WWW.KNIGA.LIB-I.RU
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - Онлайн материалы
 

«Екологічна безпека 49 ЕКОЛОГІЧНА БЕЗПЕКА УДК 539.2:665.383 ВОЗМОЖНЫЕ ПРИМЕНЕНИЯ НАНОПОРОШКОВ ДЛЯ МОДИФИКАЦИИ СМАЗОК, ПОЛИЭТИЛЕНА И СПЛАВОВ В.М. Гавриш1, к.т.н., ...»

Екологічна безпека 49

ЕКОЛОГІЧНА БЕЗПЕКА

УДК 539.2:665.383

ВОЗМОЖНЫЕ ПРИМЕНЕНИЯ НАНОПОРОШКОВ

ДЛЯ МОДИФИКАЦИИ СМАЗОК, ПОЛИЭТИЛЕНА И СПЛАВОВ

В.М. Гавриш1, к.т.н., В.В. Михайлов2, В.А. Шаповалов2,

Т.В. Чайка1, асп., Н.М. Дербасова, к.т.н.

Севастопольський национальный университет ядерной энергии и промышленности

Публичное акционерное общество «Завод «Фиолент», г. Симферополь Рассмотрено возможное применение наночастиц, получаемых научно-исследовательской лабораторией «Биотехнологии и экологический мониторинг» СНУЯЭиП, в качестве модификаторов в традиционно используемых материалах - смазках, сплавах и металлополимерах.

Введение Современное машиностроение характеризуется широким использованием технологического оборудования, которое способствует существенному повышению эффективности труда, однако требует при этом обеспечения высокой производительности, долговечности и безопасности. Повышение качества и надежности электроинструмента в мировой практике связано c разработкой и применением новых смазок, металлов, металлополимеров повышенной износостойкости и прочности. Одним из подходов к решению этих задач является их модификация нанопорошками.

В последние десятилетия отмечается постоянно растущий интерес к наноматериалам, поскольку они демонстрируют уникальные свойства, отличные от материалов, полученных традиционными способами [1]. Одним из возможных путей получения нанопорошков является утилизация отработанных твердосплавных изделий, являющихся источниками ценных материалов (вольфрама, титана, кобальта, никеля, молибдена и др.).



На сегодняшний день способы переработки твердых сплавов сопровождаются образованием экологически опасных отходов, высокотемпературных выбросов в окружающую среду и сложной технологической схемой. Актуальность разработки новых экологически безопасных способов, позволяющих эффективно синтезировать наноразмерные материалы при низкой себестоимости, является приоритетной задачей для внедрения новых конструкционных материалов в различные сферы жизнедеятельности человека.

Научно-исследовательской лабораторией «Биотехнологии и экологический мониторинг» (НИЛ «БТиЭМ») Севастопольского национального университета ядерной энергии и промышленности (СНУЯЭиП) разработан способ получения нанопорошков из твердосплавных отходов методом микробиологической деструкции [2], которая позволяет существенно снизить себестоимость как переработки твердых сплавов, так и получения наночастиц металлов и их карбидов.

Збірник наукових праць СНУЯЕтаП Совместно с сотрудниками публичного акционерного общества (ПАО) «Завод «Фиолент», Днепропетровского аграрного университета и НИЛ «БТиЭМ» СНУЯЭиП проведена инициативная научно-исследовательская работа по модификации порошковой стали ПК70Д3, смазки ЛИТОЛ-24 и сверхвысокомолекулярного полиэтилена марки GUR 4122 нанопорошками, полученными способом микробиологической деструкции.

–  –  –

Целью научной работы является описание способа повышения функциональных и эксплуатационных характеристик новых смазочных материалов, конструкционных сплавов и металлополимеров, модифицированных нанопорошками.

