамика и т.п.), являющихся объектами обслуживания малых предприятий, а также от вредного воздействия окружающей среды.
Изучение условий работы деталей вышеперечисленного оборудования, механизмов, режущего инструмента, исполнительных органов и обслуживаемых малыми предприятиями объектов позволяет сделать вывод о том, что имеет место ухудшение их эксплуатационных характеристик и преждевременный выход из строя по причине разрушения рабочих поверхностей трением и коррозией. Применяемые в настоящее время хромирование, оксидирование и окрашивание традиционными методами деталей не обеспечивают надежной, длительной и безотказной работы деталей во время эксплуатации.
В последние годы группой ученых, в состав которой входил и автор настоящей работы, были проведены комплексные исследования по разработке научно-обоснованных методов улучшения эксплуатационных характеристик и повышения срока службы трущихся деталей и инструмента машин легкой промышленности и бытового назначения во время эксплуатации с использованием металлоплакирующих нанотехнологий [32,76 ].
Одним из перспективных направлений борьбы с износом является реализация в узлах трения режима избирательного переноса (эффекта безызносности )[ 15,19,21 ].
Явление избирательного переноса наблюдается при трении деталей из медьсодержащих сплавов по стали в среде глицерина и проявляется в виде избирательного растворения и переноса меди на поверхность стальной детали и обратно. При этом на трущихся поверхностях образуется защитная пленка меди, предотвращающая изнашивание металла и обеспечивающая режим безызносного трения. Механизм избирательного переноса при трении медных сплавов по стали в среде глицерина в настоящее время достаточно хорошо изучен [ 21] , однако в технике подобные пары трения и среда находят ограниченное применение.
Изучение условий работы деталей узлов трения компрессоров бытовых холодильников и анализ возможных физико-химических процессов в зоне фрикционного контакта показали, что во время работы на трущихся поверхностях деталей самопроизвольно образуется защитная медная пленка.
Характерной особенностью данного процесса является то, что омеднению подвергаются трущиеся детали, изготовленные из стали и чугуна, в состав которых медь не входит. Медь переходит в раствор в результате взаимодействия масло-хладоновых смесей с медными трубопроводами. Образующиеся химические соединения попадают в зазоры трущихся деталей, и там происходит обратный процесс - восстановление меди [28,73].
В компрессорах бытовых холодильников имеет место избирательное растворение, перенос и осаждение меди на площадях фактического контакта. Образуется тонкая медная пленка, препятствующая возникновению задиров во время пуска компрессора, когда смазка в зазорах отсутствует. Наличие высших жирных кислот в масле способствует улучшению его смазывающей способности и образованию защитного адсорбционного слоя на получившейся пленке меди [33,80].
Следовательно, имеются все признаки для того, чтобы отнести данное явление к одной из форм избирательного переноса, характерной при использовании металлоплакирующего смазочного материала [15].
Анализ физико-химических превращений, протекание которых возможно при работе герметических хладоновых компрессоров, и исследования, проведенные с участием автора настоящей работы, позволили предложить механизм безызносности их узлов трения [29,74].
Во время работы компрессора образуются поверхностно активные вещества (например, жирные кислоты), взаимодействующие с медными частями холодильного агрегата. В результате химических реакций происходит образование медьсодержащих органических соединений (например, медных мыл), растворимых в смазочной среде. Со смазочной средой эти соединения попадают на детали компрессора и адсорбируются на их поверхностях, происходит восстановление меди.
Формирование защитного поверхностного слоя металла с заданными характеристиками в направленных потоках энергии
Поверхностный слой детали представляет собой сложное структурное образование, полученное путем воздействия на металл детали обрабатываемым инструментом и взаимодействия металлической основы детали и нанесенного покрытия с рабочей эксплуатационной или технологической средой.
Опыт эксплуатации различных механизмов показал, что заданный срок службы может быть получен в том случае, когда максимально будут учтены возможные условия работы деталей и выбранные методы подготовки поверхностей будут им соответствовать [15,16].
Как было указано выше, перспективным методом повышения износостойкости деталей является создание поверхностного слоя с минимальным количеством дефектов в структуре, способным выдержать большие удельные нагрузки при работе и подвергаться сдвиговым деформациям без разрушения. Кроме этого, поверхностный слой должен быть способен к самовосстановлению при использовании специальных рабочих сред.
