Введение к работе
Актуальность исследования. Важной задачей современной промышленности является создание наноиндустрии, основной номенклатурой которой являются наноструктурированные материалы, изделия из них, наноэлектр оника.
В России сосредотачиваются усилия на разработку и применение наноструктурированных материалов первого поколения: смазочные материалы, добавки к топливам, композитные материалы, защитные и упрочняющие пленки, косметика, лекарственные препараты, текстильные материалы, катализаторы, мембраны, краски, упаковочные материалы, детекторы, сенсоры и др.
Учитывая мировые и отечественные тенденции по разработке наноструктурированных материалов и изделий из них, разрабатываются нанотехнологии порошковых структурированных пластичных смазочных материалов с заданными свойствами.
В современном машиностроении для повышения долговечности узлов трения, механизмов, приборов, технологического оборудования применяются пластичные смазочные материалы (ПСМ), в которых в качестве дисперсионной среды используют минеральные масла, а в качестве дисперсной фазы - различные мыла, а также тонкодисперсные органические и неорганические вещества. ПСМ на основе минеральных масел обладают хорошими противоизносными и антифрикционными свойствами, но не обеспечивают длительную работу трибосопряжений в широком температурном интервале. ПСМ на основе синтетических масел работоспособны в интервале высоких температур, но обладают недостаточно высокими смазочными свойствами.
В настоящее время актуальной является проблема создания ПСМ для машин, механизмов, приборов и технологического оборудования, работающих в широком интервале температур и нагрузок и обеспечивающих длительную работу узлов трения.
Основанием для выполнения настоящей работы является Межвузовская научно-техническая программа «Перспективные материалы» (тема 95/17 ф); Постановление Правительства РФ от 02. 08. 2007 г. № 498 Федеральная целевая программа «Развитие инфраструктуры наноиндустрии в Российской Федерации на 2008 -2011 годы».
Цель работы
Целью диссертационной работы является повышение долговечности узлов трения машин, механизмов, приборов, технологического оборудования, разработкой пластичных смазочных материалов на основе олигоорганосилоксановых жидкостей, смешанных с минеральными маслами или синтетическими жидкостями, с использованием в качестве загустителей структурированных нанометрических кластеров порошковых материалов.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
-
Разработать физическую модель механизма смазочного действия ПСМ в трибосопряжениях на основании концепции о фрактальных структурированных загустителях, обеспечивающих образование слоистых (ламеллярных) пленок; дисперсионных сред, представляющих собой смеси олигоорганосилоксановых жидкостей с минеральными или синтетическими маслами, реализующих синергизм смазочного действия и улучшающих смазочные свойства ПСМ.
-
Исследовать механизм смазочного действия олигоорганосилоксановых жидкостей.
-
Исследовать механизм смазочного действия смешанных олигоорганосилоксановых жидкостей с минеральными маслами или синтетическими жидкостями.
-
Разработать методики экспресс-оценки триботехнических свойств ПСМ на машине трения СМЦ-2, четырехшариковой машине трения, торцевой машине трения для исследования масел с низкой смазочной способностью.
-
Разработать комплексные методики исследования состава и триботехнических свойств нанопленок, генерируемых из смазочной среды, на торцевой машине трения и атомно-силовом микроскопе HV Solver.
-
Исследовать смазочное действие ПСМ.
-
Разработать технологии производства и использования ПСМ.
-
Определить физико-химические свойства ПСМ.
Предмет и объект исследования дисперсионные среды, дисперсные фазы, пластичные смазочные материалы.
Методологическая база разработка комплексной методики исследования смазочных свойств жидких и пластичных смазочных материалов, нанопленок, генерируемых из ПСМ на торцевой машине трения и атомно- силовом микроскопе HV Solver.
Теоретическая база концепции о фрактальных структурированных нанопорошковых загустителях, обеспечивающих образование слоистых пленок в ПСМ, механоокислительной деструкции олигооргано-силоксановых жидкостей, синергизме смазочного действия смешанных олигоорганосилоксанов с минеральными или синтетическими маслами.
Эмпирической базой явились результаты исследований ресурса работы подшипников качения технологического оборудования с разработанными ПСМ.
Научные результаты, выносимые на защиту:
Автор защищает научно и экспериментально обоснованную технологию получения ПСМ на основании концепции о фрактальных структурированных нанопорошковых загустителях - нанокластеров сажи и политетрафторэтилена, обеспечивающих образование слоистых пленок в трибосопряжениях. Теоретическое и экспериментальное обоснование положения о синергизме смазочного действия при формировании на контактирующих поверхностях смазочных слоев, состоящих из смеси олигоорганосилоксанов и синтетических или минеральных масел и структурированных загустителей, что позволяет повысить нагрузочную и смазочную способность ПСМ и обеспечить длительную работу трибосопряжений в широком интервале температур.
Научная новизна:
Высказано положение о фрактальных наноструктурах загустителей, синергизме смазочного действия ПСМ на основе смесей олигоорганосилоксанов с синтетическими или минеральными маслами, загущенных структурированными органическими загустителями, отличающаяся тем, что при введении синтетических или минеральных масел в олигоорганосилоксаны происходит адсорбция синтетических, минеральных масел между молекулами олигоорганосилоксанов и образование на контактирующих поверхностях граничных слоев высокой смазочной способности, препятствующих непосредственному контактированию сопряженных поверхностей и механической деструкции
олигоорганосилоксанов.
