Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса, цель и задачи исследований 7
1.1. Шестеренные насосы 11НШ для производства химических волокон, особенности трения и изнашивания их механизмов 9
1.2. Коррозионно-механическое изнашивание и меры по снижению его влияния на износостойкость трибосопряжений 13
1.3. Анализ использования композиционных материалов с полиамидной матрицей в трибологических системах 25
1.4. Использование метода пластификации для повышения триботехнических характеристик полиамидов 34
1.5. Фосфаты металлов - как неорганические полимеры, повышающие антикоррозионные и антифрикционные характеристики трибосопряжений 41
1.6. Постановка цели и задач исследований 47
2. Оборудование, объекты и методики экспериментальных исследований 48
2.1. Машина трения, аппаратура и методики триботехнических и электрохимических испытаний 48
2.2. Аппаратура и методики определения физико-механических характеристик материалов 54
2.3. Объекты исследований 60
3. Исследование механизма изнашивания трибососпряжения вал-корпус насосов ПНШ 62
3.1. Анализ конструктивных особенностей и химического состава металлов и сплавов трибосопряжения вал-корпус насосов ПНШ, влияющих на их износостойкость 62
3.2. Влияния электродного потенциала трибосопряжений вал-корпус насосов 11НШ на механизм их изнашивания 69
3.3. Выводы 72
4. Технология изготовления композиционного самосмазывающегося материала (КСМ)" ВДМ-1" 74
4.1. Микрокапсулирование как метод пластификации полиамидов антифрикционными и антикоррозионными компонентами 75
4.2. Литьевая машина для изготовления КСМ и технологический процесс его переработки 79
4.3. Оптимизация состава КСМ 81
4.4. Оптимизация режимов переработки 88
5. Исследование триботехнических и физико-механических характеристик КСМ "ВДМ-1" 96
5.1. Трибологические исследования КСМ 96
5.2. Определение химической стойкости КСМ 108
5.3. Исследование релаксационных характеристик КСМ 109
5.4. Определение теплофизических характеристик КСМ 111
6. Обсуждение полученных результатов и внедрение КСМ "ВДМ-1" 112
Общие выводы 122
Литература 124
Приложения 137
- Коррозионно-механическое изнашивание и меры по снижению его влияния на износостойкость трибосопряжений
- Аппаратура и методики определения физико-механических характеристик материалов
- Влияния электродного потенциала трибосопряжений вал-корпус насосов 11НШ на механизм их изнашивания
- Микрокапсулирование как метод пластификации полиамидов антифрикционными и антикоррозионными компонентами
Введение к работе
Одной из важнейших задач современного машиностроения является скорейшее внедрение новьк прогрессивных научно-обоснованных методов борьбы с преждевременным износом узлов трения механизмов и машин. Особый интерес для решения этих задач представляют композиционные материалы с полимерной матрицей, обладающие свойством самосмазываемости и структурной приспосабливае-мости в трибологическом контакте.
Научные основы создания антифрикционных, композиционных, самосмазывающихся материалов (КСМ), начиная с синтеза и кончая разработкой технологий изготовления изделий, разработаны в Федеральном государственном унитарном предприятии "Особое конструкторско-технологическое бюро "Орион". Созданные здесь КСМ - "Масляниты" нашли применение практически во всех областях науки и техники и получили высокую оценку у материаловедов - трибологов, создающих и внедряющих подобные материалы [1, 2, 98,110,119].
Самосмазываемость "Маслянитам" придают тонкие граничные пленки, образующиеся в контакте с металлами, за счет миграции пластификатора из объема материала на поверхность трибологического контакта в процессе трения. При этом процессы физической адсорбции уже на первой стадии работы пары трения приводят к снижению сил трения и повышению износостойкости трибосопряжений. Вторая стадия, характеризующаяся процессами химической адсорбции, приводит к образованию в контакте вторичных структур, имеющих новые, отличающиеся от объемных, свойства [2,12,97,108,113,115,120,147].
