ПРИМЕНЕНИЕ НАНОАЛМАЗОВ В СМАЗОЧНЫХ КОМПОЗИЦИЯХ – ЭФФЕКТИВНЫЙ ПУТЬ ПОВЫШЕНИЯ КОНТАКТНОЙ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ПОДШИПНИКОВ КАЧЕНИЯ

Известно, что наиболее частой причиной выхода подшипников из строя является усталость, вызывающая ухудшение поверхности колец, приводящее к нагреву и, иногда, к механическим поломкам. Одним из путей повы-шения контактной долговечности подшипников качения является применение современных смазочных материалов, к числу которых смазочные композиции с наноматериалами.
Кроме традиционных методов модификации нанопорошками металлов, весьма перспективными в смазочных материалах раз-личного назначения оказались ультрадисперсные алмазографитовые порошки, которые добавляются не только в масла, но и в пластичную смазку.
Анализ показал, что наличие адсорбированных слоев частиц ультрадисперсного алмазографита (шихта) в значительной мере ослабляет силы адгезионного взаимодействия между трущимися поверхностями. Однако, добавленная в смазочную композицию алмазографитовая шихта, кроме наноалмазов, содержит значительное количество несгораемых примесей, которые загрязняют смазку.
По мнению автора, одним из наиболее перспективных является использование смазочных композиций, модифицированных наноалмазами (НА). Именно такой наноалмаз получен (патент РФ №2081821) из алмазно-углеродной шихты детонационного синтеза путем глубокой химической очистки, который имеет количество несгораемых примесей менее 0,1% с размером частиц 3-4 нм.
Механизмы действия НА в смазочной композиции проявляются в нескольких на-правлениях, а именно [1]:
  • неоднородности на поверхностях трения заполняются углеродными кластерами, за счет этого уменьшаются граничное трение и износ;
  • наблюдается эффект последействия (свыше 60 час.) после замены смазочной композиции на маслооснову; этот эффект связан с прочным механическим, адсорбционным и диффузионным закреплением углеродных кластеров на поверхностях трения;
  • кластеры НА при больших нагрузках и максимальном вытеснении жидкой фазы между поверхностями трения работают как микроподшипники качения, что обеспечивает рост предельных нагрузок, которые выдерживает пара трения.
Проведено исследование по изучению влияния наноалмазов, содержащихся в смазке подшипника качения, на его контактную долговечность. В работе применялись шари-ковые радиальные подшипники 6205-2RS (ГОСТ 520-2002), в качестве исходной смазки использовался Литол-24 (ГОСТ 21150-87). Модификатором исходной смазки выступал наноалмаз. Испытания подшипников на контактную долговечность проводились на специальной машине ВНИПП-543 [2]. Для оценки параметров шероховатости поверхностей качения использовали профилограф-профилометр «Talysurf-5M» (фирма «Rank Taylor Hobson», Великобритания). Качественная и количест-венная оценка металлографических пара-метров дорожек качения наружных колец подшипника выполнена на растровом скани-рующем электронном микроскопе JEOL JSM 6390 LA (Япония). Участок, на котором изме-рялось количество дефектов, имеет размеры 1х1 мм.
Ресурс подшипника в результате испытаний определяют с учетом только усталостного разрушения, причем другие виды отказов рассматриваются как аварийные и не учитываются при оценке расчетных характе-ристик [3].
Номинальная долговечность подшипника – это число оборотов или часов (при за-данной постоянной частоте вращения), кото-рые подшипник должен проработать до появления первых признаков усталости материа-ла дорожки качения любого кольца или тела качения.
Номинальная долговечность подшипника определялась по стандартной методике и составила 4,5 ч.

Необходимое значение допустимой грузоподъемности достигалось с помощью гидравлической системы машины. В испытательную машину устанавливали сразу 4 подшипника, после чего создавали нагрузку, и
подшипники работали в течение 4,5 ч. Для выявления закономерности влияния наноалмазов в смазке подшипников на его контактную долговечность проведена серия экспериментов с различным составом смазки, представленным в таблице 1.
Результаты исследования представлены на рисунке 1 и 2. Из рисунка 1 видно, что кон-центрация наноалмазов в значительной сте-пени влияет на качество поверхности доро-жек качения подшипников. Причем с уменьшением концентрации наноалмазов в базовой смазке качество по-верхности улучшается. Однако, как показы-вает исследование методом количественной металлографии (рис. 2), при более высоких концентрациях (0,5% и 0,1%) количество дефектов больше, чем при использовании только базовой смазки.

Это означает, что наноалмазы при значительных концентрациях выполняют роль абразивных примесей и наносят повреждения поверхности дорожки качения подшипника.
При более низких концентрациях наноалмазов в смазке (0,05% и 0,01%) шероховатость и количество дефектов значительно ниже, чем при использовании чистой смазки. Это обуславливает более продолжительный срок службы подшипника.
Результаты исследований показали, что при уменьшении концентрации с 0,1% до 0,01% шероховатость уменьшается в сред-нем на 30%, а количество дефектов – на 40%.
Использование в подшипниках качения смазки с содержанием небольшого количества наноалмазов (менее 0,1 %) позволяет по-лучить значительный экономический эффект вследствие сокращения количества ремонтов ответственных узлов машин.
Анализ результатов показал, что механизм действия наноалмазов в смазке подшипника на его контактную долговечность сложен и требует проведения дополнительных исследований, особенно в тонком поверхностном слое. Для этого используются такие методы исследования, как инфракрасная, ЭПР- и ОЖЭ- спектроскопии, а так же атомно-силовая микроскопия. Полученные результаты позволят разработать и создать условия для производст-ва наноматериалов на основе высокоочи-щенных модифицированных наноалмазов детонационного синтеза, способных в составе смазочной композиции увеличить срок эксплуатации технических средств с узлами трения. Уникальность полученной смазочной композиции заключается в том, что она явля-ется концентрированной суспензией наноал-мазов с принципиально новыми свойствами – высокой коллоидной устойчивостью наноча-стиц и их кластеров, не имеющих аналогов в мире.

Полный текст статьи с рисунками и таблицами

Возврат к списку

Яндекс.Метрика