Трение (стр. 3 из 6)
Принцип седиментационного метода анализа дисперсности состоит в измерении скорости оседания частиц, обычно в жидкой среде. Для этого с помощью средств измерения сначала измеряют зависимость массы осевшего осадка от времени, строят график этой зависимости, называемой кривой седиментации, по которому затем определяют все необходимые характеристики дисперсной систем [10,12,15,16,17].
При анализе результатов измерений: построенных кривых распределения, определяют время осаждения частиц отдельных фракций полидисперсных систем, по уравнениям рассчитывают скорости их осаждения и соответствующие им размеры частиц.
,где r – радиус частиц, H – высота столба жидкости, h - вязкость системы,
g - ускорение свободного падения, t – время, r - плотность твердой фазы,
rо - плотность жидкой фазы.
Размер частицы дисперсной фазы обычно характеризуют радиусом частицы, реже объемом или площадью ее поверхности. Радиус однозначно определяется только, для частиц сферической формы. Для частиц неправильной формы - условная величина и его значение зависит от экспериментальной формы.
По результатам проведенных экспериментов были построены кривые седиментации (См. рис х-у в приложении), определено процентное соотношение отдельных фракций, построены дифференциальные кривые распределения (рис. х,y в приложении).
Анализируя кривые распределения можно приближенно говорить о преобладании частиц одной из фракций в системе, размеры частиц и скорости оседания которой приведены в таблице 1.
Таблица 1. Результаты седиментационного анализа суспензий.
| Добавка | Растворитель | Радиус, м | Скорость оседания, м/c |
| Графит | Вода | 11,11х10-6 | 3,36х10-5 |
| Графит | Масло | 24,13х10-6 | 5,09х10-6 |
| Дисульфид молибдена | Вода | 2,06х10-6 | 3,38х10-6 |
| Дисульфид молибдена | Масло | 8,76х10-6 | 2,02х10-6 |
Радиус основной фракции графита, как в воде, так и масле больше чем радиус частиц дисульфида молибдена. Соответственно и скорости оседания частиц у графита выше, чем скорости оседания частиц у дисульфида молибдена.
Следовательно, коллоидная система масло – дисульфид молибдена более устойчива, чем суспензия масло – графит. Дисульфид молибдена благодаря меньшему радиусу частиц будет лучше адсорбироваться, взаимодействовать с поверхностью.
2.2.2 Определение поверхностного натяжения
Поверхностное натяжение это величина, которую можно представить либо силой, действующей на единицу длины границы раздела фаз и обуславливающей сокращение поверхности жидкости, либо работой, совершаемой при образовании новой поверхности. Связь поверхностного натяжения с адсорбцией доказаны через уравнения состояния, в которых чем ниже поверхностная энергия, тем выше адсорбционное взаимодействие, что положительно влияет при модификации поверхности антифрикционными добавками. Соответственно, чем ниже поверхностное натяжение на границе раздела фаз, тем выше адгезия. При всех плюсахнизких значения поверхностного натяжения обнаруживается существенный недостаток, а именно высокие значения растекания смазочного материала, что приводит к большому расходу смазочного материала. Для решения данной проблемы возможно использования дополнительного смазочного материала, барьерной смазки, которая обладает большими значениями поверхностного натяжения и создающая энергетический барьер на пути миграции масла, например на торцах подшипников. Однако нужно следить, чтобы барьерная смазка не попадала в узел трения во избежании заклинивания, образования задиров и повреждения целостности барьера, препятствующего растеканию смазки.
Поверхностное натяжение определяют различными способами, в данной работе используется относительный вариант метода, когда одна из жидкостей (дистиллированная вода), поверхностное натяжение которой при данной температуре точно известно, выбирается в качестве стандартной. Расчет поверхностного натяжения исследуемой жидкости производят по формуле:
,где σo, ρo, no - поверхностное натяжение, плотность, число капель для дистиллированной воды; σ, ρ, n - соответствующие величины для исследуемого раствора.
Сталагмометр представляет собой либо стеклянную трубку с расширением посередине и капилляром в нижней части; расширенная часть ограничена двумя метками, либо бюретку. По результатам эксперимента строят зависимости поверхностного натяжения от концентрации добавки и температуры[10, 12,15,16,18].