Однако появляются новые области техники и производства, узлы трения машин и механизмов которых работают в химически-активных средах. И именно здесь необходимо использовать одну из важных характеристик полимеров - их коррозионную стойкость. Одновременно, вводя в полимерную матрицу, те или иные наполнители (твердые, жидкие, органические и неорганические вещества, ингибиторы коррозии и другие компоненты) можно создавать в узлах трения оптимальную трибологическую систему, характеризующуюся низкими коэффициентами трения и повышенной стойкостью к коррозион-но-механическому изнашиванию.
В настоящее время в химической промышленности, а именно на предприятиях, выпускающих высокопрочные химические пара-арамидные волокна для изготовления композиционных материалов, бронежилетов, снаряжения пожарников, возникла проблема в повышения надежности и долговечности технологического оборудования.
Главным критерием остановов технологического оборудования при производстве пара-арамидных волокон служит величина плотности нити, значение которой определяется производительностью насосов-дозаторов 11НШ, перекачивающих полимерные растворы. Только на приобретение этих насосов ОАО "Каменск-волокно" тратит около 30 млн. руб. в год.
Основной причиной выхода из строя насосов 11НШ, долговечность работы которых находится в пределах 1.. .2 месяцев, является износ и коррозия его деталей, так как перекачиваемые полимерные растворы являются электролитами, имеющими в своем составе соляную кислоту и хлористый водород. Попытки решить эту задачу путем изготовления деталей насоса из коррозионно-стойких сталей привели лишь к незначительному повышению срока службы насоса при многократном возрастании его стоимости.
Учитывая, что убытки предприятий при замене насосов 11НШ не ограничиваются только их стоимостью, а сопровождаются простоем дорогостоящего оборудования (стоимость простоя одной прядильной машины превышает 8 тыс. руб/час) и значительным снижением качества выпускаемой продукции, вопросы повышения надежности и долговечности работы насосов 11НШ являются актуальными.
В настоящей работе описаны исследования механизма трения и изнашивания трибосопряжений шестеренных насосов-дозаторов 11НШ и создания с целью повышения их износостойкости нового самосмазывающегося композиционного материала с полиамидной матрицей, пластифицированного продуктом гидролиза фос-фатидных кислот - лецитином [Патент на изобретение №2241722]. Интересно отметить, что это вещество было первым идентифицированным органическим соединением фосфора, выделенным Вокленом в 1811 г. из мозгового жира, и охарактеризованного Гобли в 1850 г. как фосфорсодержащий липид, использовавшийся до настоящего времени в фармацевтической промышленности [3].
Предлагаемая работа состоит из 6-ти глав.
В первой главе рассмотрены особенности работы и изнашивания трибосоп-
ряжений шестеренных насосов 11НШ. Проведен обзор информации по исследованиям коррозионно-механического изнашивания узлов трения с металлическими и металлополимерными парами трения. С позиций трибологического материаловедения рассмотрены вопросы пластификации и использования самосмазывающихся материалов с полиамидной матрицей в узлах трибоспоряжений, проведен анализ информации об эффективности введения соединений фосфора в полимерную матрицу для повышения триботехнических характеристик композиционных материалов. Сделаны выводы, поставлены цель и задачи исследований.
Во второй главе рассмотрены объекты исследований, оборудование, на котором проводились эти исследования и эксперименты, описаны методики проведения работы.
В третьей главе рассмотрены исследования процессов коррозионно-механического изнашивания трибосопряжения вал-корпус и влияния этих процессов на механизм изнашивания других трибосопряжений насосов 11НШ.
В четвертой главе рассмотрен метод пластификации - микрокапсулирование с целью обоснования использования этого метода для введения наполнителей в создаваемый материал. Приведена технология изготовления разработанного КСМ "ВДМ-1", описана методика оптимизации его состава и температурных режимов переработки на литьевой машине конструкции ЛМ-1-Орион.
