ПРОБЛЕМЫ МАШИНОСТРОЕНИЯ И НАДЕЖНОСТИ МАШИН
< 5, 2004
УДК 621.892.097
© 2004 г. Дроздов Ю.Н., Буяновский И.А., Зеленская М.Н., Гостев Ю.Н., Новиков В.И., Заславский Р.Н.
НОВАЯ ПРОТИВОИЗНОСНАЯ И АНТИФРИКЦИОННАЯ РЕСУРСОВОССТАНАВЛИВАЮЩАЯ КОМПОЗИЦИЯ ПРИСАДОК К СМАЗОЧНЫМ МАТЕРИАЛАМ
Приведены результаты трибологических лабораторных и стендовых исследований серии смазочных композиций, на основании которых делается вывод о перспективности применения добавки АРВК (смесь мелкодисперсного слоистого силиката магния с трибополимеробразующей присадкой ЭФ-357) в смазочных маслах различного назначения.
Для повышения противоизносных и антифрикционных свойств смазочных материалов широко применяют добавки различной природы и происхождения: дитиофосфа-ты различных металлов и беззольные дитиофосфаты, мелкодисперсный дисульфид молибдена или графита, некоторые жирные кислоты и их металлические соли и т.д. [1]. В последние годы появились сведения об эффективных противоизносных и антифрикционных добавках, представляющих собой природные минералы, в частности серпентины (слоистые силикаты магния [2, 3]): ХАДО, НИОД, Форсан, "Живой металл", "Геомодификатор", РВС и т.д. [4]. Введение этих добавок в смазочные материалы, согласно литературным данным, приводит к восстановлению изношенных деталей до первоначальных размеров за счет формирования на поверхностях трения прочной металлоке-рамической пленки. В работе [5] была предложена высокоэффективная антифрикционная и противоизносная композиция присадок АРВК, полученная на основе смешения мелкодисперсного (дисперсность менее 5 мкм) слоистого силиката магния (серпентина) и трибополимеробразующей присадки ТПО. Цель совмещения - реализация "восстанавливающего эффекта", обеспечиваемого серпентинитом, и высоких антифрикционных и противоизносных свойств, достигаемых применением трибополимеробразую-щих присадок.
В настоящей статье рассматривается сравнение в процессе лабораторных трибологических испытаний эффективности противоизносного и антифрикционного действия полученной композиции в составе характерного нефтяного масла с известными смазочными композициями, приготовленными на той же базе, а также оценка эффективности применения этой композиции в моторном масле в процессе стендовых испытаний.
Методика испытаний и исследуемые материалы. Лабораторные исследования трибологических свойств смазочных композиций проводили на модернизированной Л.Ю. Пружанским [6] машине трения Шкода - Савина (машина дополнительно снабжена устройством для замера момента трения и капельницей для дозированного подвода масла в трибологический контакт) по методике, разработанной М.М. Хрущовым для исследования приработки подшипниковых сплавов и цапф [7]. Методику можно в несколько измененном виде использовать для испытания смазочных материалов [8].
Испытания состоят в вытирании под нагрузкой 150 Н вращающимся с частотой 500 мин- роликом (диаметр 30 мм, ширина 10 мм, стали 45 (ИИС 48-53)) лунки на
пластине из той же стали (HRC 38-43) шириной 6 мм и высотой 15 мм. Рабочие поверхности обоих образцов шлифованы и полированы до значения параметра Ra шероховатости поверхности 0,02-0,05 мкм. К месту контакта образцов подают смазочное масло с частотой 4 капли в минуту. Общая продолжительность испытания 360 минут, что обеспечивает путь трения 17000 м на нижнем образце. В процессе испытания периодически (через каждые 1000 м пути трения) без остановки машины замеряли суммарный износ образцов по показаниям стрелочного индикатора часового типа с ценой деления 2 мкм. Поскольку твердость пластины меньше и путь трения на пластине существенно меньше, чем на рабочей поверхности ролика, то износ ролика не учитывали. Одновременно замеряли величину момента трения.
После окончания каждого эксперимента результаты корректировали по данным измерения окончательных размеров вытертой лунки, измеренных с помощью микроскопа с окулярным микрометром и профилографирования на профилографе-профи-лометре завода "Калибр" марки 701. На этом же профилографе замеряли параметр Ra шероховатости поверхности дна лунки. Результаты исследования противоизносных свойств сравниваемых смазочных сред представляли в виде параметров линейной аппроксимации K и p0 зависимости интенсивности изнашивания I пластины от удельной нагрузки p, равной отношению осевой нагрузки к проекции текущей площади лунки, возрастающей по мере увеличения ее глубины. Параметр K представлял собой тангенс угла наклона прямой, аппроксимирующей эту зависимость, а параметр p0 - давление, соответствующее точке пересечения этой прямой с осью давлений. По физическому смыслу параметр K - так называемый фактор износа, а p0 - несущая способность смазочного слоя или предельное давление (при его дальнейшем снижении изнашивание становится пренебрежимо малым). Таким образом, интенсивность изнашивания можно подсчитать из уравнения I = K(p - p0). Следовательно противоизносные свойства композиции тем выше, чем больше p0 и меньше K.
