Детонационные наноалмазы в маслах и смазках
Изложены основные результаты исследований возможности использования детонационных наноалмазов и их алмазосодержащей шихты (полупродукт синтеза наноалмазов) в качестве высокоэффективных антифрикционных и противоизносных добавок в масляные композиции. Показана эффективность применения указанных продук...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Сверхтвердые материалы |
|---|---|
| Datum: | 2010 |
| 1. Verfasser: | |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russisch |
| Veröffentlicht: |
Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України
2010
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/63439 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Детонационные наноалмазы в маслах и смазках / В.Ю. Долматов // Сверхтвердые материалы. — 2010 — № 1. — С. 19-28. — Бібліогр.: 26 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859655742004396032 |
|---|---|
| author | Долматов, В.Ю. |
| author_facet | Долматов, В.Ю. |
| citation_txt | Детонационные наноалмазы в маслах и смазках / В.Ю. Долматов // Сверхтвердые материалы. — 2010 — № 1. — С. 19-28. — Бібліогр.: 26 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Сверхтвердые материалы |
| description | Изложены основные результаты исследований возможности использования детонационных наноалмазов и их алмазосодержащей шихты (полупродукт синтеза наноалмазов) в качестве высокоэффективных антифрикционных и противоизносных добавок в масляные композиции. Показана эффективность применения указанных продуктов: ресурс инструментов и деталей увеличивается в 1,5—4,0 раза и рост предельных нагрузок на пару трения — в 4 раза.
Викладено основні результати дослідження можливості використання детонаційних алмазів і їх алмазовмісної шихти (напівпродукт синтезу алмазів) в якості високоефективних і противозносних домішок в мастильні композиції. Показано ефективність застосування продуктів: ресурс інструментів і деталей збільшується у 1,5—4,0 рази і зростання граничних навантажень на пару тертя — в 4 рази.
The paper presents the main findings of the investigation into the potential of using detonation nanodiamonds and diamond-containg soot (an intermediate product of the nanodiamond synthesis) as high-performance antifriction and wear-preventive additives to oilbased compounds. The application of these products is demonstrated to offer great benefits: the lifetime of tools and parts is extended 1.5—4.0 times and the ultimate load values for a friction pair are raised 4-fold.
|
| first_indexed | 2025-12-07T13:38:56Z |
| format | Article |
| fulltext |
ISSN 0203-3119. Сверхтвердые материалы, 2010, № 1 19
УДК 666.233: 621.7.044.2
В. Ю. Долматов (г. Санкт-Петербург, Россия)
Детонационные наноалмазы в маслах
и смазках
Изложены основные результаты исследований возможности
использования детонационных наноалмазов и их алмазосодержащей шихты
(полупродукт синтеза наноалмазов) в качестве высокоэффективных антифрик-
ционных и противоизносных добавок в масляные композиции. Показана эффек-
тивность применения указанных продуктов: ресурс инструментов и деталей
увеличивается в 1,5—4,0 раза и рост предельных нагрузок на пару трения — в
4 раза.
Ключевые слова: детонационные наноалмазы, алмазосодержа-
щая шихта, антифрикционные и противоизносные добавки, масляные компози-
ции.
Широко известны смазочные композиции, в которых в каче-
стве антифрикционных добавок используют твердые материалы, в частности,
порошки металлов, графита, классических алмазов, соединения молибдена.
Из металлов широко применяют порошки меди, олова, свинца, серебра и
бронзы [1—4]. Очень часто используют в качестве присадок порошки графи-
та, дисульфидов молибдена и вольфрама [5, 6]. Анализ литературных данных
дает основание для следующих выводов: наилучшими антифрикционными
свойствами обладают порошки меди, серебра и дисульфида молибдена; мак-
симальная концентрация порошков в масле — не более 5 %*; оптимальные
размеры порошков — не менее 1 мкм. Использование этих добавок позволяет
реализовать полиграничный режим трения, что обеспечивает снижение ко-
эффициента трения и снижение износа, повышает предельные нагрузки в уз-
лах трения. Однако применение широко известных композиций ограничено в
силу низких реологических и антикоррозионный свойств, а также седимента-
ционной устойчивости. В то же время, эксплуатационные свойства могут
быть улучшены за счет подбора новых антифрикционных добавок и функ-
циональных присадок.
Наноразмерность частиц детонационного алмаза и их округлая форма де-
лают их очень привлекательными для антифрикционных и противоизносных
смазочных композиций различного рода [7—10]. Преимущества детонацион-
ных наноалмазов (ДНА) как модификатора трения перед другими типами
веществ такого рода заключаются в следующем:
— эффективность при очень низких концентрациях в базовом масле;
— совместимость с различными видами синтетических и минеральных
масел;
— экологическая безопасность углеродной добавки в масла по сравнению
с металлическими или фторуглеродными частицами и веществами.
* Здесь и далее все составы приведены в % (по массе).
