ПОВЫШЕНИЕ ПРОТИВОИЗНОСНЫХ И АНТИФРИКЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ПЛАСТИЧНЫХ СМАЗОК ПОСРЕДСТВОМ ПРИМЕНЕНИЯ ПЛАЗМООБРАБОТАННОГО ГРАФИТА

Полный текст

Эффективное решение задачи обеспечения высокой надежности триботехнических сопряжений невозможно без применения высокоэффективных смазочных материалов. Особенно актуально это в современных машинах и оборудовании, работающих в условиях повышенных нагрузок. Эффективность работы смазочного материала в основном определяется его антифрикционными и противоизносными характеристиками. Улучшение характеристик смазочных материалов достигается за счет введения в их состав различных химических соединений, каждое из которых позволяет улучшать те или иные свойства. Однако, как показывает практика, недостаточно максимально улучшать какую-либо из характеристик - необходимо улучшение сразу комплекса свойств. Известно, что эффективной антифрикционной присадкой к смазочным материалам является мелкодисперсный графит, который при введении его в смазку ввиду своего химического строения позволяет существенно снижать трение в плоскостях, по направлению движения элементов трибосопряжения. Однако введение графита в смазки без дополнительного модифицирования недостаточно эффективно, особенно в условиях высоких контактных напряжений (характерных для многих трибосопряжений сельскохозяйственной техники). Исследования, проведенные ранее авторами, указывают на перспективность использования в качестве модифицирования графита плазмы низкого давления [1]. Применение плазмы тлеющего разряда воздуха позволяет улучшать связь графита с рядом термореактивных полимеров при изготовлении подшипников скольжения, за счет чего наблюдается снижение коэффициента трения в трибосопряжениях «сталь-полимер». Применение плазмы тлеющего разряда низкого давления при модифицировании элементов смазочных композиций также перспективно [2-4]. Цель исследований - улучшение трибологических показателей серийных пластичных литиевых смазок, используемых в узлах трения сельскохозяйственных машин. Задача исследований - изучение влияния введения графита, модифицированного в плазменно-растворных системах [5-7], на трибологические показатели серийных пластичных литиевых смазок (литол-24). При этом в качестве воздействующего (модифицирующего) фактора использовалась плазма подводного диафрагменного разряда и тлеющего разряда атмосферного давления. Материалы и методы исследований. В экспериментах применялись непроточные плазмохимические ячейки объемом 100 мл, при этом конструкция установки предусматривала термостатирование раствора. Для модифицирования графита использовались два типа разряда: подводный диафрагменный и тлеющий разряд атмосферного давления, горящий непосредственно над поверхностью электролита. Для зажигания диафрагменного разряда в качестве электродов использовались графитовые стержни диаметром 5 мм, диаметр диафрагмы составлял 0,5 мм, ток разряда - 100 мА, напряжение горения разряда - 400 В. Также в качестве источника активирующего воздействия использовался тлеющий разряд атмосферного давления с электролитным катодом, зажигаемый над поверхностью жидкости. В качестве анода выступала платиновая проволока, расстояние от анода до поверхности раствора - 3 мм. Ток разряда составлял 30-50 мА, напряжение - 1,8 кВ. Фотографии экспериментальных ячеек представлены на рисунке 1. а) тлеющий разряд б) диафрагменный разряд Рис. 1. Экспериментальные ячейки Обработка графита проводилась в плазменно-растворных ячейках, соответствующих типу разряда (рис. 1). Предварительно графит смешивали с дистиллированной водой и добавляли хлорид натрия до обеспечения требуемой проводимости. Полученную суспензию обрабатывали разрядом в течение 10 мин, после чего отфильтровывали и высушивали в естественных условиях. Далее графит вводился в определенном процентном соотношении в пластичную смазку литол-24 и проводилась серия трибологических испытаний. Трибологические исследования проводились на машине трения 2070 СМТ-1, по схеме «вращающийся диск - неподвижный шар». Условия эксперимента: частота вращения диска - 500 мин-1, диаметр диска - 40 мм, материал пары трения - диск - сталь 45 с твердостью 60 HRC, шар - сталь ШХ-15. Нагружение на образцы 200 Н. Пробег при каждой нагрузке составлял 1 км. Перед приложением нагрузки на диск однократно наносился смазочный материал, что определяло граничный режим смазки. Для оценки противоизносных свойств изучаемых присадок замерялось пятно износа на шаре и ширина дорожки трения на ролике с помощью микроскопа МПБ-2. Результаты исследований. Результаты экспериментов показали, что при газоразрядной активации происходит модифицирование поверхности графита, приводящее, в частности, к изменению его коггезионных свойств. Поверхностное модифицирование вызвано, как полагают авторы, действием компонентов разряда [8-9]. Так, инициирование плазмы в растворе приводит к генерации активных частиц, УФ-излучению, а также к механической активации раствора. Возникающие в объеме конвективные потоки способствуют быстрому переносу активных частиц и реагентов в объем жидкой фазы. При этом, активные частицы, взаимодействуя с поверхностью графита, изменяют ее поверхностные свойства, меняя, тем самым, физико-химические характеристики поверхности материала. Так, в результате модифицирования изменяется заряд на поверхности графита и улучшается его смачиваемость. При этом модифицируется только поверхностный слой графита без изменения его объемных характеристик. Изменение смачиваемости графита после плазмохимической обработки было отмечено при фильтрации водно-графитовой суспензии. Фотографии фильтров после фильтрации суспензий с графитом без обработки и плазмомодифицированным графитом представлены на рисунке 2. а) графит без обработки б) модифицированный графит Рис. 2. Поверхности фильтров после фильтрации водно-графитовой суспензии Как показывают результаты (рис. 2), после плазмохимической обработки графит более равномерно распределяется по поверхности фильтра, что говорит о его более высокой реакционной способности после газоразрядной обработки. Таким образом, можно предположить, что повышение реакционной способности поверхности графита после плазмохимической обработки позволит при введении графита в пластичные смазки улучшить его связь с компонентами самой смазки, что в дальнейшем может привести к более эффективной работе самого графита, как противоизносного и антифрикционного компонента смазочного материала. Результаты определения антифрикционных свойств (коэффициента трения), а также износа элементов пары трения при их смазывании пластичной смазкой литол-24, а также композиций на основе литол-24 с графитом представлены на рисунке 3. Результаты трибологических исследований полученных смазочных материалов показывают, что плазмохимическое модифицирование поверхности вводимых компонентов позволяет улучшить как антифрикционные, так и противоизносные характеристики пластичной смазки литол-24. При этом более эффективным для поверхностного модифицирования графита является использование плазмы диафрагменного разряда. Коэффициент трения по сравнению с чистым литолом снижается в 2,67 раза, износ подвижного образца (ролика) снижается в 1,44 раза, износ неподвижного образца (шара) снижается в 1,64 раза. По сравнению с композицией, где в качестве присадки используется необработанный графит, снижение коэффициента трения составило 1,95 раза, износ подвижного образца (ролика) снизился в 1,25 раза, износ неподвижного образца (шара) - в 1,46 раза. а) результаты определения коэффициента трения б) результаты определения износа ролика в) результаты определения износа шара Рис. 3. Результаты трибологических исследований смазочных композиций: 1 - литол-24 без добавок; 2 - литол-24 + графит без обработки; 3 - литол-24 + графит, плазмообработанный в плазме диафрагменного разряда; 4 - литол-24 + графит, плазмообработанный в плазме тлеющего разряда. Обработка графита в плазме тлеющего разряда приводит к незначительному изменению трибологических характеристик (по сравнению с композицией, где в качестве присадки используется необработанный графит, снижение коэффициента трения составило 10%, износ элементов пары трения не изменился). Заключение. Таким образом, можно отметить перспективность обработки графита в плазме диафрагменного разряда атмосферного давления и использования в дальнейшем модифицированного графита в качестве антифрикционной и противоизносной присадки к пластичным смазкам на литиевой основе.