Для достижения цели необходимо решить следующие задачи:

– оценить триботехнические и реологические свойства смазочной композиции, модифицированной нанопорошком;





– оценить прочностные характеристики конструкционного порошкового сплава, модифицированного нанопорошком карбида вольфрама;

– оценить теплофизические и механические свойства металлополимера, модифицированного нанопорошком вольфрама.

Триботехнические и реологические свойства смазочной композиции, модифицированной нанопорошком Мировой опыт показывает, что внедрение высокотехнологичной смазки дает снижение потребления электроэнергии в целом по производству на 3…10 % от общей величины. Повышение требований к надежности и долговечности работы современных машин и механизмов, а также ужесточение условий применения смазок обусловливают необходимость регулирования и улучшения их качества путем тщательного подбора модификаторов и их композиций, совершенствования технологии приготовления. Основные характеристики смазочных материалов, по которым судят об эксплуатационных свойствах и руководствуются при выборе смазок для конкретных узлов трения, – это триботехнические, на основании которых производится отбор в зависимости от области применения, и реологические характеристики, характеризующие работоспособность смазки.

Описание эксперимента В качестве основы для внесения модификатора использовалась смазочная композиция, состоящая из литиевой антифрикционной смазки ЛИТОЛ-24, разбавленной индустриальным маслом И-40А (состав 1). Исследования по модификации смазок проводились в два этапа. На первом этапе проводилась оценка триботехнических свойств смазочной композиции (состав 1) с добавлением нанопорошков вольфрама, карбида вольфрама, титана, молибдена.

На втором этапе определялись оптимальный состав и реологические свойства смазочной композиции, а также проводились предварительные испытания на наработку при внесении его в редуктор угловой шлифовальной машины МШУ-2. Далее выполнялись обкатка в режиме холостого хода и испытания на наработку с механической нагрузкой на шпиндель согласно ТУУ 29.4-14309586-004-2001. После наработки 65 часов МШУ была остановлена для проверки параметров.

Екологічна безпека 51 Анализ результатов эксперимента На первом этапе по результатам исследования модификации смазок нанопорошками, согласно полученным данным (рис. 1), видно, что лучшие триботехнические характеристики оказались у смазочной композиции, содержащей наномодификатор (интенсивность износа 0,012 г/ч) молибден, которая была использована в следующих исследованиях.

–  –  –

На втором этапе эксперимента осуществлялась оптимизация состава смазочной композиции (состав 1) путем проверки интенсивности износа при добавлении различного количества нанопорошка молибдена (рис. 2).

–  –  –

Из табл. 1 следует, что модифицированный образец по своим реологическим свойствам занимает промежуточное положение между смазкой ЛС-1П и ТРАНСОЛОМ-100А, используемыми на ПАО «завод «ФИОЛЕНТ».

Для испытания на наработку модифицированный образец смазки и серийный ТРАНСОЛ–100А вносился в МШУ-2, где испытывался по следующим параметрам: потребляемая мощность, уровень вибрации, звуковое давление (табл. 2). После наработки 65 часов отказы не зафиксированы. Из редуктора смазка не вытекает. Дефектов зубчатого зацепления не обнаружено. Загустевания и коагуляции смазки не выявлено. Результаты сравнения стандартной смазки с опытным образцом представлены в табл. 2.

Таблица 2 Сравнительные испытания на наработку серийной (ТРАНСОЛ–100А) и модифицированной нанопорошком смазки

–  –  –

Таким образом, опытный образец смазочной композиции с добавлением наночастиц молибдена по ряду параметров превосходит применяемые аналоги и по остальным параметрам не уступает применяющимися в настоящее время смазкам ТРАНСОЛ-100А и ФИОЛЕНТ-3, и, если учесть предполагаемую стоимость получаемой композиции, имеет большие перспективы к применению.

Прочностные характеристики конструкционного порошкового сплава ПК70Д3, модифицированного нанопорошком карбида вольфрама В настоящее время в производстве электроинструментов наблюдается тенденция повышения мощности изделий, уменьшения их габаритов и материалоемкости, что повышает требования к физико-механическим свойствам конструкционных сталей, применяемых для изготовления деталей и узлов. Одним из способов повышения механических свойств предлагается структурная и фазовая модификация порошковой стали введением в ее состав нанопорошков карбида вольфрама.