Если имеется смазочная среда, то эти вопросы можно решить реализацией режима металлоплакирования при трении. Если во время работы деталей или инструмента невозможно применить рабочую среду, то данные условия могут быть выполнены применением комбинированных методов предварительной обработки поверхностей деталей.
Этот метод получил название электроискрового легирования или электроискрового нанесения покрытий [93]. Данный процесс подразделяется на ручной и механизированный, вибрационный (контактный) и безвибрационный (бесконтактный). Сущность ручного вибрационного процесса основана на использовании плазменных импульсных искровых разрядов в воздушной среде при периодическом касании электрода с изделием, вследствие чего осуществляется перенос и осаждение расходуемого материала электрода на поверхность изделия. При этом электрод является анодом и на него подается плюс от источника генератора импульса, а изделие является катодом и на него подается минус от источника. Аналогами данного процесса, но при использовании дугового разряда, являются импульсная аргонодуговая наплавка плавящейся проволокой, микроплазменная импульсная сварка неплавящимся электродом дугой обратной полярности (применяемой для получения эффекта катодной очистки при сварке алюминиевых и магниевых сплавов) или традиционный процесс сварки плавящимся расходуемым электродом. В отличие от других технологий этот метод основан на использовании искрового разряда с малой длительностью его существования 10"6 ги 10 "3 с и прохождении мощных импульсных токов при разряде конденсатора с плотностью тока до А/мм". При этом температура плазмы в межэлектродном зазоре может достигать 7000 -11000 С. В результате теплового и газодинамического воздействия искрового разряда происходит эрозия материала электрода (анода) и перенос продуктов эрозии в жидкой, твердой и паровой фазах на изделие (катод). При этом на поверхности изделия за счет протекания металлургических процессов образуется композиционный материал, в составе которого присутствуют материалы электрода и изделия, продукты их взаимодействия друг с другом и с элементами межэлектродной среды. Многократное воздействие искровых разрядов и соответственно циклов нагрев — охлаждение приводит к ограничению толщины нанесенного покрытия. Увеличение длительности обработки ведет к постоянной перекристаллизации материала микрованны, а также к созданию повышенных растягивающих внутренних напряжений в поверхностном слое, которые вызывают хрупкое разрушение нанесенного покрытия с образованием трещин, сколов и выкрашивания материала катода. Основными причинами невозможности нанесения значительных толщин покрытия являются: накопление внутренних напряжений, уменьшение термостойкости покрытия и образование ультрадисперсной структуры покрытия [36].
Для упрочнения инструмента и технологической оснастки в качестве электродов применяют твердые сплавы (Т15К6, Т17К12, ВК6, ВК8, ВК20 и др.), материалы на основе карбидов и боридов металлов (TiC, WC, Мо2В5, СгВ2, ТаВ2 и др.). Покрытия на основе этих материалов обладают высокой твердостью и износостойкостью. Также в качестве материалов для электродов получили распространение медь, латунь, бронза, алюминиевые сплавы, вольфрам и его сплавы с медью. Их применяют для повышения коррозионной стойкости и жаростойкости поверхностей деталей. Было установлено, что: 1. В процессе обработки привес катода изменяется нелинейно, особенно на жестких (грубых) режимах; данному электрическому режиму соответствует определённая максимальная толщина слоя. 2.Для уменьшения шероховатости поверхности необходимо уменьшить энергию единичных импульсов при максимальной частоте следования. 3. Чем более инертна межэлектродная среда, тем больше время обработки единицы площади катода и толще наносимый слой. 4.Для получения возможно более толстых и сплошных слоев с достаточно чистой поверхностью следует использовать средние по энергии импульсы (около 1 Дж). 5. Для ликвидации схватывания электродов в момент контакта рекомендуется уменьшить энергию импульсов и увеличить амплитуду вибрации анода. 6.Сплошность покрытия тем больше, чем меньше шероховатость легируемой поверхности. С учетом вышеизложенного нами предложен следующий комбинированный метод обработки поверхности детали для придания ей заданных эксплуатационных характеристик. На первом этапе на поверхность детали электроискровым способом наносится покрытие заданного химического состава и требуемой твердости. Затем методами поверхностно-пластического деформирования [11,64,66] в поверхностно-активной металлоплакирующей среде устраняются дефекты на поверхности и в сформированном покрытии с одновременным формированием защитной пленки из плакирующего металла [10,58,73].