© В. Ю. ДОЛМАТОВ, 2010
www.ism.kiev.ua; www.rql.kiev.ua/almaz_j 20
Это создает необходимые предпосылки к широкому внедрению ДНА-
содержащих присадок.
Наличие большого количества сверхмалых графитоподобных частиц и на-
ноалмаза в алмазосодержащей шихте (АШ) изменяет свойства смазочной
пленки и характер взаимодействия поверхностей трения. Концентрация час-
тиц в жидкости может достигать 1014 в 1 см3 и 108—109 в монослое площадью
1 см2, расстояние между отдельными фрактальными агрегатами будет со-
ставлять 0,1—0,5 мкм [11]. Увеличивается вязкость жидкости, прочной сма-
зочной пленки и, как следствие, несущая способность трибосопряжения.
ДНА, составляющие ~ 50 % в АШ и обладающие определенной режущей
способностью в режиме субмикрорезания, играют особо активную роль в
процессе приработки и “залечивания” микродефектов сопрягаемых поверх-
ностей, в том числе и вновь образованных. Этот процесс практически закан-
чивается при достижении фактической площади контакта, при которой реа-
лизуется полужидкостный или жидкостный режим смазки.
Цель авторов работы [12] состояла в создании смазочной композиции с
твердым модификатором трения, которая обладала бы высокими антифрик-
ционными, противоизносными и противозадирными свойствами, а также
повышенной коллоидной и седиментационной стабильностью при улучшен-
ных приработочных свойствах и малом содержании в композиции твердой
фазы. Авторы предложили смазочную композицию, состоящую из масляной
основы и АШ, причем заявленный состав был таким: неабразивный алмаз
(ДНА) — 2,0—99,0 % и графит —1,0—98,0 %. Соотношение компонентов:
кластерный углерод (АШ) — 0,01—1,0 %, масляная основа — остальное.
В качестве основы смазочной композиции с АШ можно использовать ми-
неральные или синтетические смазочные масла, смазочно-охлаждающие
жидкости. Основа может быть сложной по составу и содержать необходимые
функциональные добавки, обеспечивающие стойкость к окислению, устойчи-
вость к пенообразованию, моюще-диспергирующие, антикоррозионные и
другие свойства.
Коагуляционная устойчивость кластерного углерода в масляной основе
обеспечивается тем, что размер энергетически равновесных фрактальных
углеродных кластеров не превышает 30—60 нм. Это исключает расслоение
смазочных композиций в течение длительного (свыше шести месяцев) вре-
мени.
Механизмы действия углеродных кластеров в смазочной композиции про-
являются в нескольких направлениях, обеспечивающих ее эффективность, а
именно:
— углеродные кластеры, имея малые размеры, насыщают поверхности
трения, заполняя неоднородности на них и создавая новые (ювенильные)
поверхности трения; при этом уменьшаются граничное трение и износ, осо-
бенно при больших нагрузках и дефиците смазочного материала, а также
исключается схватывание и образование задиров на поверхностях трения;
— углеродные кластеры обусловливают повышение вязкости смазочной
композиции в тонких пленках за счет дисперсного структурирования, при
этом возрастает динамическая прочность пленки, исключается ее “хрупкое”
растрескивание при высоких скоростях деформирования вследствие обрыва
трещин на кластерах; уменьшаются потери масла от утечек через зазоры и
уплотнения;
— углеродные кластеры обеспечивают снижение вязкости смазочной
композиции при низких температурах вследствие снижения порога стеклова-
ISSN 0203-3119. Сверхтвердые материалы, 2010, № 1 21
ния дисперсно-наполненной среды, и как следствие, имеет место расширение
на 5—10 °С (по нижнему пределу) температурного диапазона использования
смазочных композиций;
— углеродные кластеры, благодаря их высокой активности, адсорбируют
смолы, образующиеся в процессе окисления масла, и исключают их осажде-
ние на рабочих поверхностях;
— углеродные кластеры обеспечивают эффект последействия (свыше
60 ч) после замены смазочной композиции на масло-основу. Этот эффект
связан с прочным механическим, адсорбционным и диффузионным закреп-
лением углеродных кластеров на поверхностях трения;
— кластерные неабразивные алмазы при больших нагрузках и максималь-
ном вытеснении жидкой фазы между поверхностями трения работают как
микроподшипники качения, что обеспечивает рост предельных нагрузок,
которые выдерживает пара трения без схватывания; так, на паре сталь—
бронза нагрузка выросла с 16 до 72 МПа;
— кластерные алмазы в зоне трения благодаря их высокой твердости воз-
действуют на поверхности трения и на кластеры графита, чем обеспечивают
их механо-химическую активацию и улучшение адсорбции масляной пленки.
Содержание в смазочной композиции с твердым модификатором трения
кластерного углерода зависит от характера и режима работы устройства (ма-
шины, механизма, узла), в котором применяется эта смазочная композиция.