Екологічна безпека 53 Описание эксперимента Работа по модификации порошковой конструкционной стали на основе железа ПК70Д3 нанопорошком карбида вольфрама, осуществлялась при использовании стандартных технологических операций. Данная сталь широко применяется для изготовления средненагруженных конструкционных деталей (плит, дисков, гаек, шайб и т.д.).

Подготовительная операция - смешивание в шаровой дробилке и в галтовочном барабане порошков железа ПЖР-3, меди ПМС-1, графита ГК-2, стеарата цинка и 2,5 % нанопорошка карбида вольфрама. В целях получения требуемой формы изделия осуществляется операция прессования в закрытой пресс-форме, двустороннего, холодного без выдержки. Для повышения прочности спрессованных заготовок проводили спекание и отжиг в печи. Прессование и спекание порошков являются завершающими операциями технологического цикла получения порошковых изделий [3]. Дополнительной обработкой образцов являются их закалка и отпуск.

Анализ результатов эксперимента Сравнительный анализ результатов исследования твердости и предела прочности после термообработки образцов исходного материала ПК70Д3 и легированного 2,5%-м нанопорошком карбида вольфрама (табл. 3) показал, что в результате легирования образца нанопорошком карбида вольфрама твердость материала ПК70Д3 повысилась на 14,4 %, предел прочности – на 20 %.

Таблица 3 Результаты анализа твердости и предела прочности образцов исходного материала ПК70Д3 и легированного 2,5%-м нанопорошком карбида вольфрама Параметр Материал ПК70Д3 Материал ПК70Д3 + 2,5 %WC Твердость, НВ 261 297 Предел прочности, в, кг/мм2 58,2 63,6 Анализ микроструктуры термообработанных образцов показал трооститномартенситную структуру у нелегированного материала и среднеигольчатый мартенсит, а также наличие большого количества мелких белых включений у легированного образца.

Полученные результаты дают возможность отработки технологии изготовления легированных порошковых сталей по ГОСТ 28378 - 87 с использованием соответствующих нанопорошков или их карбидов [4]. Таким образом, незначительная модификация широко применяемых сплавов позволяет получить существенное изменение механических свойств.

Теплофизические и механические свойства металлополимера, модифицированного нанопорошком вольфрама Во всех областях индустрии проявляется тенденция к замене изделий из металла на детали, конструкции и покрытия из полимеров. Наиболее перспективным полимерным связующим для создания таких композитов является сверхвысокомолекулярный полиэтилен, который является наиболее доступным и дешевым связующим, обладающим уникальным комплексом физико-механических свойств [5].

Збірник наукових праць СНУЯЕтаП Одним из резервов повышения качества полимерных материалов является применение нанотехнологических подходов – модификация исходных полимеров нанодисперсными добавками, позволяющими управлять структурой и свойствами материалов в широких пределах.

Описание эксперимента Изучение влияния ультрадисперсного вольфрама на свойства нанокомпозитов проводилось на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена марки GUR 4122. Концентрация наполнителя варьировалась от 5 до 50 мас. %. Наномодификатор получали методом биодеструкции твердых сплавов НИЛ «БТиЭМ» СНУЯЭиП. Равномерное распределение наполнителя осуществляли во вращающемся электромагнитном поле посредством неравновесных ферромагнитных частиц. Полученные композиции перерабатывали в образцы методом компрессионного прессования (Т = 433 К, р = 20 МПа) [6].

Анализ результатов эксперимента Изменение теплофизических (коэффициент температуропроводности, теплопроводности) и механических свойств (предел текучести, модуль упругости) нового металлополимера на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена от содержания нанопорошка вольфрама представлено на рис. 4 и рис. 5.

