Проблемы восстановления изношенных пар трения

Проблемы восстановления изношенных пар трения
ПРОБЛЕМЫ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ИЗНОШЕННЫХ ПАР ТРЕНИЯ
 И ПРОДЛЕНИЕ СРОКА ЭКСПЛУАТАЦИИ МАШИН И МЕХАНИЗМОВ
 Павлов В.Е., Золотарев В.В., *Ильин А. П.,* Мостовщиков А. В., *Лавров Д. А. ООО «НаноКОР», г. Екатеринбург *ФГБОУ ВПО Национальный исследовательский «Томский политехнический Университет», г. Томск
 Введение 
При работе машин и механизмов пары трения претерпевают износ, приводящий к сокращению срока службы. Для борьбы с износом человечеством тратятся колоссальные ресурсы. В условиях не сбалансированного производства машин и механизмов, эксплуатации и утилизации, продление срока эксплуатации в России практикуется замена наиболее изношенных деталей, ремонтно-профилактические работы и восстановление пар трения. В настоящее время изношенные поверхности трения восстанавливают с использованием гальванических, электродуговых, плазменных и других способов нанесения слоев. Эти методы требуют сложного и дорогостоящего оборудования, а также операций по подготовке поверхности и их последующей обработке (шлифовка, полировка, приработка и др.). Вместе с тем недавно открытый эффект избирательного переноса вещества в процессе трения [1] дает возможность восстановления пар трения в процессе их работы, т. е. провести «ремонт без разборки». Для этого используются смазочные составы с твердыми добавками, которые в условиях трения механически наносятся на поверхности пары трения, и составы с маслорастворимыми добавками, которые в условиях трения разлагаются и дают твердые вещества, осаждающиеся на поверхностях трения. Таким образом, после нанесения покрытий процесс трения происходит не между основным материалом деталей, а между нанесенным пленками. Целью данной работы являлся анализ особенностей процесса работы металлоплакирующих смазочных составов, содержащих твердые добавки металлов и неметаллов.
Особенности работы металлоплакирующих смазочных составов. 
В общем виде износ механизма можно представить в виде следующей зависимости (рис. 1) Зависимость износа от времени работы механизма, t0-t1 приработка, t1-t2 износ, t2-t катастрофический износ Особенностью плакирования является сначала выравнивание поверхностей трения за счет встраивания твердых частиц в дефекты поверхности (трещины, канавки, и др.), а затем образование пленки из материала добавки. При этом частицы наносятся к исходному материалу деталей с помощью химического взаимодействия, диффузии и адгезии. Увеличившаяся площадь контакта пары трения также уменьшает удельную нагрузку в паре трения и снижает коэффициент трения fтр. На первом этапе применения металлоплакирующих смазочных составов широкое распространение в России и за рубежом получили следующие медьсодержащие добавки: «Гарант», «Римет», «Metal-5» (Франция), «Repower» (США) и «Restorer» (США), использовавшие микронные порошки меди и медных сплавов. Преимуществами таких смазочных составов являются: высокая скорость нанесения медной пленки повышение устойчивости узлов трения к водородному изнашиванию и возможность плакирования относительно мягких металлов и сплавов. В то же время наличие активной поверхности меди в момент плакирования приводит к интенсивной адсорбции гетероатомных присадок из рабочего масла. При этом снижается коэффициент трения и износ в первоначальный момент эксплуатациимасла, масло быстро стареет и в последующем не выполняет свои функции. Кроме того, медь с поверхности окисляется до ионов Cu 2+ , которые с участием кислорода приводят к деструкции длинных молекул углеводородов, что снижает вязкость масла (э/х коррозия). Практически одновременно с медьсодержащими были разработаны железосодержащие добавки в моторные масла, которые имитировали по составу продукты износа. Такие добавки имеют несомненное преимущество в сравнении с медьсодержащими - в разы снижают концентрацию оксида углерода (II) в составе выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания. В то же время они снижают износ (восстанавливают) и коэффициент трения. Недостатком железосодержащих твердых добавок является повышение износа мягких металлов и сплавов, работающих в парах трения с твердыми металлами и сплавами, например, алюминий - сталь, алюминий - чугун. Железосодержащая добавка «Старт» испытывалась как в дизельных, так и в бензиновых двигателях. При эксплуатации автомобилей БЕЛАЗ и КАМАЗ в условиях повышенных нагрузок и запыленности (каменноугольный разрез) износ цилиндропоршневых групп двигателя ЯМЗ-240 и двигателя КамАЗ-740 снизился в 2.1 и 3.9 раза, соответственно. Хорошие результаты в снижении коэффициента трения и износа дают фторсодержащие присадки и добавки, но практическое использование порошков фторопластов связано с трудностью смачивания поверхности их частиц. В то же время фторопласты и маслорастворимые присадки при сгорании в ДВС дают токсические вещества, что вызывает опасения экологов. Попытки использовать в качестве добавки в моторные масла дисульфида молибдена показали, что при его применении в камере сгорания и в цилиндропоршневой группу деталей дисульфид окисляется и переходит в оксид молибдена VI, который обладает абразивными свойствами и повышает износ. Наиболее низким коэффициентом трения обладает пара трения алмаз-алмаз. Этот экспериментальный результат стимулировал работы по добавкам нанопорошков алмаза и композиционных алмаз - графитосодержащих нанопорошков, получаемых в условиях детонационного синтеза. Порошки детонационного синтеза агломерированы и их диаметр достигает 30 нм. Исходным сырьем для производства нанопорошков алмаза является смесь тротила и гексогена. В настоящее время цена 1 кг. очищенного порошкананоалмаза превышает 20 тыс. руб., что снижает конкурентоспособность продукции на его основе. В то же время основными итогами практического использования детонационных наноалмазов являются выводы о положительном эффекте в триботехнике в узком диапазоне скоростей скольжения и нагрузок для небольшого числа пар трения. Перспективным направлением для сильно изношенных машин и механизмов остается использование эффекта плакирования поверхности пар трения в процессе их работы. Комплексная присадка «НаноКор» включает ряд материалов, обеспечивающих в процессе работы пары трения получение композиционного плакирующего материала, сочетающего положительные свойства металлоплакирующих смазочных составов, алмазосодержащих и фторсодержащих добавок. 