Пятая глава посвящена трибологическим и физико-химическим исследованиям трибосопряжений насосов 11НШ с металло-полимерными парами трения. В связи с тем, что КСМ "ВДМ-1" может быть использован в узлах трибосопряжений, эксплуатируемых в режимах трения без смазочного материала и со смазочным материалом (ГОСТ 27674-88), были проведены исследования работоспособности этого материала при смазывании некоторыми химически-активными жидкостями.
В шестой главе рассмотрены результаты опытно-промышленных испытаний КСМ "ВДМ-1 "и приведены некоторые сравнительные данные о конструктивных особенностях насосов "Орион ВДМ' и их аналогов - насосов ведущей германской фирмы "BARMAG". Рассмотрены вопросы влияния водорода и пластификатора — лецитина на процессы, происходящие при работе шестеренных насосов 11НШ.
Основные результаты работы описаны в общих выводах.
В приложении представлены акт внедрения и патенты на изобретения.
Коррозионно-механическое изнашивание и меры по снижению его влияния на износостойкость трибосопряжений
В соответствии с ГОСТ 27674-88 коррозионно-механическое изнашивание - изнашивание в результате механического воздействия, сопровождаемого химическим и (или) и электрическим взаимодействием материала со средой. Исходя из механизма явлений в трибологическом контакте, с которыми сопряжено трение, рассматривают отдельно две разновидности коррозионно-механического изнашивания металлов: 1 - при протекании процессов изнашивания в условиях химического взаимодействия с окружающей средой, т.е. при трении в газовой среде или в присутствии растворов не электролитов; 2 -при протекании процессов изнашивания в условиях электрохимического взаимодействия металла с окружающей средой, т.е. при трении в присутствии растворов электролитов — растворов кислот, щелочей и нейтральных солей [4]. Однако, наиболее распространенные среды, с которыми контактируют трущиеся детали - смазочные масла, также могут обладать электрохимической активностью вследствие присутствия в них химически активных присадок и влаги. В настоящей работе рассматривается, в основном, второй случай, так как изнашивание трибосопря-жений насосов, для дозирования пара-арамидных волокон, происходит в присутствии хлористого водорода и раствора соляной кислоты.
Одно из наиболее ранних исследований процесса коррозионно-механического изнашивания стали при трении в агрессивных жидкостях, выполненное в связи с изысканием средств продления срока службы корабельных валов, показало, что электрохимическая коррозия, обусловленная постоянным доступом сильных растворов электролитов (растворов хлоридов, морской воды), значительно ускоряет разрушение поверхностей трения [21]. И первые исследования показали, что нельзя предсказать поведение какого-либо металла при одновременном воздействии на него коррозии и трения по данным, полученным при раздельном изучении коррозионной устойчивости этого металла без трения и износостойкости его при отсутствии коррозии. Металл, коррозионностойкий по отношению к какой-либо агрессивной среде вследствие образования на нем защитной пленки, может оказаться совершенно не стойким при трении в этой среде, если только защитная пленка не окажется сама по себе износостойкой по отношению к механическому трению [22].
Длительное время господствовало упрощенное представление о коррози-онно-механическом изнашивании как о процессе образования пленок продуктов коррозии и их периодическом срыве в результате механического воздействия. Роль коррозионного и механического факторов при этом оценивалась по разному. Одни авторы [4] считали этот процесс чисто коррозионным, другие [31] - механическим, третьи [32] — определяли оба фактора как равнозначные. Однако со временем утвердилось положение, что при трении металлов в растворах электролитов трехфазная фрикционная система (металл 1-раствор-металл II) должна рассматриваться как специфическая электрохимическая система, к которой применимы соответствующие электрохимические законы и методы исследования [18,23-25,38,41,48-50].
Особенность трения металлов в растворах электролитов заключается в том, что этот процесс зависит от величины электродного потенциала — ф, который, как известно, является фундаментальной характеристикой электрохимических систем. Именно это обстоятельство позволило объединить все случаи трения и коррозионно-механического изнашивания в жидких электропроводных средах в самостоятельную область и развить новое направление — трибоэлектро-химию, базирующееся на законах и научных исследованиях трибологии и электрохимии, и являющееся разделом физико-химической механики материалов [7, 23-28,69].