–  –  –

Добавление вольфрама в минимальном количестве 5,0 % позволяет увеличивать механически и теплофизические свойства уже в 1,2 раза. Во всем исследуемом диапазоне данные характеристики увеличиваются в зависимости от содержания наномодификатора. Установлено, что металлополимеры превосходят базовый полимер по теплофизическим (на 57…100 %) и механическим свойствам (на 18…35 %), соответственно.

Выводы Представлен способ повышения функциональных и эксплуатационных характеристик новых смазочных материалов, конструкционных сплавов и металлополимеров, модифицированных нанопорошками. Результаты эксперимента показали, что модификация смазочной композиции нанопорошком молибдена по ряду параметров превосходит применяемые в настоящее время аналоги. Добавление нанопорошка карбида вольфрама повышает механические свойства сплава ПК70Д3: твердость материала на 14,4 %, предел прочности на 20 %. Модификация металлополимера нанопорошком вольфрама увеличивает механические свойства на 18…35 % и теплофизические на 57…100 %.

Екологічна безпека 55 Таким образом, использование наномодификаторов решает широчайший круг задач по созданию новых материалов, способных повысить пределы прочности, износостойкости изделий, обеспечить условия устойчивой деятельности. Подобные материалы, в свою очередь, открывают возможности для реализации новых конструктивных решений и технологических процессов.

В дальнейшем планируется расширить спектр применения наномодификаторов как по качественному, так и количественному составу.

МОЖЛИВІ ЗАСТОСУВАННЯ НАНОПОРОШКІВ ДЛЯ МОДИФІКАЦІЇ

МАСТИЛ, ПОЛІЕТИЛЕНУ І СПЛАВІВ В.М. Гавриш, В.В. Михайлов, В.О. Шаповалов, Т.В. Чайка, Н.М. Дербасова Розглянуто можливе застосування наночастинок, одержуваних науково-дослідною лабораторією «Біотехнологій та екологічного моніторингу» СНУЯЕтаП, як модифікаторів у традиційно використовуваних матеріалах - мастилах, сплавах і металополімерах.

POSSIBLE USE of NANOPOWDERS for LUBRICANTS, POLYETHYLENE

and ALLOYS MODIFICATION V. Gavrish, V. Mikhailov, V. Shapovalov, T. Chayka, N. Derbasova Possible use of nanoparticles produced in the research laboratory «Biotechnology and environmental monitoring» of SNUNE&I as modifiers in the traditionally used materials – lubricants, alloys and metallizedpolymers was considered.

Список использованных источников

1. Баранов Г.А. Получение наноразмерных порошков при переработке отходов на основе вольфрамсодержащих сплавов, исследования их гранулометрического состава / Г.А. Баранов [и др.] // Зб. наук. пр. СНУЯЕтаП. – Севастополь: CНУЯЭиП, 2011. – Вып.

2 (38). – С. 158 – 165.

2. Чайка Т.В. Переработка твердосплавных изделий методом биологического выщелачивания / Т.В. Чайка, Н.М. Дербасова // Зб. наук. пр. СНУЯЕтаП. – Севастополь: CНУЯЭиП, 2012. – Вып. 4 (44). – С. 194 – 200.

3. Осокин Е. Н. Процессы порошковой металлургии: курс лекций / Е.Н. Осокин, О.А. Артемьева. – Красноярск: ИПК СФУ, 2008. – 421 с.

4. ГОСТ 28378 - 89. Материалы конструкционные порошковые на основе железа.

– Введ. с 01.01.91. М.: Изд-во стандартов, 1990. – 24 с.

5. Селютин Г.Е. Композиционные материалы на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена: свойства, перспективы использования / Г.Е. Селютин [и др.] // Химия в интересах устойчивого развития. – 2010. – Т. 18. Вып. 3. С. 375 – 388.