При загущении смешанных дисперсионных сред структурированными нанопорошковыми сажей и политетрафторэтиленом и их адсорбции на контактирующих поверхностях образуются дополнительные слоистые пленки с адсорбированными на них молекулами дисперсионной среды, что препятствует непосредственному контактированию трибосопряжений, развитию механоокислительной деструкции молекул олигоорганосилоксанов, улучшает смазочное действие таких пленок и обеспечивает длительные ресурсы работы узлов трения без замены ПСМ.
Теоретическая значимость работы. Концепция о создании фрактальных стуктурированных порошковых загустителей и синергизме смазочного действия олигоорганосилоксанов в смеси с синтетическими или минеральными маслами позволяет разрабатывать технологию получения ПСМ, генерирующих пленки в трибосопряжении и улучшающих смазочное действие ПСМ.
Практическая значимость работы.
-
-
Разработаны составы, способ и технология получения ПСМ на основе концепции о фрактальных наноструктурах, включающих смешивание синтетических или минеральных масел, загущение их структурированными нанопорошковыми сажей и политетрафторэтиленом, что позволяет повысить надежность и долговечность узлов трения машин, механизмов, приборов в 1,5.. .1,6 раза.
-
Разработана физическая модель механизма смазочного действия ПСМ на основе олигоорганосилоксанов, смешанных с синтетическими или минеральными маслами, загущенных структурированными нанометрическими кластерами сажи и политетрафторэтилена.
-
Разработаны методики экспресс-оценки смазочных материалов на машине трения СМЦ-2, торцевой машине трения, позволяющие оценивать антифрикционные и противоизносные свойства смазочных материалов.
-
Разработана комплексная методика исследования нанопленок, генерируемых из ПСМ, на торцевой машине трения и атомно-силовом микроскопе HV Solver.
-
Разработаны рекомендации по внедрению ПСМ в узлах трения технологического оборудования.
Реализация результатов работы
Пластичные смазочные материалы типа «Дон» прошли промышленные испытания и внедрены на предприятии ЗАО «Ростовгазоаппарат», г. Ростов-на- Дону.
Соответствие диссертации паспорту научной специальности.
Диссертация соответствует п. 4. «Смазочное действие, граничная смазка»; п. 8 «Триботехнические свойства смазочных материалов»; п. 14. «Микро- и нанотрибология» паспорта научной специальности 05.02.04 - «Трение и износ в машинах».
Апробация работы. Основные результаты теоретических и экспериментальных исследований, внедрения в производство докладывались на: научных семинарах кафедры «Автомобильный транспорт и организация дорожного движения» ЮРГТУ (НПИ) 2004-2012 г.; IV Международной научно-практической конференции «Проблемы синергетики в трибологии, трибоэлектрохимии, материаловедении и мехатронике», г. Новочеркасск 2005 г.; Международной научно-технической конференции «Проблемы трибоэлектрохимии», г. Новочеркасск 2006 г.; VI Международной научно-практической конференции «Проблемы синергетики в трибологии, трибоэлектрохимии, материаловедении и мехатронике», г. Новочеркасск 2007 г.; VII Международной научно-практической конференции «Проблемы синергетики в трибологии, трибоэлектрохимии, материаловедении и мехатронике», г. Новочеркасск 2008 г.; научно-технических конференциях студентов и аспирантов ЮРГТУ (НПИ) «Студенческая научная весна - 2004», «Студенческая научная весна - 2005», «Студенческая научная весна - 2007», «Студенческая научная весна - 2008», «Студенческая научная весна-2009»; I Международной научной конференции «Современные методы в теоретической и экспериментальной электрохимии» 23-27 июня 2008 г., г. Плес, Ивановская обл.; Международной конференции «Прогресс транспортных средств и систем - 2009», 13 - 15 октября 2009 г., г. Волгоград; II Междунар. науч. конф. «Современные методы в теоретической и экспериментальной электрохимии» 21-25 июня 2010 г., г. Плес, Ивановская обл.; «Трибология - машиностроению». науч.-техн. конф. с участием иностранных специалистов, посвященная 120-летию выдающегося триболога М.М. Хрущова, 7 - 9 декабря 2010 г., г. Москва; XI Международной научно-практической конференции «Проблемы синергетики в трибологии, трибоэлектрохимии, материаловедении и мехатронике, г. Новочеркасск, 2012 г.
Достоверность полученных результатов подтверждается применением аттестованных методик исследования, современного оборудования, измерительной аппаратуры, приемлемой сходимостью данных аналитических и экспериментальных исследований. Экспериментальные исследования проводились с использованием поверенных измерительных средств.
Публикации. По материалам диссертационного исследования в соавторстве опубликовано 16 научных работ (общим объемом - 5,0/1,85 печатных листа), в том числе четыре в ведущих научных журналах, утвержденных ВАК.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из оглавления, введения, пяти глав, общих выводов, библиографического списка из 185 наименований, приложения на трех страницах. Содержит 145 страниц печатного текста, 35 рисунков и 14 таблиц.
Личный вклад автора.
Основные научные положения и результаты исследований, составившие содержание диссертационной работы и определившие теоретическое обоснование и экспериментальное подтверждение повышения триботехнических свойств ПСМ на основе олигоорганосилоксанов, смешанных с полиальфаолефинами, минеральными маслами, загущенных структурированными нанопорошками сажи и политетрафторэтилена, получены автором лично. Экспериментальная проверка полученных в диссертации зависимостей, положений и принципов, осуществлялась автором самостоятельно, либо при его непосредственном участии.
Похожие диссертации на Улучшение триботехнических свойств пластичных смазочных материалов добавками нанокластеров порошковых композиций
-