При трении в коррозионно-активных средах поверхность металла должна обладать не только высокой износостойкостью, но и максимально возможной коррозионной стойкостью. Особое значение имеет и вопрос о роли механического и коррозионного факторов и об их взаимном влиянии друг на друга, от решения которого зависит выбор материалов и методов борьбы с коррозионно-механическим изнашиванием.
Коррозия при трении является специфическим случаем коррозии под напряжением,;. Однако при появлении трения все коррозионные процессы резко активизируются. Прежде всего, это связано с изменением ф, что оказывает влияние на скорость электрохимических реакций. В то же время происходит и механическое удаление защитных пассивирующих пленок. Коррозия при трении имеет характер и контактной коррозии, так как пара трения обычно состоит из разнородных металлов или материалов и представляет собой макрогальванический элемент. Так как между парами трения имеются зазоры, коррозия при трении также носит характер щелевой коррозии. На основе созданной И.В.Крагельским усталостной теории износа [33], а также, учитывая электрохимические процессы, происходящие в зоне трибологического контакта из-за наличия в нем растворов электролитов, механизм коррозионно-механическое изнашивания некоторыми авторами [23,25] рассматривается следующим образом (рис. 1.3).
При трении разнородных металлов в коррозионно-активных средах возникает коррозионный макроэлемент, характеризующийся определенной величиной потенциала трения - ф , Импульсный характер трения способствует появлению колебаний ф-ф, частота и амплитуда которых зависят от условий трения (давления, скорости, шероховатости поверхности и др.). Первичный акт взаимодействия среды и металла - адсорбция - протекает под контролем установившегося ф, а локализованная адсорбция поверхностно-активных веществ (ПАВ) определяется также и его колебаниями Лф. Адсорбция способствует уменьшению поверхностной энергии. Последняя может существенно изменяться в результате прямого влияния ф и его колебаний. Затем происходит снижение поверхностных барьеров, тормозящих движение дислокаций, облегчая их выход на поверхность. Возникающие микроэлементы, согласно гетерогенно-электрохимической теории коррозии, начинают активно растворяться. Растворение ионов металла на наиболее "слабых" участках поверхности способствует облегчению усталостного разрушения в этих местах. Таким образом, коррозионно-механическое изнашивание не может рассматриваться как простое суммирование механического и электрохимического факторов, а является сложным процессом, в котором электрохимическое растворение служит своеобразным катализатором усталостного разрушения. В свою очередь трение активирует протекание электрохимической коррозии. И во всех этих процессах существенную роль играет электродный потенциал системы ф.
Рассмотрим частные случаи проявления процессов коррозионно-механического изнашивания и методы их исследования
В настоящее время опубликовано большое количество работ, посвященных исследованиям процессов коррозионно-механического изнашивания различных материалов в воде, водных растворах электролитов - солей, кислот, щелочей. Много данных получено при изучении процессов трения металлов о неметаллические контртела (фарфор, графит, полимеры и т.д.) [17, 18,31-34, 36„ 38, 40,]. Однако большинство работ было посвящено исследованиям изнашивания пар трения металл-металл или металл-сплав [9-11,22,39,48-50,66,67,154].
Аппаратура и методики определения физико-механических характеристик материалов
Определение температур в зоне трибологического контакта и теплопроводности по длине образца при исследовании металлополимерных пар трения, работающих без смазки, проводили с помощью тепловизора "Тег-movision-550" шведской фирмы "Agema" - инфракрасная система контроля состояния. В этом случае вместо текстолитовой ванны использовалась обыкновенная открытая опора. После включения тепловизора окуляр его видеокамеры направлялся на пару трения и проводилась настройка прибора. Далее запускалась машина трения и по цветовой шкале тепловизора, в режиме стоп-кадра, отмечалось время начала стабилизации температуры (установления постоянства теплового потока) по всему объему образца. После этого, по этой же шкале в том же режиме проводилось измерение температуры в зоне трибологического контакта и по всей видимой зоне пары трения.