Об авторах

Владимир Викторович Терентьев

ФГБОУ ВПО Ивановская ГСХА им. академика Д. К. Беляева

Email: vladim-terent@yandex.ru
канд. техн. наук, доцент кафедры «Технический сервис и механика» 153012, г. Иваново, ул. Советская, 45

Ирина Константиновна Наумова

ФГБОУ ВПО Ивановская ГСХА им. академика Д. К. Беляева

Email: rektorat@ivgsha.ru
канд. хим. наук, доцент кафедры «Химия» 153012, г. Иваново, ул. Советская, 45

Алексей Михайлович Баусов

ФГБОУ ВПО Ивановская ГСХА им. академика Д. К. Беляева

Email: rektorat@ivgsha.ru
д-р техн. наук, проф. кафедры «Технический сервис и механика» 153012, г. Иваново, ул. Советская, 45

Игорь Михайлович Телегин

ФГБОУ ВПО Ивановская ГСХА им. академика Д. К. Беляева

Email: rektorat@ivgsha.ru
аспирант кафедры «Технический сервис и механика» 153012, г. Иваново, ул. Советская, 45

Игорь Михайлович Галкин

ФГБОУ ВПО Ивановская ГСХА им. академика Д. К. Беляева

Email: rektorat@ivgsha.ru
аспирант кафедры «Технический сервис и механика» 153012, г. Иваново, ул. Советская, 45

Список литературы

Дополнительные файлы