Preview

Вестник Донского государственного технического университета

Расширенный поиск

Исследование поверхности трибоконтакта после трения в водном растворе капроновой кислоты

https://doi.org/10.23947/1992-5980-2019-19-4-366-373

Полный текст:

Аннотация

Введение. Работа посвящена исследованию эволюции коэффициента трения пары сплав медь-сталь при трении в водном растворе капроновой кислоты различной концентрации, а также изучению противоизносных свойств пары трения сталь-сталь при трении в маслянокислотной среде. Целью данного исследования являлось изучение влияния добавок капроновой кислоты на трибологические характеристики пар трения при фрикционном взаимодействии в составах на водной основе и на основе вазелинового масла.

Материалы и методы. Проведены трибологические исследования пары трения латунь-сталь на машине трения торцевого тира АЕ-5. Исследование противоизносных характеристик проводилось на четырехшариковой машине трения (ЧШМ) в соответствие со стандартом ГОСТ 9490– 75. При испытаниях на ЧШМ объективными параметрами смазывающих свойств смазочных композиций являлись: нагрузка сваривания (Рс); диаметр пятна износа (Dн), критическая нагрузка (Рк). Параметры шероховатости сервовитной пленки определялись с помощью оптической профилометрии; ее микрогеометрия и структура на наноуровне — с помощью атомно-силовой микроскопии.

Результаты исследования. Изучены трибологические свойства трибосопряжения латунь-сталь в водных средах и сталь-сталь в средах на основе вазелинового масла. Установлена зависимость фрикционных характеристик пары трения латунь-сталь от концентрации карбоновой кислоты. Обнаружена ее оптимальная концентрация, обеспечивающая реализацию эффекта безызносности. Выявлено уменьшение шероховатости поверхности в результате фрикционного взаимодействия пары трения латунь-сталь в водном растворе капроновой кислоты по сравнению с исходной поверхностью трения вследствие формирования достаточно плотного слоя, образованного мелкозернистыми кластерами меди с малым разбросом частиц по размеру. Обнаружена зависимость триботехнических характеристик пары трения сталь-сталь от состава смазочной среды. Показано, что зависимость размера диаметра пятна износа от содержания кислоты в базовом масле имеет немонотонный характер с наличием ярко выраженного минимума при концентрации 0,1 масс. %. Критическая нагрузка (Pк) при содержании 0,05 и 0,1 масс. % увеличивается на 32%, нагрузка сваривания (Pc) — на 27 %. 

Обсуждение и заключения. В результате трибологических исследований пары трения латунь-сталь в водном растворе капроновой кислоты выявлено, что оптимальной молярной концентрацией кислоты в составе смазки является 0,1 моль/л. При фрикционном взаимодействии пары латунь-сталь в водном растворе капроновой кислоты на поверхностях трения формируется антифрикционная медная пленка, способствующая резкому снижению коэффициента трения до 0,007 и износа металлов пары трения до 25 раз. В результате фрикционного взаимодействия пары трения латунь-сталь в водном растворе капроновой кислоты выявлено уменьшение шероховатости по сравнению с исходной поверхностью трения. Обнаружено, что фрикционное взаимодействие пары латунь-сталь в водном растворе капроновой кислоты приводит к значительной модификации поверхности трения в результате осаждения мелкодисперсных кластеров меди, образующихся в составе смазочной среды и формирующих сервовитную пленку. В результате исследований установлено, что зависимость размера диаметра пятна износа от содержания кислоты в базовом масле имеет немонотонный характер с наличием ярко выраженного минимума при концентрации 0,1 масс. %. Показано, что добавление 0,1 масс. % капроновой кислоты в состав смазочной композиции обнаруживает наименьший износ трибопары сталь-сталь, диаметр пятна износа при этом снижается до 0,497 мм, критическая нагрузка (Pк) и нагрузка сваривания (Pc) увеличиваются на 32% и 27 % соответственно.

Об авторах

Е. Г. Дроган
Донской государственный технический университет
Россия

cтарший преподаватель кафедры «Химия» 



В. Э. Бурлакова
Донской государственный технический университет
Россия
заведующая кафедрой «Химия», доктор технических наук, профессор


Список литературы

1. Ludema, K. C. Friction, wear, lubrication: a textbook in tribology / K. C. Ludema, L. Ajayi. — CRC press. — 2018. — 82 p.

2. Hutchings, I. Tribology: friction and wear of engineering materials / I. Hutchings, P. Shipway. — Butterworth Heinemann. — 2017. — 389 p.