Далее автоматическая система тепловизора считывала, обрабатывала и каталогизировала проведенные испытания. Затем на цветном лазерном принтере проводилась распечатка результатов испытаний.
В связи с тем, что материалы, используемые для насосов 11НШ не должны менять свои размеры от напряжения в течение длительного срока, проводились исследования их релаксации. Определение релаксации напряжений материала "ВДМ-1" проводили на релаксометре осевого сжатия РОСБ-1-1 (рис. 2.6)
Релаксометр состоит из основания 1, на котором расположены металлические шайбы 2, 3, между которыми находятся 3 образца 4. На основании нахо 58 дится консоль 5. Необходимая нагрузка на верхнюю шайбу 3 создается путем подачи вала нагружения 6, гайкой 7 через образцовый динамометр осевого сжатия ДОС-1 системы Н.Г.Токаря (ГОСТ 9500-75) 8. Релаксация контролируется индикатором часового типа ИЧ ГОСТ577-76 9. Каждое деление индикатора соответствует определенной нагрузке, передаваемой через динамометр на образцы. Образцы для испытаний в виде цилиндров диаметром 10 мм и высотой 15 мм вырезались из заготовок материала "ВДМ-1". Для сравнения исследовался аналог материала "ВДМ-1" - "Маслянит-9С" и политетрафторэтилен. Все образцы из полимеров как КСМ, так и без наполнителей, вырезались из заготовок по специальным методикам и режимам, не допускающим развитие трещин при механической обработке. Перед испытаниями все образцы выдерживались не менее 10 суток на воздухе при комнатной температуре и относительной влажности 0,6±0,7г/м3. Далее проводился замер длины образцов микрометром. Образцы устанавливались между промежуточными шайбами, проводилось нагружение и через каждый час записывалось число делений индикатора, соответствующее напряжению на образцах. При исследовании релаксации верхней и нижней пластины, изготовленных из материала "ВДМ-1", между промежуточными шайбами устанавливались эти детали модернизированных насосов. Плотность образцов материала "ВДМ-1" находили расчетным методом, массу определяли с точностью 0,1 %, размеры образцов - с точностью 0,1 мм. Твердость (ГОСТ 4670-77) измерялась на машине РМУ - 0,005-1 на образцах диаметром 20±0,1 мм и высотой 10+0,1 мм при температуре 20+5 С." Удельную ударную вязкость определяли на маятниковом копре типа КМ 50, использовались образцы 5±0,5х10±0,5х50±0,5 мм. При доверительной вероятности 0,95 точность определения составила 1,5 %. Измерения проводились при температуре 20±5 С. Предел прочности при сжатии измеряли по ГОСТ 4651-82 на образцах диаметром 15+0,1 мм и высотой 15+0,1 мм на испытательной машине типа Р5. Погрешность определения составляла 1,5 при доверительной вероятности 0,95. Температурный коэффициент линейного расширения находили с помощью кварцевого дилатометра ДКВ-7а, работающего в интервале температур от -100С до 300С. Образцы для испытаний имели диаметр 5 мм, длину 50 мм. Погрешность методики при измерении не превышала 3 % при доверительной вероятности 0,95. Микроструктурные исследования проводили на металлографическом микроскопе Epiquant с увеличением 100 - 400. Функциональная схема системы анализа микроструктуры представлена на рис.2.7 [71]. В системе используется металлографический микроскоп Epiquant, оборудованный столиком с шаговым приводом. Объект микроскопического анализа освещается осветительной системой (ОС) и перемещается относительно объектива микроскопа с помощью двухкоординатного столика с приводом. Управление перемещением столика осуществляется с помощью блока управления (БУ), микропроцессорного контроллера МІЖ и ЭВМ. Изображение микроструктуры через оптическую преобразовательную систему ОПС поступает на CCD-видеокамеру и затем вводится в ЭВМ для анализа с помощью видеоадаптера [70]. С помощью этого микроскопа проведены съемки и получены микрофотографии поверхностей трения металло-полимерных пар и вида коллоидной системы при совмещении пластификаторов в процессе изготовления разработанного кем. Гранулометрический состав графита проверяли рассевом на ситовом анализаторе 162Т в течение 600 с на навеске 100 г. Использовали набор сит с ячейками от 0,8 до 0,09 мм по ГОСТ 3584-72. Обработку полученных результатов и оценку погрешности измерений проводили по ГОСТ 8.207-76.
