Preview

Вестник Донского государственного технического университета

Расширенный поиск

МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СЕРВОВИТНЫХ ПЛЕНОК, ФОРМИРУЮЩИХСЯ ПРИ ТРЕНИИ В ВОДНЫХ РАСТВОРАХ КАРБОНОВЫХ КИСЛОТ

https://doi.org/10.23947/1992-5980-2018-18-3-280-288

Полный текст:

Аннотация

Введение. В работе показано, каким образом природа органической компоненты в систематическом ряду одноосновных карбоновых кислот влияет на трибологические характеристики пары трения «латунь — сталь» в водных растворах. Изучена зависимость физико-механических свойств антифрикционных пленок, формирующихся при трении, от природы смазочной композиции. Цели работы: изучить возможности использования карбоновых кислот как антифрикционных компонентов смазочного материала; оценить их влияние на механические свойства сервовитной пленки, формирующейся при трении латуни по стали.

Материалы и методы. Проведены трибологические исследования пары трения «латунь — сталь» на машине трения торцевого типа АЕ-5. Параметры шероховатости сервовитной пленки определялись с помощью оптической профилометрии. Микрогеометрия и структура объекта на наноуровне исследовались с помощью атомно-силовой микроскопии. Механические характеристики антифрикционной пленки изучали с помощью инструментального наноиндентирования.

Результаты исследования.  Изучены трибологические  характеристики трибосопряжения «латунь — сталь» и физико-механические   характеристики   сервовитной   пленки, формирующейся при трении в системе «латунь — водный раствор карбоновой кислоты — сталь». Установлено, что при увеличении длины углеводородного радикала коэффициент трения снижается. Обнаружены размерные эффекты в механических и трибологических свойствах сервовитной пленки,  формирующейся  на  поверхности  фрикционного взаимодействия в водных растворах карбоновых кислот.

Обсуждение и заключения. Результаты исследования показывают, что при фрикционном взаимодействии на поверхности трения в водных растворах карбоновых кислот формируется наноструктурная сервовитная пленка, резко снижающая коэффициент трения. Ее физико-механические и трибологические параметры зависят от состава модельной смазочной среды. Определено, что локальные физико-механические свойства зависят от способа получения сервовитного слоя, нагрузки и размера зоны деформирования. Полученные результаты могут быть использованы при разработке смазочных материалов.

Об авторах

В. Э. Бурлакова
Донской государственный технический университет
Россия

Бурлакова Виктория Эдуардовна - заведующая кафедрой химии, доктор технических наук, профессор.

344010, Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, 1.



Е. Г. Дроган
Донской государственный технический университет
Россия

Дроган Екатерина Геннадьевна - ассистент кафедры химии.

344010, Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, 1.



А. И. Тюрин
НИИ «Нанотехнологии и наноматериалы» Тамбовского государственного университета им. Г.Р. Державина
Россия

Тюрин Александр Иванович - заместитель директора по НИР, кандидат физико-математических наук, доцент.

392000, Тамбов, ул. Интернациональная, 33.



Т. С. Пирожкова
НИИ «Нанотехнологии и наноматериалы» Тамбовского государственного университета им. Г.Р. Державина
Россия

Пирожкова Татьяна Сергеевна - инженер.

392000, Тамбов, ул. Интернациональная, 33.



Список литературы

1. Duvefelt, K. Model for contact between finger and sinusoidal plane to evaluate adhesion and deformation component of friction / K. Duvefelt, U. Olofsson, C.-M. Johannesson // Tribology International. — 2016. — Vol. 96. — P. 389–394. DOI: https://doi.org/10.1016/j.triboint.2014.12.020

2. Jen, T.-C. Thermal analysis of a wet-disk clutch subjected to a constant energy engagement / T.-C. Jen, D.-J. Nemecek // International Journal of Heat and Mass Transfer. — 2008. — Vol. 51, № 7/8. — P. 1757–1769. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2007.07.009

3. Ost, W. The tribological behaviour of paper friction plates for wet clutch application investigated on SAEII and pin-on-disk test rigs / W. Ost, P. De Baets, J. Degrieck // Wear. — 2001. — Vol. 249. — P. 361–371.

4. Copper (II) oxide nanoparticles as additive in engine oil to increase the durability of piston-liner contact / M. Asnida [et al.] // Fuel. — 2018. — Vol. 212. — P. 656–667. DOI: https://doi.org/10.1016/j.fuel.2017.10.002

5. Experimental investigation of the tribological behavior of lubricants with additive containing copper nanoparticles / F.-L.-G. Borda [et al.] // Tribology International. — 2018. — Vol. 117. — P. 52–58. DOI: https://doi.org/10.1016/j.triboint.2017.08.012

6. Safonov, V. V. Evaluation of the antiwear properties of transmission oil with nanoscale powder additives / V. V. Safonov, V. V. Venskaitis, A. S. Azarov // Surface Engineering and Applied Electrochemistry. — 2017. — Vol. 53, № 4. — P. 311–321. DOI: https://doi.org/10.3103/S1068375517040135 .

