5_Drogomir.doc Вплив концентрації порошкоподібних добавок в пластичному консистентному мастилі Літол-24 на зносостійкість трибосистем Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2013, № 3 34 Дрогомирецький Я.М., Довжинський І.М. Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу, м. Івано-Франківськ, Україна E-mail: ВПЛИВ КОНЦЕНТРАЦІЇ ПОРОШКОПОДІБНИХ ДОБАВОК В ПЛАСТИЧНОМУ КОНСИСТЕНТНОМУ МАСТИЛІ ЛІТОЛ-24 НА ЗНОСОСТІЙКІСТЬ ТРИБОСИСТЕМ УДК 622.24.051.553-232.2:621.891 Експериментально визначено вплив концентрації фулеренової сажі і фенозану-23 на працездатність плас- тичного мастила. Запропоновані рентабельні присадки, які покращують характеристики пластичних мастил. Ключові слова: мастило, фенозан-23, фулерен, знос. Вступ Обладнання нафтової і газової промисловості експлуатується у важких умовах роботи абразив- них і агресивних середовищ, високих і низьких температур, високих швидкостях і контактних тисках, а також в багатьох випадках і динамічних навантажень. Ефективність підвищення довговічності та зносо- стійкості деталей обладнання може бути досягнуто, конструктивним рішенням, шляхом підбору і ство- рення композиційних добавок до мастильних матеріалів. Постановка завдання Завданням даного експерименту є визначити вплив концентрації фулеренової сажі та фенозану-23 на працездатність пластичного мастила. Виклад основного матеріалу Для випробувань був вибраний пластичний змащувальний матеріал Літол-24 (ГОСТ 21150 - 87), загущений літієвим милом. Фулеренова сажа додавалася в кількостях: від 0 до 10 % за масою. Фулерено- ва сажа була отримана методом Хаффмана - Кречмера [1] і містила близько 10 % фулерена. Причому фу- леренова сажа складалася приблизно з 65 % фулерена С60, 32 - 33 % фулерена С70 і 2 - 3 % вищих фулеренів. Змішування фулеренової сажі проводилось таким чином: додавали в навішування 50 г прила- дового масла МВП (ГОСТ 1805 - 76) необхідна кількість фулеренової сажі і диспергували сажу в маслі на магнітострикційному вібраторі, потім отриману суспензію перемішували в процентному відношені із пластичним мастилом Літол-24. Отриману суспензію доводили до однорідної консистенції за допомо- гою ультразвукового диспергатора УЗДН-А . Викладену методику застосовували також при змішуванні фенозану-23. Сповільнити небажані окислювальні процеси у консистентних мастилах можна шляхом введення спеціальних добавок, які володіють антиоксидантними властивостями. Одними із найбільш ефективних та екологічно безпечних інгібіторів радикально-ланцюгових процесів окислення органічних речовин є фенольні сполуки, які тормозять (призупиняють) процес, взаємодіючи з пероксидними радикалами суб- страту [2]. Сповільнююча дія фенольних антиоксидантів на процес радикально-ланцюгового окислення органічних речовин основана, насамперед, на їх взаємодії з пероксидними радикалами субстрату за реакцією: PhOROOHPhOHRO +→+2 . (1) До класичних стабілізаторів відносяться просторово затруднені феноли, зокрема іоніл, його похідні, одним з яких є фенозан-23 (етер 3,5-дитретбутил-4-гідроксіфенілпропіолової кислоти і пентае- ритриту). Фенозан-23 – це білий кристалічний порошок з температурою плавлення 123 - 125 ºC. Унаслідок наявності об'ємних третбутильних замісників, він практично нерозчинний у воді і відносно добре розчинний у неполярних органічних розчинниках [3]. Завдяки своїй хімічній структурі, він актив- но взаємодіє з вільними пероксидними радикалами. Через такі властивості його використовують як анти- оксидант, термо- і світлостабілізатор для