Нгуен Х.

Донской государственный технический университет

Триботехнические возможности наноразмерных кластеров металлов и присадок к смазочным материалам современного рынка автохимии

По мнению Горячевой И.Г. [1] (академик института проблем механики РАН, Москва) потери на трение составляют до 30% потребляемой в мире энергии, а расходы, на устранение преждевременного износа машин, достигают 2% валового национального продукта развитых в промышленном отношении стран. В настоящее время на рынке автохимии существует большое количество марок присадок к моторным маслам как российских так и зарубежных производителей, выбор между которыми достаточно субъективен, поскольку потребителю часто не доступна объективная информация о качестве продукции, а само качество далеко не всегда соответствуют заявляемым рекламным характеристикам.

В связи с этим, проведение научных исследований, позволяющих объективно судить о триботехнических свойствах наноразмерных металлоплакирующих присадок и добавок современного рынка автохимии представляется актуальным, а результаты таких исследование позволят сделать обоснованные выводы о триботехнической эффективности и целесообразности использования функциональных наноматериалов триботехнического назначения.

Реметаллизанты (металлоплакирующие композиции) – особый класс препаратов автохимии, базирующийся на аспектах теории самоорганизации, предсказанной И. Пригожиным, и научном открытии российских ученых Д. Н. Гаркунова и И. В. Крагельского. Реметаллизант [2] (лат. re – приставка, обозначающая возврат (return))– порошковая или ионная добавка на основе пластичных металлов к топливно – смазочным материалам, технологическим и другим средам, реализующая эффект безыносности при трении.

В этой работе сравнили смазочные свойства следующих присадок: «РиМЕТ» разработанный в Уральском металлургическом институте (Россия), «Ресурс»- разработанный в «ВМПАвто» в г. Санкт – Петербурге), «Metalyz 6» - марка компании Lubrifilm, «Liqui Moly» - изготовитель Liqui Moly (Германия) и группа присадок, содержащих из нанопорошков пластичных металлов.

Нанопрошки пластичных металлов были получены звукоэлектрохимической технологией. Способ получения композиций, содержащих стабилизированные порошки металлов размерами до 100 нм, заключался в сочетании электрохимического восстановления металлов из водно-органического раствора электролита с одновременным диспергированием под воздействием ультразвуковых колебаний восстановленного на катоде слоя металла [3]. В данной работе получили наночастиц из пластичных металлов с размером: Zn – 50-100 нм (рис. 1,а); Сu – 300 нм (рис. 1,б); Sn – 30-50 нм (рис. 1,г). С помощью центрифуги CPS Disc Centrifuge [4] получили диаграммы распределения по размерам раствора.

а

б

г

Рис.1. Распределение по размерам раствора нанокластеров: а) цинк, б) медь, г) олово.

Исследуемые растворы были изготовлены с концентрацией (содержащий объем %) по дозировке рекомендуемой производителем: 1-чистое вазелиновое масло; 2- вазелиновое масло с присадкой «РиМЕТ» 2,5%; 3-вазелиновое масло с присадкой «Ресурс» 1,25%; 4-вазелиновое масло с присадкой «Метализ 6» 4%; 5-вазелиновое масло с присадкой «Liqui Moly» 5%; 6-вазелиновое масло с нанопорошком меди 5.10моль/л; 7-вазелиновое масло с нанопорошком цинка 5.10моль/л; 8-вазелиновое масло с нанопорошком олова 5.10моль/л.

Исследование антифрикционных свойств (часовое испытание) было приведено на машине ЧШМ по ГОСТ 9490-75 при нагрузке Р=20 кгс (1кг) и времени t=60 мин. Противоизносные свойства смазочных материалов оцениваются путем измерения диаметров пятен износа на трех нижнией шариках c помощью микроскопов. Сравнение антифрикционных свойств исследуемых образцов представлены на рис.2.

Рис.2. Сравнение противоизносных свойств образцов

После часовых испытаний (при нагрузке 205Н) очевидно, что только четыре образцы получили положительный эффект («Ресурс», олово, медь и цинк), исследование остальных образцов положительного эффекта не выявило. Введение в вазелиновое масло нанопорошоков олова в количестве 5.10моль/л способствует снижению интенсивности изнашивания и достигает d=0,62мм, что на 14,7% ниже, чем у вазелинового масла. При добавлении в масло нанопорошков меди в количестве 5.10моль/л интенсивность изнашивания снизилась до значения d=0,67мм, что ниже на 7% по сравнению с базовым маслом.

