CC BY
44
Ri =
08^ 3^1 -ц2
3P
(6)
где 8 — толщина покрытия; а — предел прочности покрытия; ц — коэффициент Пуассона покрытия.
Учитывая, что t1 — продолжительность начала разрушения покрытия составляет: tl = R1Y / и, и с учетом (5) и (6) получим
ti =
о8у^ 3^1 -ц2 ) обу/и^ 3^1 -ц2
3Pv>
3uE„
m — m —
z i1 - z) k (1 - k)
(7)
Таким образом, формула (7) позволяет прогнозировать продолжительность работы покрытия в агрессивных средах до его разрушения под воздействием давления продуктов коррозии металлической основы, зная его толщину, физико-механические свойства и скорость коррозии металлической основы.
Список литературы
1. Микродуговое оксидирование (теория, технология, оборудование) / И.В. Суминов [и др.]. — М.: ЭКОМЕТ, 2005.
2. Химическая энциклопедия. В 5 т. Т.1. — М.: Советская энциклопедия, 1988.
УДК 678:53
А.С. Кононенко, канд. техн. наук, доцент С.П. Поздняков, аспирант
ФГОУ ВПО «Московский государственный агроинженерный университет имени В.П. Горячкина»
СОРБЦИОННО-ДИФФУЗИОННОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С РАБОЧИМИ ЖИДКОСТЯМИ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИЙ И ИХ НАНОМОДИФИКАЦИЙ
Эффективность использования машин и уровень их надежности во многом определяются долговечностью корпусных деталей, к которым относят блоки и головки блоков цилиндров, корпуса коробок передач, корпуса мостов, подшипников, гидрораспределителей, станины, каретки и др.
Причиной выхода корпусных деталей из строя является широкий диапазон действующих нагрузок и скоростных режимов, разнообразие видов трения, используемых материалов, наличие отклонений в их свойствах, различие в допусках на размеры, качество обработки поверхностей, взаимное расположение деталей, влияние условий эксплуатации [1]. Совокупность этих воздействий приводит к такому трудноустранимому дефекту, как трещинооб-разование.
Нарушение целостности (герметичности) корпусной детали, вызванное образованием трещины, приводит к попаданию внутрь нее абразивных частиц, потере рабочей жидкости, приводящих к ускоренному износу трущихся пар, что в конечном итоге становится следствием значительного простоя техники, вызванного большой трудоемкостью сборноразборных работ.
Существует много способов устранения данного дефекта, но не каждый из них доступен и эффективен, поэтому при ремонте сельскохозяйственной техники все более широкое применение находят жидкие сталенаполненные двухкомпонентные
84
составы на основе эпоксидной смолы, называемые «холодной сваркой».
Термин «холодная сварка» по отношению к эпоксидным составам может быть применен только к металлополимерным композициям (у которых формообразование высокодисперсных частиц металлов происходит в присутствии связующего и сопровождается образованием связей между его макромолекулами и поверхностными частицами металла). Таким образом получают высокопрочные составы, которые во многих случаях позволяют не только заменить пайку, сварку или наплавку, но и производить восстановление таких деталей, ремонт которых известными способами затруднен или невозможен [2].
Неоценимым достоинством данных составов является способность заполнять труднодоступные трещины и полимеризоваться не только при комнатной температуре, но и в достаточно широком диапазоне отрицательных и положительных температур.
Российский рынок предлагает большое количество отечественных полимерных материалов, из которых наиболее доступной как для ремонтных предприятий, так и для простых автолюбителей является продукция ООО «Технобазис», представленная широким ассортиментом составов полирем.
Из зарубежных компаний, занимающихся разработкой, производством и внедрением композиционных материалов, можно назвать корпорацию
Henkel (торговая марка Loctite). Продукция Henkel позволяет обеспечить высочайшую надежность механических узлов и соединений.
Герметизирующая способность состава определяется стойкостью к воздействию рабочих сред. Адсорбция жидкой среды на поверхность полимера, миграция ее в объем (диффузия) и выделение с поверхности (десорбция) определяют интенсивность взаимодействия герметика со средой. Под воздействием этих процессов происходит набухание и растворение полимерных составов, изменение их деформационно-прочностных характеристик, протекают химические реакции, сопровождающиеся разрывом слабых связей и деструкцией полимера [3].
Стойкость к набуханию и растворению составов полирем «Лекар» (далее — полирем), Loctite 3472A&B Metal Set 2 (далее — Loctite), а также нанокомпозиций на их основе определяли воздействием на них таких рабочих жидкостей, как моторное и трансмиссионное масла, дизельное топливо, вода, бензин марки АИ-92, тосол и антифриз.
Исследуемые составы наносили на поверхность стальных дисков толщиной 5 мм и диаметром 40 мм в виде пленок толщиной 0,5 мм, которые отверждали на воздухе при температуре 20 °C. После промывки в ацетоне их просушивали и выдерживали в эксикаторе 24 ч, после чего взвешивали на аналитических весах Sartorius 1201mp2 с точностью 10-4 г. Образцы выдерживали в указанных рабочих жидкостях при комнатной температуре до 1344 ч. После выдержки их промывали в ацетоне, просушивали на воздухе при температуре 20 °C, выдерживали в эксикаторе 24 ч и взвешивали.
Результирующее относительное изменение массы образца, связанное с набуханием и растворением пленок, определяли по формуле
q =
mzm ioo%, m
где m и m0 — масса образца после и до набухания.
