CC BY
71
Наноинженерия в лесном машиностроении и техническом сервисе
20% р -р БЭКК в И -20А
Рис. 3. Поляризационные кривые на стали Ст.3 под слоем: 1 - масло И-20 А; 2 - масло И-20 А+20 % БЭКК
Для выяснения характера тормозящего действия коррозионного процесса полученным ингибитором были проведены электрохимические исследования. Результаты электрохимических исследований представлены в таблице и на рис. 3.
Таким образом, по результатам электрохимических исследований можно сделать заключение, что ингибитор коррозии обладает защитным действием и является ингибитором анодного действия.
Библиографический список
1. Гайдар, С.М. Теория и практика создания ингибиторов коррозии для консервации сельскохозяйственной техники: монография / С.М. Гайдар. - М.: Росинформагротех, 2011. - 304 с.
2. Рамбиди, Н.Г. Физические и химические основы нанотехнологий / Н.Г. Рамбиди, А.В. Березин. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2008. - 456 с.
3. Ингибитор атмосферной коррозии металлов: пат. 2283898 РФ: МПК C23F11/00/ С.М. Гайдар -№ 2005133751/02; заявл. 02.11.05; опубл. 20.09.06. Бюл. № 26.
ПОЛИМЕРНЫЕ НАНОКОМПОЗИТЫ В ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ
процессах восстановления деталей подъемно-транспортирующих машин
В.В. КОЗЫРЕВ, проф. каф. технической механики ТГТУ, д-р техн. наук,
Л.В. КОЗЫРЕВА, ст. преподаватель каф. экологии и безопасности в чрезвычайных ситуациях ТГТУ, канд. техн. наук,
Н.Н. ЧУПЯТОВ, и.о. доц. каф. техническая механика ТГТУ, канд. техн. наук
kosyrew-tgsxa@rambler. ru
лее перспективных направлений развития нанотехнологий в краткосрочной перспективе (практическое использование в ближайшие три-десять лет) является получение в промышленных масштабах различных видов наноматериалов и их использование в качестве наполнителей и модифицирующих добавок при создании полимерных нанокомпозитов (ПНК).
Благодаря разнообразию возможных вариантов сочетания компонентов ПНК можно добиться целого ряда преимуществ по сравнению с традиционными композитами, в том числе повышения механической прочности, улучшения теплостойкости и химостойкости
Повышение надежности современной техники невозможно обеспечить без применения инновационных технологий, которые необходимо использовать на всех стадиях изготовления и эксплуатации быстроизнашивающихся деталей и сборочных единиц подъемно-транспортирующих машин. Основная роль в решении проблемы создания новейших конструкционных материалов с заданными физико-механическими и эксплуатационными свойствами отводится практическому внедрению научных достижений в области нанотехнологий.
Анализ проводимых в РФ работ [1, 2] дает основания полагать, что одним из наибо-
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 7/2012
143
Наноинженерия в лесном машиностроении и техническом сервисе
Рис. 1. Внешний вид объектов: а) стеклянные волокна, металлизированные разложением Ni(C5H5)2; б) поверхность порошковой частицы ПН-УС25 после металлизации и сульфидирования (площадь сканирования 25 х 20 мкм)
/
материала, снижения металлоемкости за счет применения полимерных, керамических и углеродных наноструктур, с одновременным ресурсосбережением (достижение необходимых физико-механических характеристик материала при минимальных затратах энергии и реагентов).
В настоящее время большой интерес исследователей вызывает разработка полимерных нанокомпозитов, в которых нанопленки металла (никель, медь, молибден, хром) локализованы на поверхности элементов наполнителя - порошках или волокнах. Это связано с тем, что физические свойства металлических пленок существенно изменяются при переходе к ультратонким слоям толщиной 10...500 нм. Нанопленки характеризуются чрезвычайно развитыми межфазными поверхностями и обладают избыточной по сравнению с однородными материалами энергией, вследствие чего они являются энергонасыщенными стабильными системами.
На рис. 1 представлены внешний вид металлизированных методом химического газофазного осаждения циклопентадиени-ла никеля - Ni(C5H5)2 стеклянных волокон и поверхность порошковой частицы ПГ-УС25 после металлизации и сульфидирования посредством химического газофазного осажде-
ния гексакарбонила молибдена - Мо(СО)6 в токе сероводорода - H2S.
Толщина нанопленок металла на волокне и порошковой частице не превышает 80-100 нм. Данный размер является оптимальным с точки зрения стабилизации системы в зоне межфазных границ подложка - металлическая пленка, изначально характеризующейся ростом напряжений.
Металлизацией элементов наполнителя достигается увеличение теплофизических и трибологических свойств композиционного материала. По результатам стендовых испытаний установлено, что теплопроводность композиционного материала на основе полиамида-66 по сравнению с исходным полимером увеличилась в 8.10 раз. Лучшие результаты в условиях сухого трения при скорости скольжения V = 0,786 м/с и нагрузке до 2000 Ннаблюдаются у пар, когда в качестве образца используется полиамид-66 с содержанием наполнителя в количестве 10 % по массе - К = 0,13. Износостойкость ПНК увеличивается пропорционально количеству наполнителя покрытого сульфидированной молибденовой пленкой и для высоконаполненных композитов - содержание наполнителя свыше 40 % (масс.) - достигает 3,75.