Испытания противозадирных свойств проводились на ЧШМ с повышением нагрузки при t = 10 сек. Полученные результаты представлены в рис.3-4.

Рис.3. Зависимость диаметра пятен износа от нагрузки.

Рис.4. Противозадирные свойства образцов.

Из представленных данных видно, что все образцы обладают положительным эффектом по сравнению с базовым маслом (рис.3). Они проводят к улучшению противозадирных свойств (улучшению Р, Р и И). Добавка присадки «Ресурс» способствует повышению Р на 20%, Р на 12% и И на 51%, а введение нанопорошков олова с концентрацией 5.10моль/л приводит к повыщению Р на 20%, Р на 12% и И на 52%, а применение меди с концентрацией 5.10моль/л имеет повышение Р на 14%, Р на 5% и И на 38% по сравнением с вазелиновым маслом.

Испытание антифрикционных свойств было приведено на машине трения «Триботестер Т-11» (рис.5), разработанный в Технологическом институте (г. Радом, Польша), был использован для оценки противоизносных и антифрикционных свойств смазочных материалов.

Рис.5. Общий вид трибологического комплекса Т-11.

Испытания проводились с использованием 5 мл смазок с постоянной скоростью. Данное давление сжатия на диск Р=10 н, диаметр палца d=4 мм, радиус дорожки износа R=9 мм, площадь поверхности «пальца» следует что нагрузка положена на диске , число оборотов при пути трения L=100м, об. Исследования проводятся при скорости скольжения: v= 0,1м/с время испытания с. Полученные результаты представлены на рис.6.

Рис.6. Зависимость силы трения от времени.

На диаграмме видно, что среднее значение силы трения при испытании на Т-11 уменьшается в ряду: вазелиновое масло - 1,45Н; олово - 1,325Н; медь - 1,27Н; цинк - 1,265Н; «РиМЕТ» - 1,25Н; «Метализ 6» - 1,24Н; «Ресурс» - 1,22Н; и «Liqui Moly» - 1,0Н. Все препараты показали уменьшение коэффициента трения по сравнению с чистым маслом. Кроме того, сила трения базового масла в паре сталь-сталь повысилась с течением времени, а при добавке присадок в масло сила трения снизилась.

Выводы

1. Получены наноразмерные кластеры меди, цинка и олова и исследованы их триботехнические свойства в качестве добавок к смазочным материалам.

2. Доказана триботехническая эффективность наноразмерных порошков, олова, меди, цинка в составе жидких металлоплакирующих смазочных материалов. Показано, что в процессе трения на поверхности трения формируется сервовитная пленка, улучшающая антифрикционные характеристики и уменьшающая износ контактирующих поверхностей.

3. Обнаружено, что сокращение времени выхода трибосистем на режим безызносного трения (времени приработки) зависит от природы металлов и от размера частиц.

4. Изучены триботехнические возможности присадок современного рынка автохимии и выявлено, что не все присадки дают положительный трибологический эффект и, зачастую, не соответствуют заявленным триботехническим характеристикам продуктов.

Список используемой литературы

1. И.Г. Горячева. Трибология: Современное состояние и перпективы развития.// Круглый стол: "Трибология в России: текущие проблемы и перспективы развития". Роснано, Москва. 15 января 2009 г.

2. А.С. Кужаров, А.А. Кужаров. Еще раз и несколько иначе о металлоплакировании, ФАБО и безызносности.// Известия Самарского научного центра Российской академии наук, т. 13, №4(3), 2011г.-С.742-749.

3. Ю.И. Косогова. Нанотрибоэлектрохимические технологии при реализации эффекта безызносности в водно-спиртовых средах. Дисс. канд. тех. наук. - Ростов-на-Дону.-2009. 165 С.

4. А.С. Кужаров, А.А. Кужаров, С.И. Рыжов, Ю.С. Державец. Синтез и определение размеров нанокластеров цинка триботехнического назначения.// Известия Южного федерального университета. Технические науки. 2011. Т. 117. №4.-Ростов-на-Дону.- 2011 г.-С.231-233.