пластмасових поверхонь (поліетилену, поліпропілену, полістиролу, полівінілхлориду). Фенозан-23 є аналогом швейцарського Ірганоксу-1010 (фірма «Syba»). Випробування проводилось за схемою ”диск - диск” на машині тертя СМЦ-2. Випробувальні зразки радиусом 25 мм і ширину 10 мм, виготовленні із термообробленої сталі 40ХН твердістю 50 HRC і шорсткістю поверхні Ra = 0,18 мкм. mailto: Вплив концентрації порошкоподібних добавок в пластичному консистентному мастилі Літол-24 на зносостійкість трибосистем Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2013, № 3 35 В процесі випробування один ролик був нерухомим і притискався зусиллям NF до ролика, що обертається. Температура навколишнього середовища в процесі випробувань складала 23 ± 2 °С. Частота обертання ролика n = 300 хв-1., що обертається, яка відповідає відповідало швидкості ковзання 0,78 м/с. Навантаження на зразки було постійною величиною і складала 550 Н. При цьому робочий тиск в зоні ко- нтакту в порівнянні з умовами роботи важко навантажених пар тертя типу зубчаті передачі. Нижній зра- зок поміщали у ванночку із пластичним мастилом, потім притискався верхній ролик і починали експеримент. В процесі випробувань змащувальний матеріал не додавали. Кожен дослід проводили двічі, а за остаточний результат брали середнє арифметичне результатів двох дослідів. Тривалість випробувань складала 10 хв, протягом цього часу вимірювали момент тертя, а в кінці випробувань визначали ширину плями зношування b на нерухомому зразку за допомогою лупи Бринеля. За результатами випробування визначали об’ємне зношування, а також інтенсивність зношування [4]. Інтенсивність зношування AI визначали за допомогою формули: A V ІА = , (2) де V – об’ємне зношування; А – робота сили тертя. Об’ємне зношування визначали за допомогою ширини плями зношування b з використанням відомих геометричних співвідношень: , 4 4 22 sin 422 sin )21( 2 22 2 22 d b R b R b arR b R b R b arR dSSV н н рр р р ⋅         −⋅−⋅+−⋅−⋅= =⋅+= (3) де d – ширина нерухомого зразка; b – пляма зношування; Rp, Rн – радіуси рухомого і нерухомого зразків. Експериментальні дані представлені в табл. 1, 2. Графічні інтерпретації результатів випробувань показані на рис. 1 і 2. Таблиця 1 Результати випробування пластичних змащувальних матеріалів із добавленням фулеренової сажі Вміст добавки f коеф. тертя A, Дж *104 V, мм3 І, мм 3/Дж *10-5 b, мм t, °C Літол-24 0,098 1,851 1,134 6,13 2 55 Літол-24 + 1 % 0,095 1,782 0,898 5,03 1,85 54 Літол-24 + 2 % 0,08 1,508 0,532 3,52 1,55 50 Літол-24 + 3 % 0,073 1,371 0,278 2,03 1,25 51 Літол-24 + 4 % 0,069 1,302 0,164 1,27 1,05 48 Літол-24 + 5 % 0,065 1,234 0,032 0,26 0,6 45 Літол-24 + 6 % 0,071 1,343 0,11 0,82 0,9 46 Літол-24 + 7 % 0,073 1,371 0,217 1,59 1,15 47 Літол-24 + 8 % 0,080 1,508 0,297 1,97 1,27 50 Літол-24 + 9 % 0,087 1,645 0,432 2,62 1,45 50,5 Літол-24 + 10 % 0,093 1,755 0,972 5,54 1,9 52 Вплив концентрації порошкоподібних добавок в пластичному консистентному мастилі Літол-24 на зносостійкість трибосистем Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2013, № 3 36 Таблиця 2 Результати випробування пластичних змащувальних матеріалів із добавленням фенозану-23 Вміст добавки f коеф. тертя A, Дж *104 V, мм3 І, мм 3/Дж *10-5 b, мм t, °C Літол-24 0,098 1,85 1,134 6,13 2,000 55 Літол-24 + 1 % 0,094 1,76 0,854 4,83 1,820 53 Літол-24 + 2% 0,079 1,481 0,478 3,23 1,500 48,5 Літол-24 + 3 % 0,071 1,343 0,257 1,91 1,220 47 Літол-24 + 4 % 0,067 1,261 0,150 1,19 1,020 46 Літол-24 + 5 % 0,064 1,206 0,028 0,229 