Влияния электродного потенциала трибосопряжений вал-корпус насосов 11НШ на механизм их изнашивания
В начале 60-х годов прошлого столетия в технической литературе появился термин «микрокапсулирование», означающий нанесение защитных оболочек на микрочастицы вещества. Это сравнительно молодая отрасль химической технологии, обеспечивающая в ряде областей достижение качественно новых эффектов [70]. Микрокапсулирование - это процесс заключения мелких частиц вещества в тонкую оболочку пленкообразующего материала. В результате микро-капсулирования получают продукт в виде отдельных микрокапсул размером от долей микрона до сотен микрон. При этом капсулируемое вещество может находиться в любом агрегатном состоянии - жидком, твердом или газообразном.
С помощью микрокапсулирования можно уменьшить реакционную способность веществ, смешивать несмешивающиеся и реагирующие друг с другом соединения, обеспечивать замедленное высвобождение активных веществ или их высвобождение в нужный момент времени. К настоящему времени осуществлено микрокапсулирование металлов, различных химических веществ (гидридов, солей, кислот, оснований, многих классов органических соединений - как мономерных, так и высокомолекулярных), представляющих собой катализаторы, стабилизаторы, пластификаторы, масла, жидкое и твердое топливо, растворители, красители, удобрения, лекарственные препараты и др. [70-72].
В качестве материалов оболочек микрокапсул могут использоваться любые вещества, обладающие пленкообразующими свойствами. К ним относятся как высокомолекулярные, так и низкокомолекулярные соединения, например белки, полисахариды, воска, парафин, производные целлюлозы, по-лисилоксаны, полиолефины, поливинилхлорид, эпоксидные смолы, полиамиды, различные сополимеры, металлы, углерод, силикаты, карбиды и др. Выбор материала оболочек зависит от назначения, свойств и способа высвобождения капсулируемого вещества, а также от метода микрокапсулирования.
Эти же факторы определяют и строение микрокапсул. На рис. 4.1 схематически изображены основные типы микрокапсул. Если материал оболочек, по каким-либо причинам не может быть нанесен непосредственно на основное вещество, производят промежуточное капсулирование этого вещества удобным методом в другой материал. Образующаяся оболочка имеет двухслойную [73] или многослойную [74] структуру В настоящей работе рассмотрено применение одного из вариантов мик-рокапсулирования, основанное на явлении коацервации, широко используемое для получения микрокапсул, содержащих неполярную жидкость - масло. В качестве материала оболочек в коацервационном методе используют высокомолекулярные вещества, способные диссоциировать в водном растворе на ионы, т.е. полиэлектролиты, причем такие, которые при внешнем воздействии на раствор могут образовывать жидкую фазу, обогащенную этим веществом. Полиэлектролиты могут быть синтетического и природного происхождения. Перечень полиэлектролитов очень широк. К природным полиэлектролитам относятся, например, желатин и его модификации - полиакриловая кислота полшкриламид и др. полимеры, содержащие кислотные (СОО-, OS03", ОР03Н") или основные (NH3+, NHC(NH2)2+, N(CH3)3+) группы. Анализ веществ, которые могут являться оболочками при микрокапсу-лировании, показал, что одними из перспективных веществ являются полифосфаты, имеющие в ионизированном состоянии структуру вида (К О п. Поэтому, предполагая, что вещество оболочек кроме своих прямых функций капсулообразователей, попадая в зону трения, будет выполнять и функции организатора антикоррозионных пленок, понижающих процессы коррози онно-механического изнашивания, в качестве коацерватора был выбран полифосфат - сложный эфир фосфорной кислоты - лецитин Лецитин широко применяется в лечебных целях, в пищевой, в текстильной, кожевенной, резиновой промышленности в качестве эмульгатора и смягчающего средства. Так как температура плавления лецитина 230-250С, а температура пластикации полиамида, используемого для КСМ, не выше 200С, то, очевидно, это вещество в процессе изготовления материала не будет подвергаться деструкции. Лецитин, являясь фосфолипидом, как и мыла жирных кислот, образует в соединениях сфероидальные мицеллы (рис. 4.2).