3. Kato, K. Wear in relation to friction–a review / K. Kato // Wear. — 2000. — Vol. 241, no. 2. — P. 151– 157. DOI : 10.1016/S0043-1648(00)00382-3

4. Liu, G. Investigation of the mending effect and mechanism of copper nano-particles on a tribologically stressed surface / G. Liu [et al.] // Tribology Letters. — 2004. — Vol. 17. — P. 961–966. DOI: 10.1007/s11249-0048109-6

5. A. Hernández Battez. CuO, ZrO2 and ZnO nanoparticles as antiwear additive in oil lubricant / A. Hernández Battez [et al.] // Wear. — 2008. — Vol. 265. — P. 422–428. DOI : 10.1016/j.wear.2007.11.013

6. Uflyand, I. E. Metal chelate monomers based on nickel (II) cinnamate and chelating N-heterocycles as precursors of nanostructured materials / I. E. Uflyand [et al.] // Journal of Coordination Chemistry. — 2019. — Vol. 72, no. 5–7. — P. 796–813. DOI : 10.1080/00958972.2019.1587414

7. Peng T. The influence of Cu/Fe ratio on the tribological behavior of brake friction materials / T. Peng [et al.] // Tribology Letters. — 2018. —Vol. 66, no. 1. — P. 18. DOI : 10.1007/s11249-017-0961-2

8. Механические свойства сервовитных пленок, формирующихся при трении в водных растворах карбоновых кислот / В. Э. Бурлакова [и др.] // Вестник Донского гос. техн. ун-та. — 2018. — Т. 18, №. 3. — С. 280–288. DOI : 10.23947/1992-5980-2018-18-3-280-288

9. Menezes, P. L. Role of surface texture, roughness, and hardness on friction during unidirectional sliding / P. L. Menezes [et al.] // Tribology letters. — 2011. — Vol. 41(1). — P. 1–15. DOI : 10.1007/s11249-010-9676-3

10. Бурлакова, В. Э. Трибологические возможности пары трения латунь-сталь в водных растворах органических кислот / В. Э. Бурлакова, Е. Г. Дроган, Д. Ю. Геращенко // Трибология-машиностроению: сб. трудов XII междунар. науч.-техн. конф. — Ижевск, 2018. — С. 92–95.

11. Бурлакова, В. Э. Влияние концентрации органической кислоты в составе смазки на трибологические характеристики пары трения / В. Э. Бурлакова, Е. Г. Дроган // Вестник Донского гос. техн. ун-та. — 2019. — Т. 19, №. 1. — С. 24–30. DOI : 10.23947/1992-5980-2019-19-1-24-30

12. Gerberich, W. W. Superhard silicon nanospheres / W. W. Gerberich [et al.] // Journal of the Mechanics and Physics of Solids. — 2003. — Vol. 51, no. 6. — P. 979-992. DOI : 10.1016/S0022-5096(03)00018-8

13. Saurín, N. Study of the effect of tribomaterials and surface finish on the lubricant performance of new halogen-free room temperature ionic liquids / N. Saurín [et al.] // Applied Surface Science. —2016. — Vol. 366. — P. 464-474. DOI : 10.1016/j.apsusc.2016.01.127

14. Jansons, E. The Impact of Ice Texture on Coefficient of Friction for Stainless Steel with Different Surface Roughness. Key Engineering Materials / E. Jansons, K. A. Gross // Trans Tech Publications. —2019. —Vol. 800. — P. 308-312 DOI : 10.4028/www.scientific.net/KEM.800.308

15. Qin, W. Effects of surface roughness on local friction and temperature distributions in a steel-on-steel fretting contact / W. Qin [et al.] // Tribology International. — 2018. — Vol. 120. — P. 350–357. DOI : 10.1016/j.triboint.2018.01.016

16. Choi, C. H. Nanoturf surfaces for reduction of liquid flow drag in microchannel / C. H. Choi, J. Kim, C.J. Kim // ASME 3rd Integrated Nanosystems Conference. American Society of Mechanical Engineers. — 2004. — P. 47– 48. DOI : 10.1115/NANO2004-46078

17. Burlakova, V. E. Nanotribology of Aqueous Solutions of Monobasic Carboxylic Acids in a Copper Alloy‒Steel Tribological Assembly / V. E. Burlakova [et al.] // Journal of Surface Investigation: X-ray, Synchrotron and Neutron Techniques. — 2018. — Vol. 12, no. 6. — P. 1108–1116. DOI : 10.1134/S1027451018050427

18. Влияние состава смазочной среды на структуру поверхностных слоев формирующейся при трении сервовитной пленки / В. Э. Бурлакова [и др.] // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. — 2019. — №. 4. — С. 91–99. DOI : 10.1134/S0207352819040061

19. Wolff, C. A. newly developed test method for characterization of frictional conditions in metal forming / C. Wolff, O. Pawelski, W. Rasp // Proceedings of the Eighth International Conference on Metal Forming. — Krakow. — 2000. — P. 91–97.


Для цитирования:


Дроган Е.Г., Бурлакова В.Э. Исследование поверхности трибоконтакта после трения в водном растворе капроновой кислоты. Вестник Донского государственного технического университета. 2019;19(4):366-373. https://doi.org/10.23947/1992-5980-2019-19-4-366-373

For citation:


Drogan E.G., Burlakova V.E. Tribocontact surface exploration after friction in hexanoic acid solution. Vestnik of Don State Technical University. 2019;19(4):366-373. (In Russ.) https://doi.org/10.23947/1992-5980-2019-19-4-366-373

Просмотров: 48


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


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