6. Буря А.И. Исследование влияния ультрадисперсного вольфрама на свойства композитов на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена / А.И. Буря [и др.] // Вісник Східноукраїнського національного університету ім. Даля. – Луганск, 2011. – № 8 (162). Ч. 2. – С. 56 - 61.

Похожие работы:

«Руководство по эксплуатации Сварочные аппараты RU Picotig 200 puls TG 099-002058-EW508 30.05.2017 Общие указания ВНИМАНИЕ Прочтите руководство по эксплуатации! Руководство по эксплуатации содержит указания по технике безопасности при работе с изделием.• Ознакомьтесь с руководствами по эксплуатации...»

«Министерство природных ресурсов РФ Департамент природных ресурсов по Уральскому региону ОАО "Уральская геологосъёмочная экспедиция" ГОСУДАРСТВЕННАЯ ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ КАРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ МАСШТАБА 1 : 200 000 Издание второе Серия Среднеуральская Лист О-41-XIX ОБЪЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА Рукопись научно отредактирована 3 декабря 2...»

«Открытое акционерное общество Газпром СОГЛАСОВАНО УТВЕРЖДЕНО Главным управлением Приказом Минтопэнерго Государственной Российской Федерации противопожарной от 18.06.1998г. № 214 службы МВД России 15 августа 1997 г. № 20/3.2/1786 ПРАВИЛА ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ д...»

«Часть B УВЕДОМЛЕНИЕ О ПРОЦЕССУАЛЬНЫХ ГАРАНТИЯХ Департамент образования штата Нью-Йорк УВЕДОМЛЕНИЕ О ПРОЦЕССУАЛЬНЫХ ГАРАНТИЯХ Апрель 2014 г. Права родителей, имеющих детей с ограниченными возможностями в возрасте от 3 лет до 21 года Как родители вы являетесь неотъе...»

«Содержание стр.1. Цели и задачи дисциплины (модуля) 2. Место дисциплины (модуля) в структуре ОПОП.3. Требования к результатам освоения дисциплины (модуля) 4. Объем дисциплины (модуля) и виды учебной работы 5. Содержание дисциплины (модуля) 6. Перечень практических...»

«Т. Керашев МЕСТЬ ТАБУНЩИКА Это происшествие вызвало в ауле много разговоров. Некоторые увидели в поведении табунщика Лаукана просто молодечество и больше всего удивились тому, как он сумел вырвавшегося с арканом ди...»

«МИ Н И С Т Е Р С Т В О Ж И Л И Ш Н С Ж О М М У Н А Л Ь Н О Г О ХОЗЯЙСТВА РСФСР ОРЛЕНА ТРУЛОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ЛКЛЛЁМИЯ КОММУНАЛЬНОГО ХОЗЯЙСТВА •"КА ПЛМФИЛОВА РУКОВОДСТВО НА ТЕХНОЛ ОГИЮ П О Д ГО ТО ВКИ П И ТЬЕВО Й в о д ы. О БЕСП ЕЧ И ВАЮ Щ УЮ ВЫ П О Л Н ЕН И Е ГИ Г...»

«МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СОВЕТ ПО СТАНДАРТИЗАЦИИ, МЕТРОЛОГИИ И СЕРТИФИКАЦИИ (МГС) INTERSTATE COUNCIL FOR STANDARDIZATION, METROLOGY AND CERTIFICATION (ISC) ГОСТ МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ 3 1 4 4 0.1 СТАНДАРТ (EN 1834-1:2000) Двигатели внутреннего сгорания поршнев...»

«4. ЦЕРКОВЬ ХРИСТИАНСКАЯ В тринитарном богословии словом "дух" называют как один из моментов Бога ("крестя их во имя Отца и Сына и Святого Духа" — Мф. 28:19), так и Бога в целом ("Бог есть Дух" — Ин. 4:24). Во множестве мест, где говорится о духе человеческом — "Сам возскорбел духо...»








 
2017 www.kniga.lib-i.ru - «Бесплатная электронная библиотека - онлайн материалы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.