Так, для смазывания тяжелонагруженных узлов преимущественно с больши-
ми поверхностями скольжения оно составляет 0,3—1,0 % [12].
Дальнейшее увеличение его содержания не приводит к улучшению слу-
жебных свойств смазочной композиции и, как правило, ведет к нарушению
коагуляционной устойчивости дисперсии в низковязких маслах. Для средне-
нагруженных механизмов, например, двигателей внутреннего сгорания (кар-
бюраторных и дизельных), концентрация кластерного углерода в смазочной
композиции составляет 0,01—0,3 % [12]. Такая концентрация обеспечивает
оптимальный эффект, снижая мощность трения и расход топлива, повышая
компрессию и динамические характеристики.
Для малонагруженных механизмов, например, металлообрабатывающих
станков с циркуляционными системами смазки, содержание кластерного
углерода в смазочных композициях составляет 0,01—0,15 %. При содержа-
нии углеродных кластеров меньше 0,01 % не отмечается существенного из-
менения служебных свойств смазочной композиции.
Использование смазочной композиции с АШ позволяет:
— существенно улучшить условия обкатки двигателей внутреннего сго-
рания и других машин и механизмов за счет устранения возможностей задира
и заедания поверхностей трения; ускорить процесс выхода механизмов на
номинальные режимы, а поскольку при этом обеспечивается снижение изно-
са, то происходит увеличение ресурса;
— обеспечить работу прецизионных металлообрабатывающих станков,
снизить расход дорогостоящих масел;
— сократить расход топлива и смазок, повысить мощность дизельных и
карбюраторных двигателей внутреннего сгорания; повысить их динамиче-
ские характеристики, улучшить запуск и снизить уровень шума.
Способ получения смазочной композиции с твердым модификатором тре-
ния достаточно прост в технологическом исполнении и осуществляется сле-
дующим образом. Кластерный углерод, получаемый по известной техноло-
гии, например, детонационным синтезом, обезвоживают путем вакуумной
www.ism.kiev.ua; www.rql.kiev.ua/almaz_j 22
сушки и в требуемых количествах загружают в емкость предварительного
смешения, куда вводят и масляную основу, например, минеральное масло.
После тщательного перемешивания смесь с помощью насосов продавливают
через сетчатые фильтры и магнитные сепараторы и затем через устройства
окончательного диспергирования, например, дезинтеграторы, акустические
(ультразвуковые) смесители или мельницы, с последующим фильтрованием
через фильтры тонкой очистки для удаления крупных включений и примесей.
Испытания моторных масел (АС-8, М-10Г, М63-10Г, Россия) показали, что
наименьшее значение момента трения приходится на масло с содержанием
0,5—1,0 % АШ [13]. Несущая способность моторных масел с присадкой АШ
увеличивается с ростом концентрации порошка в масле до 1 %. Дальнейшее
повышение концентрации снижает несущую способность масел. Для масел
АС-8 и М-10Г падение несущей способности существенное. Объяснить такое
поведение масел можно тем, что при значительных концентрациях АШ про-
исходит нарушение сплошности масляного слоя из-за нагрева масла до высо-
ких температур.
В трансмиссионных маслах (ТСП-10, ТАД-17 и ТАП-15В, Россия) мини-
мальное значение коэффициента трения также приходится на масло с содер-
жанием 0,5—1,0 % АШ. Причем с ростом концентрации АШ до 0,5 % темпе-
ратура в зоне трения образцов заметно (на 10—20 град) снижается. При
больших концентрациях АШ вновь наблюдается рост температуры, что объ-
ясняется снижением несущей способности масел при концентрациях порош-
ка более 1 %.
Рассмотрим действие АШ с позиций адгезионного и механического под-
ходов к проблеме износа. Углерод, находящийся в АШ, в обычном состоянии
инертен и не вступает в реакции с металлом. Для инициирования адгезионно-
го действия углерода необходимы температура, давление и наличие химиче-
ски активных веществ. При трении в местах контакта поверхностей возника-
ют высокие температуры. Наличие углерода и химически активных веществ
приводит к насыщению поверхностных слоев атомарным углеродом, т. е. к
образованию вторичных структур (аустенита, мартенсита, белых зон). Вели-
чина удельной поверхностной энергии снижается, уменьшается и адгезион-
ная составляющая трения. В результате снижается коэффициент трения.
Оставшаяся часть АШ оказывает механическое действие на процесс тре-
ния материалов. Действие механической составляющей на процесс трения
неоднозначно.
Во-первых, ультрадисперсные частицы заполняют микровпадины трущей-
ся поверхности, тем самым повышая адгезионную способность смазки за счет
увеличения фактической площади контакта. Для разрыва смазочной пленки
требуются большие усилия.
Во-вторых, происходит частичное “залечивание” микротрещин частицами
малого размера. Удельная поверхностная энергия становится меньше,
уменьшая при этом адгезионную составляющую.