Мицеллы, поглощают смазочные масла, т.е. являются своеобразными емкостями для гидрофобных компонентов пластичной смазки, входящей в состав смазочной композиции. Это явление, как показали дальнейшие исследования и эксперименты, позволяет снизить процесс выделения масел из шихты в процессе её пластикации в литьевой машине. Кроме этого, лецитин, являясь эфиром фосфорной кислоты, понижает термодеструкционные и коррозионные процессы, протекающие на границе полимерный материал -металл в процессе эксплуатации и хранения узла трения. Ниже показаны фотографии капсулирования частиц смазки №158 раствором лецитина в метиловом спирте в начале и в конце технологического цикла совмещения ингредиентов материала "ВДМ-1". Образцы смеси вынимались из автоклава, наносилась на поверхность полиамидной пластинки, и фотографировались.
Микрокапсулирование как метод пластификации полиамидов антифрикционными и антикоррозионными компонентами
Обсуждение процесса ингибирования КСМ "ВДМ-1" Все ингибиторы, применяемые для борьбы с коррозией металлов в кислотах, объединены под общим названием "ингибиторы кислотной коррозии". Ингибиторы кислотной коррозии являются предметом многочисленных исследований, однако механизм их действия остается до конца не выясненным. Для объяснения их действия используются две теории - "адсорбционная", с помощью которой пытаются действие органических ингибиторов связать с экранирующим действием адсорбционных органических пленок, и "энергетическая", с помощью которых пытаются действие ингибиторов свести к влиянию, которое адсорбированные слои оказывают на кинетику электрохимических реакций [57, 58, 61]. Однако эти теории априорно не могут объяснить совокупность накопившегося экспериментального материала.
Простое экранирование поверхности, изолирующее металл от воздействия коррозионной среды, не вскрывает механизма процесса, уже хотя бы потому, что степень покрытия поверхности металла адсорбированным веществом часто меньше монослоя, а скорость процесса уменьшается в несколько раз [17]. Изменением ингибитором точки нулевого заряда, или адсорбционного потенциала, также не всегда удается объяснить экспериментальные результаты, поскольку ингибирующий эффект часто во много раз превосходит тот, который можно было ожидать, исходя из изменений указанных параметров.
Поэтому, как считают многие электрохимики, и трибологи, занимающиеся проблемами коррозионно-механического изнашивания, при действии ингибиторов кислотной коррозии проявляются оба, а иногда и больше механизмов [25, 27, 29, 31, 32, 59, 60]. В общем, доказано [75], что любая пленка органического происхождения, появляющаяся на поверхности металла, изменяет строение двойного электрического слоя, а, следовательно, и кинетику электрохимических реакций и одновременно, частично изолируя металл от воздействия коррозионной среды, затрудняет переход ион-атомов металла из решетки в раствор. Вероятно, этот механизм действия ингибиторования присутствует и при введении эфира фосфорной кислоты - лецитина в полимерную матрицу в виде пластификатора и выделения его в процессе трения в зону трибологического контакта.
На рис. 6.9. и 6.10. показаны микрофотографии поверхностей трения металлических образцов из сплава 95Х18 после испытания их в паре трения с полиамидом 12Л и материалом "ВДМ-1" без смазочного материала.
Образцы после работы на машине трения МТ-1-Орион(Э) протирались сухой бязью и укладывались в кюветы с полимерным раствором Русар-О. После 48 часов образцы вынимались, протирались сухой бязью и отправлялись на микрофотографирование на микроскоп Epiquant. Было замечено, что на образце, отработавшем с чистым полиамидом, поверхность трения покрылась плотной коричневой пленкой ржавчины. В то же время на образце, отработавшем с материалом "ВДМ-1", пленка ржавчины была значительно тоньше, даже просматривались следы трения, образовавшиеся на поверхности трения металлического образца.
