ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТОЛЩИНЫ ПОВЕРХНОСТНОЙ ПЛЕНКИ, СФОРМИРОВАННОЙ ЗА СЧЕТ ПРИМЕНЕНИЯ НАНОРАЗМЕРНЫХ ДОБАВОК В ТРАНСМИССИОННОЕ МАСЛО
Повышение износостойкости и ресурса узлов трения тракторных трансмиссий в межремонтный период становится все более сложной технической задачей, особенно в условиях стареющего парка сельскохозяйственной техники. Зубчатые колеса, муфты, шлицевые валы и подшипники качения тракторных трансмиссий работают при высоких контактных нагрузках, в широком диапазоне скоростей, частот колебаний и температур, в условиях реверсивного трения при недостаточной смазке и проникновении в зазоры абразивных частиц почвы. Окисление трансмиссионного масла (ТМ) и расход присадок на хемосорбционные процессы при трении вызывают снижение смазочной способности масла и рост скорости изнашивания ресурсоопределяющих деталей трансмиссии. Для формирования на поверхностях трения защитного слоя и восстановления геометрических размеров деталей в состав масла вводят специальные добавки – реметаллизанты.
Наноразмерные, твердофазные, металлсодержащие добавки мягких металлов, их сплавов и смесей в трансмиссионное масло, получаемые с помощью плазменной технологии, проявляют в минеральных маслах антифрикционные, противоизносные и противозадирные свойства [1, 2, 3]. Трибопрепараты этого типа относятся к реметаллизантам и представляют собой седиментационно устойчивые суспензии наноразмерных порошков (НП) с неметаллическими порошкообразными материалами. При граничном и смешанном трении реметаллизанты способны формировать на поверхностях трущихся деталей металлические пленки, которые снижают трение и износ. Однако механизм образования металлического слоя при смазке металлсодержащими добав ками, его структура и толщина в настоящее время изучены еще недостаточно полно.
Способность добавок к базовому ТМ формировать защитные пленки исследовали на образцах (роликах), прошедших испытания на машине трения СМЦ-2. Образцы трения c наружным диаметром d1 = d2 = 35 мм, изготовленные из стали 20ХН3А ГОСТ 4543-71, подвергали цементации и объемной закалке до HRC 58–62 с последующим шлифованием. Перед началом экспериментов ролики прирабатывали на масле ТАП-15В ГОСТ 23652–79 при частоте вращения ведущего ролика n1 = 500 мин-1 и увеличении нагрузки от 0 до 1200 Н ступенями через 100 Н. Продолжительность приработки на каждой нагрузочной ступени составляла 30 мин. Основной этап эксперимента проводили при нагрузке на образцы Р=1,2 кН, суммарной скорости качения роликов VΣ= 3,5 м/с, относительной величине проскальзывания λ = 10%. Продолжительность каждого эксперимента – 3 ч. Образцы трения работали в присутствии смазочной композиции, состоящей из масла ТАП-15В ГОСТ 23652–79, НП и олеиновой кислоты. В состав смазочных композиций вводили один из следующих НП: оловянной бронзы БрО3Ц7С5 ГОСТ 613-79 (Бр), бронзы и нитрида бора (Бр-BN), бронзы и оксида алюминия (Бр-К). Результаты лабораторных испытаний показали, что введение в базовое масло исследуемых НП приводит к повышению его смазочной способности. Наилучшими антифрикционными и противоизносными свойствами обладает смазочная композиция ТАП-15В + НП Бр-К.