В-третьих, свободные частицы порошка АШ образуют несущий слой
смазки более высокой вязкости и обладающий большим пределом прочности
смазочного слоя.
В-четвертых, наличие твердых частиц в смазке приводит к образованию
на поверхности металла защитного слоя, препятствующего адгезионному
схватыванию.
Время обкатки двигателей внутреннего сгорания со смазочной компози-
цией на основе АШ может быть сокращено с 60 до 5,5 ч, износ деталей ци-
ISSN 0203-3119. Сверхтвердые материалы, 2010, № 1 23
линдропоршневой группы уменьшается в 1,5—2,5 раза при снижении внут-
реннего трения двигателя на 25—30 %, компрессия в цилиндрах двигателей
увеличивается на 10—17 %. Оптимальное содержание АШ в смазочной ком-
позиции составляет 0,02—0,04 %.
Установлено, что отсутствует отрицательное воздействие присадки АШ
на эксплуатационные свойства моторных масел, не снижается термоокисли-
тельная стабильность, не повышается коррозионность по отношению к цвет-
ным металлам и сплавам, улучшаются антифрикционные и противоизносные
характеристики масел [13—15].
Отмечено повышение мощности двигателя при использовании присадки
АШ на 4—8 %, снижение удельного расхода топлива на 3—6 % и уменьше-
ние температуры выхлопных газов на 2—9 %.
Использование АШ для модифицирования индустриальных и трансмис-
сионных масел снижает коэффициент трения в передачах и механизмах на
20—30 %, износ поверхностей трения — в 2,0—2,5 раза, улучшает плавность
перемещения узлов, снижает шум передач.
В таблице приведены некоторые характеристики смазочных алмазосодер-
жащих композиций и эффект от их использования.
Характеристики смазочных алмазосодержащих композиций
и эффект от их использования
Содержание ДНА, % 0,01—0,3
Концентрация частиц в 1 см3 ∼ 1014
Снижение температуры в зоне контакта, % 16—20
Снижение коэффициента трения, % 20—30
Увеличение предельных нагрузок пары трения сталь—бронза, МПа с 16 до 72
(в ∼ 4 раза)
Уменьшение износа сопряженных деталей, n раз n = 1,5—3,0
Двигатели внутреннего сгорания
Уменьшение времени обкатки, m раз m = 10—12
Снижение расхода топлива, % 3—6
Увеличение мощности, % 4—8
Увеличение компрессии в цилиндрах, % 10—17
Смазочно-охлаждающие технологические среды
Снижение момента резания, % 20—30
Увеличение ресурса инструмента, p раз p = 1,5—4,0
В пластичных смазках АШ или ДНА вводят в состав базового масла непо-
средственно или через промежуточную среду и они могут в зависимости от
применяемой технологии участвовать в формировании структурного каркаса.
В подобных смазках АШ также снижает коэффициент трения на 20—30 %,
износ пар трения — в 1,3—3,0 раза, увеличивает несущую способность сты-
ков.
Существенно влияние АШ на большинство структурно-механических и
эксплуатационных характеристик практически всех типов смазочных мате-
риалов. В консервационных смазках уменьшается химическая и электрохи-
мическая коррозия металла за счет уменьшения или отказа от многих приса-
док, являющихся, как правило, коррозионно-агрессивными веществами. В
уплотнительных и резьбовых смазках повышается герметичность соедине-
www.ism.kiev.ua; www.rql.kiev.ua/almaz_j 24
ний, уменьшается коррозия контактных поверхностей, стабилизируются и
уменьшаются усилия на сдвиг, величина крутящего момента.
Для операций механической обработки резанием разработаны смазочно-
охлаждающие технологические среды (СОТС) на основе минеральных масел,
в состав которых введены АШ, хлорсульфидированный жир и серосодержа-
щий полиизобутилен [16—18]. Эти СОТС оказались эффективными при руч-
ном и машинном резьбонарезании, сверлении отверстий, шлифовании ферри-
тов и др. Применение СОТС с АШ увеличивает срок службы инструмента в
1,5—4,0 раза, улучшает процесс резания за счет снижения сил резания, по-
зволяет отказаться от некоторых СОТС (например, сульфофрезола и олеино-
вой кислоты), загрязняющих окружающую среду и вредных для здоровья
работающих.
Правильный подбор содержания компонентов СОТС и АШ позволяет по-
высить показатель прирабатываемости поверхностей трения в ~ 8 раз (по
сравнению с приработкой в чистом масле) [16, 19].
Авторы [17, 18] пришли к следующим выводам:
— введение АШ в СОТС способствует стабилизации процесса резания и
снижает на 20—30 % момент резания;
— разработанные СОТС наиболее эффективны для резьбонарезания и
сверления отверстий в труднообрабатываемых материалах;
— малые размеры частиц АШ позволяют использовать разработанные
композиции в автоматизированных системах подачи СОТС.
