NON-WEAR AND ANTIFRICTIONAL CHARACTERISTICS INCREASING OF PLASTIC GREASINGS BY MEANS OF GRAPHITE PROCESSED IN PLASMA APPLICATION

Full Text

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.

About the authors

V V Terentyev

FSBE HVE Ivanovo SAA of academician D. K. Belyaev

Email: vladim-terent@yandex.ru
cand. of techn. sciences, associate prof. of the department «Technical service and mechanics» 153012, Ivanovo, Soviet, 45 str

I K Naumova

FSBE HVE Ivanovo SAA of academician D. K. Belyaev

Email: rektorat@ivgsha.ru
cand. of chem. sciences, associate prof. of the department «Chemistry» 153012, Ivanovo, Soviet, 45 str

A M Bausov

FSBE HVE Ivanovo SAA of academician D. K. Belyaev

Email: rektorat@ivgsha.ru
dr. of techn. sciences, prof., prof. of the department «Technical service and mechanics» 153012, Ivanovo, Soviet, 45 str

I M Telegin

FSBE HVE Ivanovo SAA of academician D. K. Belyaev

Email: rektorat@ivgsha.ru
post-graduate student of the department «Technical service and mechanics» 153012, Ivanovo, Soviet, 45 str

I M Galkin

FSBE HVE Ivanovo SAA of academician D. K. Belyaev

Email: rektorat@ivgsha.ru
post-graduate student of the department «Technical service and mechanics» 153012, Ivanovo, Soviet, 45 str

References

Supplementary files