Подготовка образцов материалов для испытаний
Сдерживающим фактором массового применения плазменного напыления является сложность процесса, большие габариты рекомендуемого оборудования и его высокая стоимость. В то же время в последние годы отечественной промышленностью освоено производство малогабаритных низкотемпературных пароплазменных установок, внедрение которых на малых предприятиях представляет значительный интерес. В пезультате сравнительного анализа, нами было установлено, что для малых предприятий больше всего подходят аппараты марок « Плазариум », « Плазар » и «Мультиплаз-2500М». Это усовершенствованные модификации многофункциональных отечественных портативных плазменных аппаратов для сварки, пайки и резки металлов и неметаллов [31]. Плазмотрон состоит из плазменной горелки и электронного блока питания общим весом 6 килограмм. Суть процесса, происходящего в плазматроне, следующая.
Внутри ствола горелки, между соплом-анодом и катодом, контактным способом зажигается электрическая дуга, которая превращает находящуюся там воду сначала в парообразное, а затем в плазменное состояние. При этом водяной пар ионизируется и под естественно образованным давлением выходит из сопла горелки в виде плазменной струи с температурой 8 000С, с помощью которой и осуществляются процессы резки, сварки, пайки и другой термической обработки негорючих материалов. Основные преимущества данного плазмотрона: - экономическая эффективность; - многофункциональность; - экологическая безопасность. Так как для его применения не требуется компрессоров, трансформаторов, газобаллонного и другого, имеющего большой вес оборудования, то на место проведения работ аппарат доставляется в маленькой сумке на плече сварщика. Поэтому, учитывая широкие возможности и высокую экономическую эффективность, аппараты окупаются примерно за 3 месяца. Рабочей жидкостью для аппаратов, в зависимости от осуществляемого процесса, является либо обычная вода (резка материалов), либо 45%-ный раствор любых растворимых в воде спиртов или, в крайнем случае, ацетона. Важным фактором экономической эффективности является минимальный средний расход электроэнергии — всего 1,6-И,8 кВт, что в течение года эксплуатации дает значительную экономию по сравнению с применением сварочных трансформаторов. При этом не требуется высокое напряжение (380В), что не везде доступно.
В "полевых" условиях пароводяной плазмотрон обеспечивает многократную экономию на расходе дорогостоящих нефтепродуктов для генераторов (не считая того, что стоимость генератора для обеспечения мощности 2,5 кВт в несколько раз меньше, чем стоимость генератора, необходимого для обеспечения обычной электродуговой сварки). Решающее значение при использовании плазмотронов имеет фактор многофункциональности. С его помощью легко режется любой известный на земле негорючий материал, в том числе (в отличие от газосварки) нержавеющая и высоколегированная сталь, алюминий, титан, кирпич, бетон, керамика. Экологичность данного способа металлообработки обеспечивается отсутствием процесса горения и продуктов сгорания, не говоря уже о том, что не применяются вредные газы (пропан, ацетилен, азот и т.д.), отравляющие организм человека. При работе атмосфера помещения только дополнительно обогащается кислородом Ог Экологическая чистота данного плазмотрона позволяет производить работы в закрытых помещениях при отсутствии вентиляции (в жилых помещениях, трубах, шахтах, колодцах, тоннелях, подвалах и т. д.). Малогабаритные плазмотроны крайне эффективны при монтаже и последующем ремонте трубопроводов, систем отопления и канализации, энергосистем, при производстве кровельных работ, при ремонте холодильников, кондиционеров, вентиляционных систем, а также при ремонте автомобильной техники.
Аппарат не заменим при эксплуатации в хозяйствах водоканала, в проведении подземных работ по строительству тоннелей, монтажу всех видов подземных коммуникаций. Он может быть использован для разделительной поверхностной и копьевой (образование отверстий) резки, прожигания отверстий, пайки, плавления, локального нагрева черных и цветных металлов и других материалов, а также в работе по камню, для разделки стеклоткани [ 60 ]. На основании всестороннего изучения опыта нанесения различных покрытий с помощью промышленных плазменных установок с учетом конструктивных особенностей пароводяного плазмотрона нами был предложен метод нанесения полимерных и металлополимерных композиционных покрытий на различные конструкционные материалы (металл, дерево, керамика, кирпич и бетон) [30,32].