Разработана СОТС для механической обработки металлов, содержащая
минеральное масло, при этом она дополнительно содержит следующие ком-
поненты, %:
— осерненный полиизобутилен — 5—15;
— хлорсульфированный жир — 2—5;
— АШ — 1—5;
— минеральное масло — остальное.
По мнению авторов, разработанные СОТС обеспечат замену сульфризола,
олеиновой кислоты, жидкостей группы “В”. При этом наибольшая эффектив-
ность достигается на операциях ручного и машинного резьбонарезания труд-
нообрабатываемых сталей и сплавов.
Применение разработанных СОТС позволяет:
— стабилизировать процесс резания;
— повысить качество обрабатываемой поверхности;
— увеличить срок службы инструмента в 1,5—4,0 раза по сравнению с
лучшими российскими СОТС;
— улучшить условия труда за счет отсутствия в составах разработанных
СОТС компонентов опасных для здоровья.
В [20] отмечено, что введение в смазку, используемую для процессов об-
работки металлов давлением, 1—5 % АШ позволяет существенно снизить
коэффициент трения и повысить качество поверхности получаемых изделий.
Граничный слой в присутствии АШ в условиях высоких удельных нагру-
зок, превышающих во многих случаях предел текучести обрабатываемого
металла, способен приобретать строение и упругость формы подобно твер-
дому веществу. В этих условиях адсорбционному воздействию подвергаются
ультрамикроскопические дефекты поверхности обрабатываемого материала.
Это обеспечивает эффект облегчения деформации. При дальнейшем возрас-
тании плотности контакта возможно шаржирование алмазными частицами
рабочих поверхностей трибоконтакта. Очевидно, что заметный эффект может
ISSN 0203-3119. Сверхтвердые материалы, 2010, № 1 25
быть получен при операциях прессования, волочения, калибровки, глубокой
вытяжки.
АШ, по сравнению с обычным графитом, применяемым в настоящее вре-
мя (размер частиц — 1—5 мкм) [21], обладает рядом преимуществ:
— вследствие высокой удельной поверхностной энергии наночастиц АШ
обладает лучшей адгезией к металлическим поверхностям и способностью
адсорбировать инородные молекулы;
— частицы АШ легко проникают в очаг деформации, задерживаясь в
микронеровностях поверхностей заготовки и инструмента;
— АШ вследствие высокой удельной поверхности образует сплошной
смазывающий слой между трущимися поверхностями, исключая их непо-
средственный контакт.
Важной особенностью АШ является то, что кроме частиц графита, обес-
печивающих смазывающие свойства, в композиции содержатся частицы ал-
маза. Последние при трении внедряются (шаржируются) в металлическую
поверхность. Взаимодействуя таким образом с поверхностью деформирую-
щего инструмента, АШ может способствовать повышению его износостойко-
сти.
В [22] исследовали условия модифицирования очищенных ДНА ком-
плексными сульфонатами лантаноидов для получения устойчивых дисперсий
в маслах, а также оценили возможности применения модифицированных
ДНА в качестве экологически безопасных ингибиторов коррозии и модифи-
каторов трения.
Автором [22] разработан метод синтеза комбинированных сульфонатов
редкоземельных элементов для олеофильного модифицирования ДНА с по-
лучением устойчивых суспензий ДНА в маслах. Было установлено, что мо-
дифицированные ДНА являются эффективными модификаторами трения.
Композиции, включающие системы La—Mg с ДНА и ультрадисперсным
политетрафторэтиленом (УПТФЭ) предложены в качестве присадок к маслам
и для обработки цилиндро-поршневой группы двухтактных моторов.
Поскольку высокая поверхностная активность ДНА приводит к их агрега-
тированию даже в жидких полярных средах, то стабилизация степени дис-
персности и структуры суспензий ДНА в неполярных средах возможна за
счет модифицирования их поверхности. Предположено участие функцио-
нальных групп на поверхности ДНА в координации с ионами металлов, уча-
ствующих в синтезе сульфонатов (Ln, Mg, Zn).
В качестве исходных реагентов были выбраны водные суспензии ДНА
или АШ. Водную суспензию ДНА (АШ) смешивали с алканоламинами (ди-
этаноламином или триэтаноламином), диспергировали на гомогенизаторе при
8000 об/мин и упаривали для удаления воды, пока температура смеси не под-
нималась до 100—115 °С.
Было установлено, что ДНА, модифицированные на стадии синтеза ком-
плексов редкоземельных элементов, образуют в индустриальном масле ус-
тойчивые до года суспензии. При тех же условиях комплексы с АШ выпада-
ют в осадок в течение месяца (следует отметить, что состав АШ автором [22]
определен не был).
Трибологические испытания синтезированных композиций проводили в
индустриальных маслах И-12А или И-20А по ГОСТ 20779—75. Содержание
присадок в масле во всех случаях составляло 2 %.