На начальном этапе взаимодействия с рабочими жидкостями происходит увеличение массы образцов, и процесс набухания превалирует над процессом растворения. Так, образцы из полире-ма (рис. 1) в антифризе, тосоле и воде подвержены только процессу набухания, который стабилизируется при воздействии воды через 672 ч, а при воздействии антифриза и тосола — лишь после 1344 ч. Увеличение массы образцов в этих рабочих жидкостях составляет от 3,4 до 3,8 %.
Процесс набухания образцов в трансмиссионном и моторном маслах, а также в бензине, заканчивается через 336 ч, в дизельном топливе — через 672 ч. Однако в этих рабочих средах, после стабилизации процесса набухания, происходит незна-
трансмиссионное масло дизельное топливо бензин АИ-92 антифриз
моторное масло
вода
тосол
Рис. 1. Сорбционно-диффузионное взаимодействие состава полирем «Лекар» с рабочими жидкостями
трансмиссионное масло дизельное топливо тосол вода
моторное масло бензин АИ-92 антифриз
Рис. 2. Сорбционно-диффузионное взаимодействие состава Loctite 3472 Metal Set 2 с рабочими жидкостями
чительное растворение образцов. В конечном итоге увеличение их массы при набухании достигает
3.6...5.2 %, а после растворения составляет лишь
2.9.. .4,7 % от первоначальной массы.
Состав Loctite (рис. 2) более стоек к воздействию рабочих жидкостей, чем полирем. Его набухание в воде, антифризе и тосоле составляет соответственно 0,7, 0,9 и 0,8 %. Так же, как и в случае с составом полирем, процесс набухания образцов в этих рабочих жидкостях стабилизируется при воз-
1 5 1 5 1 5 1 5 1 5g 1 5g7 1 5
трансми- моторное дизельное вода бензин тосол антиф
ссионное масло топливо АИ-92
Рис. 3. Влияние наполнителей на стойкость нанокомпозиций к воздействию рабочих жидкостей:
І — полирем; 2 — полирем + бемит; 3 — полирем + наночастицы серебра; 4 — полирем + углеродные нанотрубки; 5 — локтайт; б — локтайт + бемит; 7 — локтайт + наночастицы серебра; S — локтайт + углеродные нанотрубки
действии воды через 672 ч, а при воздействии антифриза и тосола — через 1008 ч. Растворения образцов в этих рабочих жидкостях не наблюдалось.
При воздействии на состав Loctite трансмиссионного и моторного масел, дизельного топлива и бензина АИ-92 процесс набухания превалирует над процессом растворения до 336 ч, и увеличение
массы образцов достигает 1,2___1,4 %, после чего
наблюдается незначительное растворение образцов, и увеличение массы снижается до 1,0___1,2 %
по сравнению с массой образцов до испытаний.
Для определения влияния нанонаполнителей на стойкость полимерных нанокомпозиционных составов к воздействию рабочих жидкостей ранее исследованные полирем и Loctite смешивали в ультразвуковом поле в течение 5 мин с наноструктурным гидроксидом алюминия (АЮОН — бемит), концентратом коллоидного раствора наночастиц серебра и углеродными нанотрубками в пропорциях 1:10, 1:50 и 1:100 соответственно. Полученные нанокомпозиционные составы подвергали воздействию на них в течение 1344 ч рабочих жидкостей: моторного и трансмиссионного масла, дизельного топлива, воды, бензина марки АИ-92, тосола и антифриза (рис. 3).
Исследование показало, что стойкость состава полирем, наполненного бемитом, выше стойкости исходного состава на 5,1___21,1 %, наполнен-
ного коллоидным раствором наночастиц серебра — на 11,9__23,2 % и наполненного углеродными
86
нанотрубками—на 19,5.32,60 %. Наибольший эффект достигается у состава полирем, наполненного углеродными нанотрубками.
Стойкость состава Loctite, наполненного бемитом, выше стойкости исходного состава на 2,2.11,1 %, наполненного коллоидным раствором наночастиц серебра — на 3,9.16,7 % и наполненного углеродными нанотрубками — на 15,0.27,4 % в зависимости от вида рабочей жидкости.
Следует отметить, что длительный контакт исследуемых образцов с антифризом и тосо-лом приводил к изменению их окраски. Так, при контакте образцов из композиций на основе Loctite наблюдалось лишь незначительное их потемнение. Образцы из композиций на основе поли-рема окрашивались в цвет рабочих жидкостей. Причем степень изменения цвета наноструктурирован-ных композиций была значительно ниже, чем у ненаполненного поли-рема. Поэтому можно заключить, что модификация полимерных композиций нанораз-мерными частицами снижает возможность сорбции в нанокомпозицию красителей и других присадок рабочих жидкостей.
Выводы
Для ремонта трещин в корпусных деталях наиболее часто используют полимерные составы, называемые «холодной сваркой», долговечность которых зависит от многих факторов, в том числе от стойкости к воздействию рабочих жидкостей.
Модификация полимерных композиций нано-размерными частицами значительно (до 33 %) увеличивает их стойкость к воздействию рабочих жидкостей. Наибольший эффект достигается при модификации полимерных составов углеродными нанотрубками.
Список литературы
1. Надежность и ремонт машин / В.В. Курчаткин, Н.Ф. Тельнов, К.А. Ачкасов [и др.]; под ред. В.В. Курчатки-на. — М.: Колос, 2000 (учебники и учеб. пособия для высших учебных заведений).
2. Башкирцев, В.И. Восстановление деталей машин и оборудования адгезивами: дис. ... докт. техн. наук / Башкирцев Владимир Иванович. — М., 2004.
3. Кононенко, А.С. Герметизация неподвижных фланцевых соединений анаэробными герметиками при ремонте сельскохозяйственной техники: дис. . канд. техн. наук / А.С. Кононенко. — М., 2001.
