Смазочные материалы, легированные нанопорошками


В ряде работ [1 - 10], указанных ниже, представлены результаты исследования по применению нанопорошков мягких металлов в смазочных композициях. Для исследований использовались электровзрывные нанопорошки меди, цинка и латуни (сплав ЛС 59-1Л, состав 57 - 60% масс. Cu, 0,8 - 0,9% масс. Pb, остальное цинк).

Проведенные эксперименты показывают, что износ детали трения и коэффициент трения зависят как от вида нанопорошка, так и от твердости поверхности детали трения (табл. 1). Из представленных данных следует, что величина износа зависит от того, какая из деталей трения была подвергнута термообработке (закалка до твердости 58 HRC): подвижный вал или неподвижные колодки.

Таблица 1 - Данные сравнительных испытаний масла И-20 легированного нанопорошками
table1.JPG


Ex1.JPG
Рис. 1. Профили 2D детали трения (колодки) после проведения трибологически испытаний: 1 - чистое масло И - 20, 4 - масло И - 20 + 0,3% масс. нанопорошка латуни

При термообработке вала износ колодки снижает в ряду нанопорошков Zn - Cu. При термообработке колодок незначительное снижение износа наблюдалось только на нанопорошках Zn и латуни. Профиль колодки после проведения испытаний при термообработке вала изображен на рис. 1.
Вероятно, образование плакирующих слоев на поверхности тела трения обусловлено механическими процессами внедрения наночастиц в поверхностные слои колодки, которые в свою очередь определяются твердостью поверхностных слоев. В приповерхностных слоях трущихся деталей было обнаружено присутствие элементов меди и цинка до глубины 0,2 мкм с неравномерным расположением по поверхности.
Износ деталей трения также связан с природой базового масла. В табл. 2 приведены данные противоизносных испытаний в масле А-8, проведенных в Омском танковом институте. Из данных таблицы следует, что наименьший износ деталей трения наблюдается при легировании масла порошком меди.
Испытания при ступенчатом повышении нагрузки показывают снижение величины коэффициента трения по мере увеличения нагрузки (рис. 2).

Таблица 2 - Противоизносные испытания в масле А-8
table2.JPG

Ex2.JPG
Рис. 2. Зависимость коэффициента трения (f) от продолжительности проведения испытаний при различных нагрузках (F)
Ex3.JPG

Рис. 3. Зависимость износа детали трения в среде масла И-20 и масла И-20,
легированного нанопорошками меди (Cu), латуни (Cu-Zn), цинка (Zn)

Наименьший коэффициент трения наблюдается при использовании нанопорошков меди и латуни, при нагрузках около 800 Н. Существенного понижения коэффициента трения при применении нанопорошков цинка не происходит. Тем не менее, снижение износа детали трения наблюдается при применении нанопорошков всех указанных металлов (рис. 3).

Данные противозадирных испытаний, проведенных в Томском государственном архитектурно - строительном университете, представлены в табл. 3. Введение в масло нанопорошков металлов увеличивает значение нагрузки схватывания на всех испытанных составах. Наиболее эффективно применение нанопорошков меди, величина нагрузки схватывания возросла в 1,83 раза.

Таблица 3 - Данные противозадирных испытаний
table3.JPG
Испытания общего уровня вибрации подшипников 180307, заполненных различными видами смазок, в том числе и легированных нанопорошками, проводились в заводской лаборатории ОАО «Ролтом», г. Томск. Измеряемой характеристикой являлась величина относительного уровня вибрации подшипника θ = θ2/ θ1, где θ1 - уровень вибрации «открытого» (т. е. не заполненного смазкой) подшипника (дб), θ2 - уровень вибрации подшипника заполненного смазкой (дб).
table4.JPG
Из результатов испытаний (табл. 4) следует, что наибольшее понижение уровня вибрации наблюдается на подшипниках, заполненных смазкой ЛЗ-31 с нанопорошком сплава свинец-олово и смазкой Литол-24 с нанопорошком меди.
Испытания смазки Ровел Резьбовая, Литол-24, легированной нанопорошками меди и цинка, проведенные на ОАО "Пермский завод смазок и СОЖ", показали следующее. Если нормальная нагрузка сваривания (Рс) для базовой смазки составляет 668 кгс, то при введении порошка меди Рс > 1000 кгс, цинка Рс = 800 кгс.
Присадки к моторным маслам на основе электровзрывных нанопорошков меди, латуни и цинка доведены до товарного уровня и выпускаются мелкосерийными партиями под торговым названием «Гарант-М».