Армирование металлизированными волокнами и порошками способствует су-
144
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 7/2012
Наноинженерия в лесном машиностроении и техническом сервисе
Рис. 2. Детали и сборочные единицы крановой установки МТА-160К: а) подшипник INASL 045014 PPSM механизма подъема груза, восстановленный с использованием вкладыша из полиамида, наполненного металлизированными порошками ПГ-УС25; б) направляющие опоры механизма перемещения стрелы, изготовленные с использованием полиамида, наполненного металлизированными порошками ПГ-УС25
щественному повышению стойкости композиционного материала к химическому и биологическому факторам воздействия среды. В частности, при контакте с органическими средами различной кислотности (рН = 6...8) износостойкость, адгезионная сдвиговая прочность, усадка и ударная вязкость разработанных стеклопластиков изменяются в допустимых пределах, не превышая 15 % от исходных значений данных параметров [2].
Данные полимерные нанокомпозиты целесообразно применять в процессах восстановления и изготовления деталей трибосопряжений подъемно-транспортирующих машин, работающих при контакте с агрессивными средами органического происхождения в условиях несовершенной смазки.
В частности, заменой шариковых радиальных однорядных подшипников 60308 в поворотных опорах скребковых навозоуборочных транспортерах ТСН-160А на подшипники скольжения с вкладышами из полимерного нанокомпозита достигается увеличение ресурса опоры в 2,5.3 раза.
Примеры восстановленных с использованием полимерных нанокомозитов деталей и сборочных единиц представлены на рис. 2.
Технологические процессы получения нанопленок металла на подложках различной химической природы осуществляются с целью получения модифицированных элементов армирующей фазы, обладающих оп-
тимальной степенью смачиваемости в полимерной матрице и сниженной реакционной способности поверхностных образований, что способствует улучшению важнейших эксплуатационных характеристик композиции, таких как износостойкость, коэффициент трения, теплопроводность, устойчивость к действию агрессивных сред по сравнению с традиционными материалами.
Однако уменьшение структурообразующих частиц пленки до нанометрового размера изменяет исходные свойства вещества не более чем на 20.30 %. Кроме того, при получении изделий из наноматериала трудно сохранить малый размер наноструктур и, соответственно, достигнутый положительный эффект.
Это предопределяет необходимость поиска комплексного подхода к решению поставленных задач, который можно реализовать разработкой нанокомпозитов, где наряду с нанопленками, локализованными на традиционных наполнителях, дополнительно вводятся отдельные наноструктуры, выполняющие роль модифицирующих добавок [2, 3].
К наиболее универсальным наноматериалам с точки зрения разнообразия возможных областей применения принадлежат углеродные нанотрубки (УНТ). Высокие механические свойства УНТ представляют еще большую ценность, когда последние внедряются в матрицу, т.к. они не только усиливают
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 7/2012
145
Наноинженерия в лесном машиностроении и техническом сервисе
Рис. 3. а) установка роста углеродных нанотрубокСУЭотпа; б) углеродный композит, полученный на установке при температуре 700 °С, давлении 20 кПа
жесткость и упругость материала, но также повышают прочность, то есть способность к сопротивлению образования трещин.
На рис. 3 представлен внешний вид установки роста углеродных нанотрубок CVDomna, посредством которой создан углеродный композит. Каркасная структура данного наноматериала составлена углеродными нанотрубками, полученными в процессе химического газофазного осаждения этанола на поверхности окисленной сталь-
4.0
3.5
3.0
2.5
2.0
1.5
1,0
0,5
0,0
1 2 3 4 5
Рис. 4. Износостойкость материалов на основе полиамида-66: 1) ПА-66; 2) ПА-66, наполненный металлизированными стеклянными волокнами - 25 об. %; 3) ПА-66, наполненный металлизированными стеклянными волокнами - 25 об. % и модифицированный углеродными нанотрубками - 1 %(масс.); 4) ПА-66, наполненный сульфидированными порошками ПГ-УС25 - 40 % (масс.); 5) ПА-66, модифицированный углеродным наноматериалом - 1 % (масс.)
ной пластинки, выполняющей функцию катализатора.
При введении 1 % (масс.) УНТ твердость полиамида-66 достигает 160 МПа, а теплостойкость - 115 оС, что на 40-50 % выше исходных свойств полимера. При этом износостойкость образцов в парах нанокомпозит - сталь 45 составляет 3,75 (рис. 4) [2].
Разработанные полимерные нанокомпозиты по сравнению с традиционными аналогами обладают улучшенными физико-механическими и эксплуатационными свойствами, такими как износостойкость, теплостойкость, устойчивость к действию агрессивных сред, что предопределяет эффективность их применения при изготовлении и восстановлении деталей подъемно-транспортирующих машин в условиях ремонтных предприятий.
Библиографический список
1. Федеральная целевая программа «Развитие инфраструктуры наноиндустрии в Российской Федерации на 2008-2010 гг.: утв. пост. Правительства РФ 02.09.07. / Матер. сайта http://fcpnano.ru/.
2. Козырева, Л.В. Ресурсосберегающие нанотехнологии на предприятиях технического сервиса: монография / Л.В. Козырева. - Тверь: ТГТУ 2010. - 188 с.
3. Козырев, В.В. Металлоорганические соединения в машиностроении и ремонтном производстве: монография / В.В. Козырев. - Тверь: Студия-С, 2003. - 160 с.
146
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 7/2012