Рис. 5. Кривые зависимости поверхностного натяжения от температуры суспензии графита в масле.
Рис. 6. Кривые зависимости поверхностного натяжения от температуры суспензии дисульфида молибдена в масле.
Исходя из графиков видно, что выполняется зависимость понижения поверхностного натяжения с увеличением температуры, как для графита, так и для дисульфида молибдена. Выполняется зависимость понижения поверхностного натяжения с увеличением концентрации добавки для графита, однако для дисульфида молибдена это закон не выполняется. Это можно объяснить повышением плотности суспензии с увеличением концентрации добавки, это наблюдается у обоих материалов, однако у дисульфида молибдена это более выражено.
2.2.3 Оценка термической стабильности
Термическая стабильность – способность веществ, противостоять изменениям при тепловом воздействии.
В рабочих условиях смазочные материалы подвергаются воздействию кислорода воздуха при повышенных температурах и каталитическом влиянии материала смазываемых частей механизмов. В этих условиях все углеводородные компоненты масла, смолистые вещества, а также антифрикционные добавки, за исключением графита, в той или иной степени могут вступать в реакции окислению, а при отсутствии кислорода деструкции, рекомбинации, полимеризации. Наиболее быстро и глубоко протекают всевозможные процессы на сильно нагретых от 200 до 300 оС деталях поршневой группы двигателей внутреннего сгорания и воздушных компрессоров, при этом за счет трения и неравномерности нагрева температура в отдельных участках поверхностей может доходить до температуры более 300 оС.
Из рассмотренного механизма видно, что на поверхности трения будет образовываться слой графита или дисульфида молибдена, которые будут в первую очередь подвергаться действию высоких температур. При этом по данным [Г,П,П] в высокотемпературных узлах графит будет устойчив при температуже ниже 1100 оС, а дисульфид молибдена начнет окисляться при температуре 350 оС. Поэтому было необходимо хотя бы качественно проанализировать термоокислительную стабильность MоS2.
Термоокислительную стабильность определяют различными методами: в аппарате Папок (ГОСТ 23175-78), метод ВТИ (ГОСТ 981-75). Однако в связи с особенностями системы, где основную тепловую нагрузку принимает антифрикционная добавка решено отказаться от стандартных методов изучение характеристики и применить методику прокаливания присадок.
Анализируемую пробу прокаливают при заданной температуре на железных или медных пластинках (при высоких температурах и количественной оценке в тигле). При качественной оценке смотрят изменения физических свойств веществ с течением времени, при количественном с помощью методов количественного химического анализа определяют количество вещества вступившего в реакцию.
В связи с невозможностью при окислении полного поглощения сернистого газа и образования оксидов дисульфида молибдена в нестехиометрическом соотношении было принято решение отказать от количественной оценки термоокислительно стабильности.
Для качественной оценки мы использовали навески не более 0,1 г дисульфида молибдена равномерно распределенные толщиной до 0,1 мм тиглю. В ходе работы установлено, что 3 из 4 проб в течение часа подвергаются полному окислению при температуре в 350 оС, при этом не полное окисление 4 пробы лишь свидетельствует о неравномерности прогрева в муфельной печи.
2.3 Исследование трибологических свойств систем масло-графит и масло-дисульфид молибдена
Трибологические испытания проводили в два этапа: предварительные, проведенные на двухкоординатной машине трения, и заключительные с моделированием процессов, происходящих в узлах механизмов на многофункционально машине трения SRV.
2.3.1 Испытания смазок на двухкоординатной машине трения
Для предварительных трибологических испытаний была выбрана двухкоординатная машина трения, разработанная и запатентованная ведущими научными сотрудниками Института прикладной механики УрО РАН: Тарасовым В.В., Чуркиным А.В., Черепановым И.С. [22], которая позволяет проводить широкий круг трибологических и коррозионных испытаний на плоских поверхностях материалов.
Сущность работы машины заключается в том, что индентор сферической или иной формы, находящийся под действие нормальной нагрузки перемещают относительно поверхности исследуемого образца по траектории (см. рис. х),