Выводы 
1. Перспективным направлением в триботехнике изношенных машин и механизмов является применение эффекта плакирования поверхности трения в процессе их работы - «ремонт без разборки». 
2. Применение нанопорошков в составе присадок упрощает проблему седиментационной устойчивости добавок в смазочных составах и осуществления эффекта плакирования поверхностей трения. 
3. Сочетание положительных свойств отдельных присадок (низкий коэффициент трения, низкий износ, отсутствие гальвано-пар, отсутствие токсичных компонентов, каталитический эффект при сгорании топлива и другие) приводит к необходимости плакирования поверхностей трения композиционными пленками. 

Список литературы 
1. Гаркунов Д. Н. Триботехника (износ и безизносность) – М. : Изд-во МСХА, 2001. - 616 с. 
2. Назаренко О. Б., Ильин А. П., Тихонов Д. В. Электрический взрыв проводников: получение нанопорошков металлов и тугоплавких неметаллических соединений. –Saarbrucken, Germany: LAP LAMBERT Academik Publishing, 2012. -284 c. 
3. Назаренко О. Б. Электровзрывные нанопорошки: получение, свойства, применение / под. ред. проф. А.П. Ильина. – Томск: изд-во Том. ун-та, 2005. – 148 с.
4. Лямкин А. И., Петров Е. А., Ершов А. П., Сакович Г. В., Ставер А. М., Титов В. М.. Получение алмазов из взрывчатых веществ // Докл. Акад. наук СССР. -1988. –Т.302, №3. –С.611-613.

Возврат к списку

Яндекс.Метрика