Наибольшая (5,0 кН) нагрузка задира зарегистрирована при добавке в
массло комплекса маслорастворимых сульфонатов на основе лантана—маг-
www.ism.kiev.ua; www.rql.kiev.ua/almaz_j 26
ния. Дополнительное введение в систему ДНА (0,026—0,1 %) приводило к
снижению противозадирных свойств композиции на 30 % (3,5 кН).
Модифицирование наноалмазами смазочной композиции, содержащей
УПТФЭ, существенно изменяло характер фрикционного взаимодействия тру-
щейся пары. Так, для композиции И-12А + 0,33 % УПТФЭ + 0,026 % ДНА
значение коэффициента трения (0,011) после выхода на стационарный режим
на протяжении практически всего времени испытаний не менялось, в отличие
от величины коэффициента трения (0,042) композиции И-12А + УПТФЭ. При
этом температура в зоне трения после прохождения минимума коэффициента
трения для композиции И-12А + УПТФЭ увеличивалась скачкообразно и
была в конце испытаний в 2 раза выше, чем для композиции
И-12А + УПТФЭ + 0,026 % ДНА.
Имеющее место снижение коэффициента трения у композиции УПТФЭ—
ДНА по сравнению с УПТФЭ, по мнению автора [22], может быть связано с
изменением схемы напряженно-деформированного состояния в контакте
металл—полимер. Внедрение ДНА в матрицу УПТФЭ, вероятно, снижает
сопротивление сдвига между слоями матрицы в направлении нормали отно-
сительной скорости перемещения и приводит к уменьшению деформацион-
ной составляющей силы трения. Кроме того, в присутствии ДНА улучшается
отвод тепла из трибозоны.
При проведении натурных испытаний было показано, что применение
смазок, содержащих наноалмазы совместно с УПТФЭ, приводит к снижению
температуры двигателя и увеличению максимальных оборотов двигателя.
Таким образом, было установлено, что, в отличие от АШ, ДНА образуют
устойчивые до года суспензии. Необходимым условием является использова-
ние в качестве исходных продуктов водных суспензий ДНА (но не высушен-
ных порошков). По нагрузке задира лучшими являются системы La—Mg, а
по коэффициенту трения — композиции, включающие системы La—Mg с
ДНА и УПТФЭ.
В [23] показано, что применение АШ в пластичных смазках, по сравнению
с базовыми смазками, такими как солидол, циатим, литол и другие, приводит
к повышению износостойкости узлов трения в 1,2—3,0 раза, антифрикцион-
ности — на 6—20 %, а также снижению глубины повреждений в 1,2—
3,0 раза и температуры в зоне контакта — на 16—19 %.
Значительный эффект достигается при использовании ДНА и АШ в соста-
ве твердой, на основе углеводородов, смазки, наносимой на абразивные круги
при сухой шлифовке. Разработанный состав, по сравнению с базовым, позво-
ляет на 20—50 % поднять прижоговую стойкость и уменьшить на 1—2 клас-
са шероховатость обрабатываемой поверхности.
Кроме того, промышленные испытания показали, что производительность
шлифовальных операций повышается на 20—30 %, снижается “засаливание”
поверхности абразива, уменьшается температура шлифовальных зерен и по-
верхности обрабатываемой детали.
Свойства и составы многих масляных композиций подробно описаны в
[19, 24].
На основе ДНА предложен антифрикционный материал с интерметалли-
дами меди, цинка, олова [25] и графитов [26].
ISSN 0203-3119. Сверхтвердые материалы, 2010, № 1 27
ВЫВОДЫ
Детонационные наноалмазы и алмазосодержащая шихта являются эффек-
тивными модификаторами трения в масляных композициях и совместимы с
минеральными, синтетическими и растительными маслами.
Добавки АШ или ДНА позволяют достичь следующих эффектов:
— уменьшают граничное трение и износ;
— на поверхностях трения образуют защитный слой из наноалмазов, пре-
пятствующий адгезионному схватыванию и образованию задиров;
— снижают коэффициент трения на 20—30 %;
— повышают ресурс инструментов в 1,5—4,0 раза, а износ пары трения
уменьшают в 1,3—3,0 раза;
— обеспечивают рост предельных нагрузок на пару трения в 4 раза.
Оптимальное количество АШ в маслах составляет 0,05—0,50 % в зависи-
мости от условий эксплуатации алмазо-масляной композиции.
Модифицирование ДНА сульфонатами лантаноидов приводит к получе-
нию устойчивых до одного года суспензий в масле и минимальному (0,011)
коэффициенту трения при их использовании.
Викладено основні результати дослідження можливості використання
детонаційних алмазів і їх алмазовмісної шихти (напівпродукт синтезу алмазів) в якості
високоефективних і противозносних домішок в мастильні композиції. Показано ефек-
тивність застосування продуктів: ресурс інструментів і деталей збільшується у 1,5—4,0
рази і зростання граничних навантажень на пару тертя — в 4 рази.