Базовым маслом для исследуемых смазочных композиций было индустриальное масло И-20 по ГОСТ 20799-88. Каждая исследуемая композиция включала это масло +2% (масс) присадок соответственно: олеиновая кислота (ОК); высокотемпературная антифрикционная присадка, представляющая собой маслорастворимое соединение молибдена ПАФ-4 (АФ); диалкилдитиофосфат цинка ДФ-11 (ДЦ); трибополи-меробразующая (ТПО) присадка ЭФ-357; композиции присадок ОК, АФ и ДЦ с мелкодисперсным силикатом магния СМ, присадки на основе серпентина "НИОД" и "ХАДО"; разработанная композиция присадок АРВК. Для сравнения по той же методике было испытано синтетическое моторное масло Mobil 1 5w30 SL/SF. Предварительными исследованиями было установлено, что введение добавки АРВК практически не оказывает влияния на другие функциональные свойства масел.
Оценку эффективности применения композиции АРВК в качестве добавки к моторным маслам проводили в процессе стендовых испытаний. Эффективность АРВК в моторных маслах оценивали применительно к маслу МТ-16п в процессе приемо-сдаточных испытаний для трех прошедших капитальный ремонт дизелей УТД-20. Испытания проводили на трех стендах, отвечающих ОСТ В3-3607. Методика включала обкатку и режимную работу в исследуемой смазочной среде и позволяла оценить ряд важнейших показателей работы дизеля: крутящий момент, мощность, удельный расход топлива и масла, вибрации в узлах трения, дымность. Дополнительно в районе головки блока цилиндров двигателей устанавливали виброметр "Диамех 034", с помощью которого оценивали уровень вибрации (по значениям виброперемещений, виброскорости и виброускорения) в этом узле.
Результаты испытаний. Лабораторные испытания проводили на машине Шкода -Савина по изложенной методике. Для всех исследованных композиций оценены значения параметров линейной аппроксимации K и p0 зависимостей интенсивности изнашивания I от давления p, коэффициента трения f и параметра Ra шероховатости дна вытертой лунки в конце испытаний. Эти результаты применительно к сравниваемым модельным композициям и товарным маслам с исследуемыми добавками при-
Исследуемые композиции p0, МПа K ■ 10-6 МПа-1 Ra, мкм f
И-20 без добавки 0 0,0070 1,2 0,007
И-20 + OK 0,10 0,0200 0,12 0,002
И-20 + АФ 0 0,0022 0,18 0,0016
И-20 + ДЦ 0,6 0,0034 0,36 0,0060
И-20 + ТПО 0,45 0,0100 0,30 0,0030
И-20 + OK + СМ 0 0,013 0,5 0,011
И-20 + АФ + СМ 0,05 0,0015 0,3 0,004
И-20 + ДЦ + СМ 0,3 0,0017 0,3 0,005
И-20 + НИОД 0,55 0,0080 0,20 0,0033
И-20 + ХАДО 0,9 0,0300 0,18 0,0050
И-20 + АРВК 1,15 0,0150 0,10 0,0012
Mobil 1 5w30 SL/SF 0 0,0100 0,18 0,0066
ведены в таблице. Все исследованные добавки по тем или иным показателям повышают трибологические характеристики базового масла (кроме величины К, которая в ряде случаев выше у композиций с добавками, содержащими олеиновую кислоту). Наибольшая несущая способность р0 (1,15 МПа) и минимальный коэффициент трения в условиях испытаний (0,0012) были получены при исследовании композиции с добавкой АРВК. Микрорельеф дна вытертой лунки оказался наиболее гладким из всех полученных микрорельефов (Яа = 0,10 мкм). Вместе с тем, фактор износа К при испытаниях в композиции с АРВК оказался относительно высоким (0,015 ■ 10-6 МПа-1). Такое сочетание параметров трибологического процесса разительно отличается от сочетания этих параметров при испытании других исследуемых композиций и, прежде всего, от композиции, включающей маслорастворимую молибденсодержащую присадку ПАФ-4. Здесь обращает на себя внимание полное отсутствие предельного давления, при котором прекращается изнашивание трущихся тел (р0 = 0). В то же время при этих испытаниях достигнуты весьма низкое значение фактора К (0,0022 ■ 10 МПа-1), низкий коэффициент трения (0,0016) и достаточно заметное (по сравнению с действием других сравниваемых композиций, исключая композицию с АРВК) выглаживание поверхности дна вытертой лунки (Яа = 0,18 мкм).
Анализируя полученные результаты, приходим к выводу, что механизм трибологического действия в рассмотренных случаях различен. Очевидно, что по-разному проявляется противоизносный эффект от сравниваемых добавок. Если при испытании композиции с присадкой ПАФ-4 не наблюдается участка, где отсутствует износ, но интенсивность изнашивания на всем диапазоне контактных давлений очень мала, то при испытании композиции с АРВК изнашивание прекращается при достаточно высоком давлении. До достижения этого давления фактор износа относительно высок. Можно предположить, что в первом случае на поверхности трения под действием молибден-содержащей присадки в широком диапазоне давлений образуются модифицированные слои, обеспечивающие низкую интенсивность изнашивания и малое трение. Во втором случае модифицированные слои, обеспечивающие практически полную бе-зызносность и еще меньший коэффициент трения, появляются лишь при определенном (хотя и достаточно высоком) давлении. Какая из добавок более эффективна определяется условиями работы конкретного узла трения. Лучшая выглаживающая способность, несколько лучшие антифрикционные свойства, наличие "восстанавливающего эффекта" и достаточно широкого диапа
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.