Визуальный осмотр поверхностей трения роликов, смазываемых во время эксперимента маслом с добавками НП, показал наличие темной пленки. Изучение рельефа поверхностей образцов на микроскопе МБИ-15-У42 подтвердило положительное влияние добавок НП на процессы трения. На фотографии поверхности образца, смазываемого стандартным маслом ТАП-15В (рис. 1а), видны прерывающиеся риски, ориентированные параллельно движению образцов, что подтверждает наличие граничного трения. На дорожках трения образцов, смазываемых композициями ТАП-15В + НП Бр-BN, ТАП-15В + НП Бр, ТАП-15В + НП Бр-К (рис. 1б, 1в, 1г), наблюдается уменьшение протяженности и ширины рисок, их границы приобретают менее четкие очертания, что указывает на более благоприятный режим работы фрикционной пары. Светлые фрагменты на фотографиях поверхностей трения (рис. 1б, в, г), вероятно, указывают на формирование пленки, состоящей из элементов НП.
Для определения фазового состава формируемых в зоне фрикционного контакта пленок проводили рентгенофазовый анализ на дифрактометре «Дрон-3,0». При исследовании применяли анод Cu-Kα, обеспечивающий Kα–рентгеновское излучение c длиной волны λ = 1,5405 Å при напряжении на рентгеновской трубке 30 кВ. Регистрация отраженных лучей проводилась электронно-вычислительным устройством ЭВУ-1-4 с записью на диаграммной ленте. Анализ данных проводили сопоставлением рентгенограмм исследуемого вещества с эталонными рентгенограммами. Исследовали образцы, вырезанные из роликов, не подвергавшихся испытанию, а также из роликов, испытанных на машине трения при смазке ТАП-15В+НП Бр-К.
Результаты рентгенофазового анализа образцов, вырезанных из роликов, представлены на рис. 2. На рентгенограмме исходного образца (рис. 2а) видны пики с межплоскостными расстояниями 1,431; 1,656; 1,793 Ǻ, которые соответствуют материалу ролика – стали 20ХН3А. Наличие пиков α-Sn (1,967; 2,254; 3,694), Sn (2,489; 2,643), Cu (2,105), Al (2,377) на дифрактограмме образца, испытанного на масле ТАП-15В+НП Бр-К (рис. 2б), позволило идентифицировать на контактной поверхности испытанного ролика элементы НП Бр-К, что позволяет утверждать о наличии пленки, состоящей из элементов добавляемого в масло НП. Толщину пленки, сформированную НП Бр-К, определяли по следующему уравнению:
(1)
Результаты расчета показали, что толщина сформированной пленки составила 2,2 мкм.
Таким образом, при трения роликов в присутствии смазочной композиции ТАП-15В+ НП Бр-К на их контактных поверхностях образовалась защитная металлическая пленка определенного строения с высокими трибологическими характеристиками.
Пленка разделяет трущиеся поверхности и препятствует металлическому контакту, что способствует созданию благоприятного режима трения и увеличению износостойкости трибосопряжения.
ЛИТЕРАТУРА
- Пат. 2123030 Рос. Фе дерация, МПК6 C10M 125/00, C10M 125:04, C10M 125:22, C10M 125:24, C10N 30:06. Смазочная композиция / В. В. Са фонов, Э. К. Добринский, В. Н. Буй лов, А. Г. Семин, А. А. Митюшкин, В. В. Венскайтис ; № 97116529/04 ; заявл. 07.10.1997 ; опубл. 10.12.1998, Бюл. № 34. – 5 с. : ил.
- Пат. 2107090 Рос. Фе дерация, С10 М125/00. Транс миссионное масло / В. В. Сафонов ; заявители и патентообладатели В. В. Са фонов, Э. К. Добринский, В. В. Венс кайтис, А. Л. Нестеров ; заявл. 11.10.1996 ; опубл. 20.03.98., Бюл. № 8. – 5 с. : ил.
- Сафонов В. В. Влияние добавок наноразмерных порошков металлов в трансмиссионное масло на ресурс силовых передач сельскохозяйственной техники / В. В. Сафонов, В. В. Венскайтис, Э. К. Добринский, Е. Ю. Халов // Научная жизнь. – 2016. – № 2. – С. 6–21.
Метки: Транспорт