7. Бурлакова, В. Э. Влияние наноразмерных кластеров меди на триботехнические свойства пары трения «сталь — сталь» в водных растворах спиртов / В. Э. Бурлакова, Ю. П. Косогова, Е. Г. Дроган // Вестник Дон. гос. техн. ун-та. — 2015. — Т. 15, №. 2 (81). — С. 41–47. DOI: https://doi.org/10.12737/11590

8. Кужаров, А. С. Концепция безызносности в современной трибологии / А. С. Кужаров // Изв. высш. учебных заведений. Сев.-Кавказский регион. Технические науки — 2014. — № 2 (177). — С. 23–31.

9. Metallic materials — Instrumented indentation test for hardness and materials parameters : ISO 14577-4 (2007) / International Organization for Standardization. — Geneva : ISO, 2007. — 11 p.

10. Oliver, W.-C. Measurement of hardness and elastic modulus by instrumented indentation: Advances in understanding and refinements to methodology / W.-C. Oliver, G.-M. Pharr // Journal of materials research. — 2004. — Vol. 19, № 1. — P. 3–20. DOI: https://doi.org/1557/jmr.2004.19.1.3

11. Тюрин, А. И. Исследование процессов деформирования при формировании отпечатка и трения в микро- и наношкале / А. И. Тюрин, Т. С. Пирожкова, И. А. Шуварин // Изв. высш. учебных заведений. Физика. — 2016. — Т. 59 (7). — С. 243–247.

12. Effect of silicate doping on the structure and mechanical properties of thin nanostructured RF magnetron sputter-deposited hydroxyapatite films / M. A. Surmeneva [et al.] // Surface and Coatings Technology. — 2015. — Vol. 275. — P. 176–184. DOI: https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2015.05.021

13. Enhancement of the mechanical properties of az31 magnesium alloy via nanostructured hydroxyapatite thin films fabricated via radio-frequency magnetron sputtering / M. A. Surmeneva [et al.] // Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials. — 2015. — Vol. 46. — P. 127–136. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jmbbm.2015.02.025

14. Fabrication and physico-mechanical properties of thin magnetron sputter deposited silver-containing hydroxyapatite films / A. A. Ivanova [et al.] // Applied Surface Science. — 2016. — Vol. 360. — P. 929–935. DOI: https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2015.11.087

15. Protective radiolucent aluminium oxide coatings for beryllium x-ray optics / O. Yurkevich [et al.] // Journal of Synchrotron Radiation. — 2017. — Vol. 24, № 4. — P. 775–780. DOI: https://doi.org/10.1107/S1600577517007925

16. Исследование кинетики и механизмов деформирования, трения и износа однородных и неоднородных твердых тел в наношкале методами динамического микро- и наноиндентирования / А. И. Тюрин [и др.] // Деформирование и разрушение структурно неоднородных сред и конструкций : мат-лы III всерос. конф., посвященной 100-летию со дня рождения академика Ю. Н. Работнова. — Новосибирск : Ин-т гидродинамики им. М. А. Лаврентьева, 2014. — С. 108–110.

17. Тюрин, А. И. Исследование процессов трения и износа твердых тел в микро- и наношкале / А. И. Тюрин, Т. С. Пирожкова // Вестник Тамбовского университета. Естественные и технические науки. — 2016. — Т. 21, № 3. — С. 1375–1380. DOI: https://doi.org/10.20310/1810-0198-2016-21-3-1375-1380

18. The mechanism of the initial stage of selective transfer during frictional contact / I. V. Kragelskii [et al.] // Wear. — 1978. — Vol. 47, № 1. — P. 133–138. DOI: https://doi.org/10.1016/0043-1648(78)90209-0

19. Беликова, М. А. Электрохимические свойства поверхности трения при самоорганизации в условиях избирательного переноса : автореф. дис. ... канд. техн. наук / М. А. Беликова. — Ростов-на-Дону, 2007. — 19 с.

20. Влияние природы органической компоненты на триботехнические свойства системы «бронза — водный раствор карбоновой кислоты — сталь» / В. Э. Бурлакова [и др.] // Вестник Дон. гос. техн. ун-та. — 2015. — Т. 15, № 4 (83). — С. 63–68. DOI: https://doi.org/10.12737/16067

21. Нанотрибология водных растворов карбоновых кислот при трении бронзы по стали / А. С. Кужаров [и др.] // Инновации, экология и ресурсосберегающие технологии : мат-лы XI междунар. науч.- техн. форума. — 2014. — С. 712–717.