Проведение лабораторных триботехнических исследований смазочных материалов с металлоплакирующей присадкой
В соответствии с выбранной методикой испытаний были изготовлены образцы из конструкционных материалов, применяемых для деталей оборудования , рассмотренного в первой главе настоящей работы. Чертежи образцов для испытаний на трение приведены на рис. 3.1. Колодки были изготовлены из стали ШХ15 с твердостью 60-65 HRC и серого чугуна СЧ 18 и СЧ 25, ролики и дисковые ножи - из стали У7А и стали 45 с твердостью 40 - 50 HRC, а также из стали ШХ15 с твердостью 60 - 65 HRC. В качестве образцов для нанесения покрытий плазмой были выбраны стальные пластины из стали ст.З и художественные изделия из керамики. В качестве напыляемого материала использовались порошковые краски. В соответствии с методикой для каждого испытания было изготовлено 5 одинаковых пар исследуемых материалов. Проведенными ранее исследованиями были установлены оптимальные составы медьсодержащих металлоплакирующих присадок для индустриальных масел и их оптимальные концентрации [73]. Во время испвітаний использовались масла И20А, в которые вводились медьсодержащие присадки в концентрации от 0,05 до 1,0 % масс. В качестве последней была использована маслорастворимая медьсодержащая присадка , разработанная коллективом ученых Московского государственного университета сервиса. Присадка является сильным поверхностно-активным веществом , но она нетоксична , и не обладает раздражающим действием на кожный покров и слизистые человека. Она вводится в смазочный материал в малых концентрациях и не влияет на физико-химические свойства основного материала. Ее состав : 50% олеата меди и 50% олеиновой кислоты Процесс введения присадки в смазочные материалы не представляет сложности , так как присадка хорошо растворяется в органических жидкостях и в осадок не выпадает . Образование полимерной пленки на поверхности плакирующей пленки может быть обеспечено введением в смазочный материал фторорганического компонента.
Для этого нами был использован фторацилированный аминоамид, который вводился в смазочную композицию в концентрациях от 0,2 до 0,4 % масс. Как указывалось выше , для смазывания узлов трения подшипников также используется пластичный смазочный материал ЛИТОЛ — 24 . Для лабораторных испытаний материалов на трение и износ были приготовлены смазочные композиции со следующими, рекомендуемыми вышеуказанной методикой, концентрациями присадки : 0,001%, 0,01%, 0,1%, 0,15%, 0,5% . Нанесение покрытий фрикционной обработкой производилось в металлоплакирующей среде на основе хлорида меди (1), фторацилирован-ного аминоамида и глицерина. В ранее проведенных работах [48,73] указывалось, что введение противоизносных присадок в жидкие масла обеспечивает экстремальные значения износа, соответствующие определенным концентрациям присадок. Указывалось, что это является результатом протекания двух конкурирующих процессов (подавление износа и изнашивание).
В работе [48 ] предлагались уравнения для количественной, оценки зависимости износа от концентрации присадки в масле, в том числе и для определения оптимальной концентрации присадки. Но предложенные уравнения не позволяют получить достоверных результатов при малых концентрациях присадки, а значения нулевых концентраций не могут быть получены с помощью предложенных уравнений. В работе [73 ] показано, что использование металлоплакирующих присадок к смазывающим маслам приводит к нескольким одновременно протекающим процессам, как способствующим подавлению износа, так и приводящим к нему. Процессы, приводящие к подавлению износа, в основном сводятся к образованию защитной металлической пленки на трущихся поверхностях. В то же время продукты, образующиеся в результате этого процесса, способствуют повышению износа. Анализ полученных результатов показывает, что в области малых концентраций присадок процессы подавления износа превалируют над его инициированием [80]. Это связано с тем, что образуется мало агрессивных продуктов (химически активных и адсорбционно-активных веществ), способствующих адсорбционному диспергированию и другим процессам разрушения поверхности. В связи с этим область малых концентраций присадок зависимости интенсивности изнашивания от концентрации присадки может быть описана математическим выражением вида где // - интенсивность изнашивания трущихся материалов в масле с присадкой; С - концентрация присадки в масле; К] - константа скорости подавления износа. Интегрирование данного уравнения приводит к следующим результатам: где 10 — интенсивность изнашивания трущихся материалов в масле без присадки; е - основание натуральных логарифмов (е = 2,7189).
В области больших концентраций присадок, где в основном проявляют себя физико-химические процессы, приводящие к износу; зависимость интенсивности изнашивания от концентрации присадки можно выразить уравнением: где /7/ - интенсивность изнашивания трущихся материалов в масле с присадкой