Ключові слова: детонаційні наноалмази, алмазовмісна шихта, анти-
фрикційні та противозносні домішки, мастильні композиції.
The paper presents the main findings of the investigation into the potential of
using detonation nanodiamonds and diamond-containg soot (an intermediate product of the
nanodiamond synthesis) as high-performance antifriction and wear-preventive additives to oil-
based compounds. The application of these products is demonstrated to offer great benefits: the
lifetime of tools and parts is extended 1.5—4.0 times and the ultimate load values for a friction
pair are raised 4-fold.
Key words: detonation nanodiamonds, diamond-containing soot, antifriction
and wear-preventive additives, oil-based compounds.
1. Тартаковский И. Б. К расчету деталей машин на износ. Износ и антифрикционные
свойства материалов. — М.: Наука, 1968. — 68 с.
2. Гархунов Д. Н. Избирательный перенос в узлах трения. — М.: Транспорт, 1969. — 104 с.
3. Грибайло А. П., Епифанов А. С. Повышение износостойкости пары винт—гайка метал-
лообрабатывающих станков методом избирательного переноса // Науч.-техн. семинар
“Применение избирательного переноса в узлах трения машин”, Москва, 4—6 марта
1976 г.: Сб. тез. — М.: Госстандарт СССР, 1976. — В 2 ч. Ч. 1. — С. 59.
4. Горюнов В. М. Металлоплакирующая смазка в тяжелонагруженных шарнирах. Тепловая
динамика и моделирование внешнего трения. — М.: Наука, 1975. — С. 102—105.
5. Колесниченко Л. Ф. Влияние халькогенидов молибдена на триботехнические свойства
смазочных материалов // Порошк. металлургия. — 1987. — № 11. — С. 67—71.
6. Matsuo K., Maede U., Kurabashi M., Miuva M. Additive Schmierst und Arbeitssigkeit // 5th
Int. Kollog., Esslingen, Germany, 14—16 jan., 1986. — Esslingen, 1986. — Bd. 2. —
P. 5.417—5.418.
7. Yamada K., Sawaoka A. B. Very small spherical crystals of distorted diamond found in a
detonation product of explosive graphite mixtures and their formation mechanism // Carbon.
— 1994. — 32, N 4. — P. 665.
8. Ouyang Q., Okada K. Nano-ball bearing effect of ultra-fine particles of cluster diamond //
Appl. Surf. Sci. — 1994. — 78, N 3. — P. 309—313.
www.ism.kiev.ua; www.rql.kiev.ua/almaz_j 28
9. Сакович Г. В., Брыляков П. М., Верещагин А. Л. и др. Получение алмазных кластеров
взрывом и их практическое применение // Журн. Всесоюз. хим. об-ва. — 1990. — 35,
№ 5. — C. 600—602.
10. Xu T., Zhao J, Xue Q. Study on the tribological properties of ultradispersed diamond contain-
ing soot as an oil additive // Tribology transactions. — 1997. — 40, N 1. — P. 178.
11. Лямкин А. И., Редькин В. Е. Ультрадисперсные алмазографитовые и алмазные порош-
ки, получаемые из взрывчатых веществ // Наука — производству. — 2000. — № 3(28).
— С. 59—64.
12. Пат. 87/00249 РСТ/SU, МКИ5 С 10 М 125/02. Смазочная композиция с твердым моди-
фикатором трения / Г. В. Сакович, П. М. Брыляков, Т. М. Губаревич и др. — Опубл.
04.04.91.
13. Щелканов С. И., Кан С. В., Редькин В. Е. Влияние присадок на антифрикционные
свойства моторных и трансмиссионных масел // Ультрадисперсные материалы. Получе-
ние и свойства: Межвуз. сб. / Под ред. А. М. Ставера. — Красноярск: КрПИ, 1990. —
С. 173—180.
14. Долматов В. Ю. Ультрадисперсные алмазы детонационного синтеза: свойств и приме-
нение // Успехи химии. — 2001. — 70, № 7. — С. 687—708.
15. Пат 93/01261 РСТ WO, МКИ5 С 10 М 125/02. Смазочная композиция / А. А. Захаров,
В. Е. Редькин, А. М. Ставер и др. — Опубл. 21.01.1993.
16. Санников В. М., Корейбо Ю. М. О приработочной способности ультрадисперсного
алмазо-графитного порошка // Ультрадисперсные материалы. Получение и свойства:
Межвуз. сб. / Под ред. А. М. Ставера. — Красноярск: КрПИ, 1990. — С. 155—161.
17. Шангин А. П., Редькин В. Е., Ракшин Э. Д., Селигеев С. В. Использование УДП-АГ в
смазочно-охлаждающих композициях для обработки металлов резанием // Ультрадис-
персные материалы. Получение и свойства: Межвуз. сб. / Под ред. А. М. Ставера. —
Красноярск: КрПИ, 1990. — С. 165—170.