22. Дроган, Е. Г. Исследование топографии поверхности и механических свойств сервовитной пленки / Е. Г. Дроган // Перспективы развития фундаментальных наук : сб. науч. тр. XIII междунар. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых. — 2016. — С. 148–150.

23. Jiang, J., The effect of substrate surface roughness on the wear of DLC coatings / J. Jiang, R.- D. Arnell // Wear. — 2000. — Vol. 239, № 1. — P. 1–9. DOI: https://doi.org/10.1016/S0043-1648(99)00351-8

24. Dayson, C. The friction of very thin solid film lubricants on surfaces of finite roughness / C. Dayson // ASLE transactions. — 1971. — Vol. 14, № 2. — P. 105–115. DOI: https://doi.org/10.1080/05698197108983232

25. Андриевский, Р. А. Прочность наноструктур / Р. А. Андриевский, А. М. Глезер // Успехи физических наук. — 2009. — Т. 179. — С. 337–358.

26. Koch, C.-C. Nanostructured materials: processing, properties and applications / C.-C. Koch. — Norwich : William Andrew, 2006. — 784 p.

27. Glezer, A. M. Crack resistance and plasticity of amorphous alloys under microindentation / A. M. Glezer, I. E. Permyakova, V. A. Fedorov // Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics. — 2006. — Vol. 70, № 9. — P. 1599–1603.

28. Malygin, G. A. Plasticity and strength of micro- and nanocrystalline materials / G. A. Malygin // Physics of the Solid State. — 2007. — Vol. 49, № 6. — P. 1013–1033. . DOI: https://doi.org/10.1134/S1063783407060017

29. Валиев, Р. З. Объемные наноструктурные металлические материалы / Р. З. Валиев, И. В. Александров. — Москва : Академкнига, 2007. — 398 с.

30. Головин, Ю. И. Введение в нанотехнику / Ю. И. Головин. — Москва : Машиностроение, 2008. — 496 с.

31. Nanostructuring of surface layers and production of nanostructured coatings as an effective method of strengthening modern structural and tool materials / V. E. Panin [et al.] // The Physics of Metals and Metallography. —2007. — Vol. 104, № 6. — P. 627–636. DOI: https://doi.org/10.1134/S0031918X07120113

32. Andrievski, R. A. Strength of nanostructures / R. A. Andrievski, A. M. Glezer // Physics-Uspekhi. — 2009. — Vol. 52, № 4. — P. 315–334. DOI: https://doi.org/10.3367/UFNe.0179.200904a.0337

33. Дуб, С. Н. Испытания твердых тел на нанотвердость / С. Н. Дуб, Н. В. Новиков // Сверхтвердые материалы. — 2004. — № 6. — С. 16–33.

34. Vakulenko, K. Effect of the state of surface layer on 40Х steel fatigue characteristics / K. Vakulenko, I. Kazak, V. Matsevityi // Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. — 2016. — Vol. 3, № 5. — P. 18–24.

35. Stoyanov, P. Scaling effects on materials tribology: from macro to micro scale / P. Stoyanov, R.- R. Chromik // Materials. — 2017. — Vol. 10, № 5. — P. 550. DOI: https://doi.org/10.3390/ma10050550

36. Current trends in the physics of nanoscale friction / N. Manini [et al.] // Advances in Physics: X. — 2017. — Vol. 2, № 3. — P. 569–590. DOI: https://doi.org/10.1080/23746149.2017.1330123


Для цитирования:


Бурлакова В.Э., Дроган Е.Г., Тюрин А.И., Пирожкова Т.С. МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СЕРВОВИТНЫХ ПЛЕНОК, ФОРМИРУЮЩИХСЯ ПРИ ТРЕНИИ В ВОДНЫХ РАСТВОРАХ КАРБОНОВЫХ КИСЛОТ. Вестник Донского государственного технического университета. 2018;18(3):280-288. https://doi.org/10.23947/1992-5980-2018-18-3-280-288

For citation:


Burlakova V.E., Drogan E.G., Tyurin A.I., Pirozhkova T.S. MECHANICAL PROPERTIES OF SERVOVITE FILMS FORMED IN DURING FRICTION AQUEOUS SOLUTIONS OF CARBOXYLIC ACIDS. Vestnik of Don State Technical University. 2018;18(3):280-288. (In Russ.) https://doi.org/10.23947/1992-5980-2018-18-3-280-288

Просмотров: 79


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 1992-5980 (Print)
ISSN 1992-6006 (Online)