Этот эксперимент подтверждает теоретические предпосылки об образовании на поверхности металлического образца на наноуровне пленки ингибитора - лецитина, выделяющегося в зону трибологического контакта при трении из полимерной матрицы материала "ВДМ-1" и препятствующему протеканию в зоне трения анодных процессов ионизации металла. Выводы по вышеизложенному эксперименту согласовываются с исследованиями, проведенными в монографии [62]. Показано, что фосфаты, к которым относится и эфир фосфорной кислоты - лецитин, являются анодными ингибиторами, которые могут осаждать на поверхности металла пленки, отличающиеся исключительно высоким сопротивлением для переноса электронов. Это весьма благоприятный фактор, так как он способствует ослаблению вредного влияния, оказываемого анодными ингибиторами при частичной пассивации электрода. 1. Исследованы процессы коррозионно-механического изнашивания трибосопряжения вал-корпус. Исследования позволили сделать вывод о том, что коррозионно-механическое изнашивание материалов этих трибосопря жений имеет электрохимический характер и определяется коррозией корпуса насоса, интенсифицированной трением. 2. Доказано, что усиление коррозии при трении происходит за счет: постоянного поступления в зону трения окислителя - раствора электролита (полимерного раствора); наличия в трибосопряжении вал-корпус насоса гальва-нопар- анода -чугуна СЧ-22-24 (ср = - 0,46В)- и катода - сплава 95X18 (ф = - 0,36В), что приводит к интенсификации анодного процесса ионизации металла корпуса. 3. Показано, что изнашивание трибосопряжения вал-корпус приводит к повышению коррозионно-механического изнашивания трибосопряжении ведущая шестерня-пластины, ведущая-шестерня - статор. 4. Показано, что пластифицирование КСМ "Маслянит-9С" лецитином позволяет снизить коррозионно-механическое изнашивание контртела. Скорость изнашивания снижается в 2 — 4 раза. По специальности 05.02.01 -Материаловедение (машиностроение) 1. Для изготовления корпусов насосов 11НШ разработан новый КСМ — "ВДМ-1", наполненный пластичным смазочным материалом №158, графитом С-1 и эфиром фосфорной кислоты - лецитином. 2. При изготовлении КСМ "ВДМ-1" использована новая технология введения в его состав пластичного смазочного материала №158 - микрокап-сулирования. В этой технологии лецитин является пленкообразователем сфероидальных мицелл, образующих в процессе смешивания микрокапсулы, внутри которых находится компоненты пластичного смазочного материала. Технология введения пластификаторов, выполняющих одновременно функции смазочного материала и ингибитора коррозии в полимерную матрицу методом капсулирования, использована впервые (патент №2241722). 3. Методом математического планирования эксперимента определен оптимальный состав КСМ "Орион-ВДМ" (Полиамид-12Л- 100 вес.ч., графит С—1 — 10 вес.ч., пластичный смазочный материал №158- 7 вес.ч., спиртовой раствор лецитина - 20 вес.ч.). 4. При определении стойкости разработанного материала к химически-активным средам установлено, что изменение деформационных и прочностных характеристик после нахождения в испытываемых средах не превышает 7%, изменение массы - 0,5%. 5. Исследования релаксационных характеристик материала "ВДМ-1" показало, что у этого материала и время до достижения условно-равновесного состояния меньше, чем у его аналога материала "Маслянита-9С" и после снятия нагрузки остаточная деформация отсутствует. 6. С использованием тепловизора исследованы термодинамические характеристики материала "ВДМ-1". Показано, что введение пластификатора лецитина увеличивает теплопроводность материала. Коэффициент теплопроводности X у КСМ "ВДМ-1" 0,25 Вт/(м-К), у "Маслянита-9С"- 0,21 Вт/(м-К).