18. Пат. 2009186 Россия. Смазочно-охлаждающая жидкость для механической обработки
металлов / В. Е. Редькин, А. М. Ставер, А. П. Шангин. — Опубл. 15.05.92, Бюл. № 5.
19. Долматов В. Ю. Ультрадисперсные алмазы детонационного синтеза. — Санкт-
Петербург: Изд-во СПбГПУ, 2003. — 344 с.
20. Истомин В. Н., Ракшин Э. Д., Акимов Ю. Д. Применение ультрадисперсного порошка
алмазографита в технологических смазках для обработки металлов давлением // Ульт-
радисперсные материалы. Получение и свойства: Межвуз. сб. / Под ред. А. М. Ставера.
— Красноярск: КрПИ, 1990. — С. 161—163.
21. Бондаренко М. В. Графито-коллоидные смазки для обработки металлов давлением //
Кузнечно-штамповочное производство. — 1964. — № 10. — С. 13—14.
22. Иванов Д. М. Технология маслорастворимых комплексов сульфонатов лантаноидов и
Mg как ингибиторов коррозии и модификации трения // Авторефер. дис. … канд. техн.
наук. — Екатеринбург: ГОУ ВПО “Уральский гос. техн. ун-т - УПИ”. — 2006. — 26 с.
23. Сакович Г. В., Комаров В. Ф., Петров Е. А. и др. Ультрадисперсные алмазы и их прак-
тическое использование // 5-е Всесоюзное совещание по детонации: Сб. докл. — Крас-
ноярск, 1991. — Т. 2. — С. 272—278.
24. Ultrananocrystalline diamond, synthesis, properties, and applications / Ed. O. A. Shen-
derova, D. M. Gruen. — New York, USA: William Andrew Publishing, Norwich, 2006. —
600 p.
25. Pat. 5158695 US. Diamond-based antifriction material / N. K. Yashchenki, V. V. Ogorodnik.
— Publ. 27.10.92
26. Pat. 5614477 US. Antifriction additive and method for using same / V. Kompan, V. Slo-
bodsky. — Publ. 25.03.98.
ФГУП Специальное конструкторско- Поступила 16.10.09
технологическое бюро “Технолог”
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-63439 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0203-3119 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T13:38:56Z |
| publishDate | 2010 |
| publisher | Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Долматов, В.Ю. 2014-06-01T16:58:23Z 2014-06-01T16:58:23Z 2010 Детонационные наноалмазы в маслах и смазках / В.Ю. Долматов // Сверхтвердые материалы. — 2010 — № 1. — С. 19-28. — Бібліогр.: 26 назв. — рос. 0203-3119 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/63439 666.233: 621.7.044.2 Изложены основные результаты исследований возможности использования детонационных наноалмазов и их алмазосодержащей шихты (полупродукт синтеза наноалмазов) в качестве высокоэффективных антифрикционных и противоизносных добавок в масляные композиции. Показана эффективность применения указанных продуктов: ресурс инструментов и деталей увеличивается в 1,5—4,0 раза и рост предельных нагрузок на пару трения — в 4 раза. Викладено основні результати дослідження можливості використання детонаційних алмазів і їх алмазовмісної шихти (напівпродукт синтезу алмазів) в якості високоефективних і противозносних домішок в мастильні композиції. Показано ефективність застосування продуктів: ресурс інструментів і деталей збільшується у 1,5—4,0 рази і зростання граничних навантажень на пару тертя — в 4 рази. The paper presents the main findings of the investigation into the potential of using detonation nanodiamonds and diamond-containg soot (an intermediate product of the nanodiamond synthesis) as high-performance antifriction and wear-preventive additives to oilbased compounds. The application of these products is demonstrated to offer great benefits: the lifetime of tools and parts is extended 1.5—4.0 times and the ultimate load values for a friction pair are raised 4-fold. ru Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України Сверхтвердые материалы Получение, структура, свойства Детонационные наноалмазы в маслах и смазках Article published earlier |
| spellingShingle | Детонационные наноалмазы в маслах и смазках Долматов, В.Ю. Получение, структура, свойства |
| title | Детонационные наноалмазы в маслах и смазках |
| title_full | Детонационные наноалмазы в маслах и смазках |
| title_fullStr | Детонационные наноалмазы в маслах и смазках |
| title_full_unstemmed | Детонационные наноалмазы в маслах и смазках |
| title_short | Детонационные наноалмазы в маслах и смазках |
| title_sort | детонационные наноалмазы в маслах и смазках |
| topic | Получение, структура, свойства |
| topic_facet | Получение, структура, свойства |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/63439 |
| work_keys_str_mv | AT dolmatovvû detonacionnyenanoalmazyvmaslahismazkah |