Введение к работе
Актуальность работы. Проблема повышения срока службы трибосопряжений машин и оборудования имеет большое значение, так как наряду с расходами на ремонт и техническое обслуживание, возрастает потребность в конструкционных и смазочных материалах на восстановление подвижных сопряжений и обеспечение их работоспособности.
Увеличение срока службы подвижных сопряжений обеспечивается созданием современных конструкций, применением новых материалов, химико-термической обработкой деталей, нанесением защитных покрытий и т.д. Большое значение в деле повышения износостойкости имеет использование новых триботехнологий, металлсодержащих смазочных материалов, разработанных на основе достижений триботехники.
Большой вклад в изучение проблем трения и изнашивания трибосопряжений и разработку методов повышения износостойкости машин и оборудования внесли отечественные ученые: Буше Н.А., Гаркунов Д.Н., Горячева И.Г., Дроздов Ю.Н., Колесников В.И., Крагельский И.В., Матвеевский P.M., Михин Н.М., Семенов А.П., Сорокин Г.М., Хрущев М.М., Чичинадзе А.В. и др.
Контактное взаимодействие трибосопряжений оказывает влияние на состояние пластически деформированного поверхностного слоя, вызывая структурные изменения. В условиях физико-химического взаимодействия смазочного материала с поверхностью металла при трении одним из направлений повышения износостойкости подвижных сопряжений является трибомодификация поверхностей трения защитными металлсодержащими пленками.
Синтетические смазочные материалы находят широкое применение в узлах трения различных приборов, механизмов и машин, которые работают в тяжелых условиях эксплуатации, в качестве гидротормозных жидкостей, компонентов пластичных смазочных материалов, смазочно-охлаждающих технологических сред, входят в состав морозостойких смазочных материалов.
Однако, несмотря на выполненные исследования в области изучения механизма избирательного переноса при трении и разработки триботехнологий на его основе, в технической литературе практически отсутствуют данные о повышении износостойкости подвижных сопряжений в синтетических смазочных материалах формированием металлсодержащих защитных пленок.
Цель работы. Целью научно-исследовательской работы является повышение износостойкости стальных пар, работающих в синтетических смазочных материалах и снижение в них потерь на трение за счет
трибомодификации поверхностных слоев подвижных сопряжений формированием металлсодержащих пленок.
Основные задачи исследования:
- Выполнение экспериментальных исследований по выбору
антифрикционного металла в составе синтетических смазочных
материалов для трибомодификации поверхностного слоя стальных
пар.
- Исследование основных закономерностей процессов трения и
изнашивания подвижных сопряжений, как в режиме трения
скольжения, так и качения.
- Изучение изменений микрогеометрии поверхностного слоя
трибосопряжений, работавших в синтетических смазочных
материалах с различными физико-химическими свойствами.
- С привлечением современных методов анализа металлов изучение
состава, строения и толщин защитных пленок на поверхностях
трения, работавших в синтетических смазочных материалах.
- Разработка практических рекомендаций по повышению
износостойкости подвижных сопряжений за счет трибомодификации
поверхностных слоев.
Научная новизна:
Установлено снижение коэффициента трения металлических пар с повышением удельной нагрузки (4+20 МПа) при изнашивании подвижных сопряжений в диэфирном синтетическом масле ДОС за счет насыщения поверхностных слоев стальных пар аморфным углеродом, под которым находится зона карбидов железа.
Исследованиями по влиянию соединений алюминия, меди и олова в составе синтетических смазочных материалов на процессы трения и изнашивания подвижных сопряжений показано, что наиболее эффективным для повышения износостойкости металлических пар является трибомодификация поверхностных слоев с использованием соединений олова.
Реализована возможность трибомодификации поверхностей трения подвижных сопряжений в синтетических смазочных материалах формированием защитной оловосодержащей пленки, которая обеспечивает снижение коэффициента трения и повышение износостойкости трибосопряжений в широком диапазоне удельных нагрузок, скоростей скольжения, вязкости смазочных материалов, твердости образцов, а также увеличение контактной выносливости тел качения.
- С привлечением современных методов анализа металлов изучен
элементный состав, строение и толщина защитных пленок,
формирующихся на поверхностях трения подвижных сопряжений,
работавших в синтетических смазочных материалах.
Практическая ценность:
- Показано, что диэфирное синтетическое масло ДОС по
антифрикционным и противоизносным свойствам превосходит
смазочный материал на основе сложных эфиров многоатомных
спиртов.
- Установлено, что наличие соединений олова в синтетических
смазочных материалах обеспечивает более низкие триботехнические
характеристики подвижных сопряжений по сравнению с
соединениями алюминия и меди.
Предложена металлсодержащая смазочная композиция к синтетическим смазочным материалам, которая обеспечивает формирование на поверхностях трения подвижных сопряжений оловосодержащей защитной пленки и способствует снижению коэффициента трения, повышению износостойкости металлических пар по сравнению с базовыми маслами.
Разработаны практические рекомендации по оптимальным эксплуатационным режимам, твердости подвижных сопряжений, вязкости смазочного материала, обеспечивающих трибомодификацию поверхностей трения, работающих в синтетических смазочных материалах, которые приняты рядом организаций для использования в практической работе.
Методы исследования. Трибологические испытания смазочных материалов в режиме трения скольжения выполнялись на машине СМЦ-2, в режиме трения качения на 4-х шариковой машине «Plint».
Изменения характеристик микрогеометрии поверхностных слоев трибосопряжений с использованием профилографа-профилометра, приборов «Тейлеронд» и «Цензор».
Изучение элементного состава, строения и толщин защитных пленок на поверхностях трения с привлечением рентгеноспектрального, послойного Оже-спектрального анализа и метода рентгенофотоэлектронной спектроскопии (ЭСХА).
Апробация работы. Основные результаты научно-исследовательской работы были представлены на научных конференциях и семинарах:
-
58-я межвузовская студенческая научная конференция, Москва, РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина, 2004 г.
-
59-я межвузовская студенческая научная конференция, Москва, РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина, 2005 г.
-
8-я научно-техническая конференция «Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России», Москва, РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина, 2007 г.
-
Международная научно-техническая конференция «Актуальные проблемы трибологии», Самара, 2007г.
-
8-я международная научно-техническая конференция по динамике технологических систем, Ростов-на-Дону, 2007г.
-
Заседание кафедры износостойкости машин и оборудования и технологии конструкционных материалов, Москва, РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина, 2008г.
-
Научно-техническая конференция «Трибология-машиностроению», Москва, ИМАШ РАН, 2008г.
Публикации. Основные результаты исследований опубликованы в 8-ми печатных работах.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, а также включает приложение и список литературы из 94-х наименований. Объем работы составляет 160 страниц, 68 рисунков, 7 таблиц.