0,580 43,5 Літол-24 + 6 % 0,065 1,234 0,062 0,504 0,760 44 Літол-24 + 7 % 0,070 1,316 0,133 1,01 0,980 45,5 Літол-24 + 8 % 0,076 1,44 0,283 1,96 1,260 48 Літол-24 + 9 % 0,079 1,481 0,341 2,303 1,340 49,5 Літол-24 + 10 % 0,081 1,53 0,441 2,874 1,460 50 0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 вміст добавки % f Фулеренова сажа Фенозан -23 Рис. 1 – Графік залежності коефіцієнта тертя f від концентрації фулеренової сажі і фенозану-23 у базовому консистентному мастилі Літол-24 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 вміст добавки % V,мм Фулеренова сажа Фенозан -23 a Вплив концентрації порошкоподібних добавок в пластичному консистентному мастилі Літол-24 на зносостійкість трибосистем Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2013, № 3 37 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 вміст добавки % І, Фулеренова сажа Фенозан -23 б Рис. 2 – Залежності а – об’ємного зношування V та б – інтенсивності зношування І від концентрації фулеренової сажі і фенозану-23 у базовому консистентному мастилі Литол-24 Висновки Проведені експериментальні дані показують, що при добавлені фулеренової сажі підвищуються властивості пластичного мастила Літол -24 із порівнянням без добавки. Слід відмітити, що при концент- рації 5 % добавки виявляється найефективнішою і впливає на зниження коефіцієнта тертя. У якості до- бавки фенозану -23 більш ефективно проявляться порівняно із фулереновою сажею. Отже, концентрація добавки впливає на інтенсивність та об’ємне зношування, а також на коефіцієнт тертя і температуру в парі тертя. Із екперементальни даних випливає, що температура знижується до 10 °С при 5 % концентрації фулеренової сажі і фенозану-23. На відміну від фулеренової сажі фенозан-23 більш стійкий у температу- рному відношені. Література 1. Елецкий А.В., Смирнов Б.М. Фуллерены и структура углерода // Успехи физических наук. – 1995. – Т. 165, № 9. – С. 977-1009. 2. Рогинський В.А. Фенольны антиоксиданты: способность и эфективность. – М.: Наука, 1982. – 274 с. 3. ТУ 6-22-0205603-3-88 Фенозан -23. 4. Крагельский И.В., Добычин М.Н., Комбалов В.С. Основы расчётов на трение и износ. – М.: Машиностроение, 1977. – 526 с. Поступила в редакцію 02.07.2013 Вплив концентрації порошкоподібних добавок в пластичному консистентному мастилі Літол-24 на зносостійкість трибосистем Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2013, № 3 38 Drоhomyretskyi Ya.M., Dovzhynskyi I.M. The influence of powderlike additives concentration in consistent oil Litol-24 on wearpresisfant of tribosystems. Data of the held experiments show that in adding fulleren soot the properties of plastic oil Litol-24 improve in comparison with those ones wilbaont adding it. It should be pointed aut that the most effectivt is 5% concentration of the additive and it influences on the reducing of friction coefficient. As additive phenosan-23 acts more effectivt compared fulleren soot. so, the concentration of the additive influence on the intensity and volumetric wear as friction coefficient and temperature in the friction pair. Key words: oil, phenosan-23, fulleren, the wear. References 1. Eleckij A.V., Smirnov B.M. Fullereny i struktura ugleroda. Uspehi fizicheskih nauk. 995. T. 165, № 9. S. 977-1009. 2. Rogins'kij V. A. Fenol'ny antioksidanty: sposobnost' i jefektivnost'. M.: Nauka, 1982.274s. 3. TU 6-22-0205603-3-88 Fenozan -23. 4. Kragel'skij I. V., Dobychin M. N., Kombalov V. S. Osnovy raschjotov na trenie i iznos. M.: Mashinostroenie, 1977. 526s.