Выводы:

1. Смазочные среды, состоящие из масел с добавками нанопорошков меди, латуни и цинка обеспечивают противоизносные свойства пары трения сталь-сталь в условиях высокой нагрузки лучше, чем товарные масла. Введение нанопорошков в товарные масла позволяет несколько улучшить антифрикционные свойства базового масла. Снижение величин износа и коэффициента трения определяется типом применяемого базового масла, нанопорошка и твердостью детали трения.
2. Улучшение противоизносных и антифрикционных свойств пары трения после введения в базовое масло добавок нанопорошков вероятно происходит за счет образования на поверхности и внедрения в приповерхностные слои детали трения частиц нанопорошков.
3. Перспективным направлением улучшения характеристик товарных смазочных составов является применение нанопорошков для легирования консистентных смазок.

Литература

1. Пат. RU 2063417 C1. Восстанавливающий смазочный материал, содержащий порошки металлов / Ильин А. П., Лернер М. И., Давыдович В.И.. - 5057106/92; Заявлено 29.07. 1992; Опубл. 10.07.1996.

2. Тарасов С. Ю., Беляев С. А., Колубаев А. В., Лернер М. И. Модификация поверхностей трения добавками нанопорошков меди в жидкую смазку // Материаловедение, технологии и экология на рубеже веков. Сб. Материалов Всероссийской конференции молодых ученых 5 - 8 декабря 2000. - Томск, 2000. - С. 251 - 254.

3. Беляев С. А., Тарасов С. Ю., Колупаев А. В., Лернер М. И. Повышение эффективности смазочного действия путем добавления нанопорошков металлов в масло // Международная научно-техническая конференция, посвященная памяти генерального конструктора аэрокосмической техники, академика Н.Д. Кузнецова. Сборник трудов. - Самара, 2001. - Ч.2. - С. 204 - 211.

4. Беляев С. А., Тарасов С. Ю., Лернер М. И., Колубаев А. В. Использование добавок нанопорошков меди и латуни в жидкой смазке. // Материалы Международной научно-технической конференции "Надежность машин и технических систем" 16 - 17 октября 2001 г. - Минск, 2001. - Т.2. - С. 19 -20.

5. Tarasov S., Kolubaev A., Belyaev S., Lerner M., Tepper F. Study of friction by nanocopper additives to motor oil // Wear. - 2002. - 252. - Р. 63-69.

6. Беляев С. А., Тарасов С. Ю., Лернер М. И. Трение, изнашивание и деформация поверхностных слоев конструкционной стали в присутствии нанокристаллических порошков в жидкой смазке. // Материалы 4-ой Международной научно-технической конференции, посвященной 60-летию ОмГТУ. Омск, 12-14 ноября 2002 г. - Омск, 2002. - С.100 - 102.

7. Беляев С. А., Тарасов С. Ю., Лернер М. И. Влияние присадок нанопорошков мягких
металлов в минеральном масле на трение и изнашивание. // Сборник трудов 1-ой Международной конференции «Современные проблемы машиностроения и приборостроения» 24 - 28 сентября 2002 г. - Томск, 2002. - С. 38-39.

8. Сваровская Н. В., Журавков C. П., Лернер М. И. Применение нанопорошков металлов в пластичных смазках // I Всероссийская конференция «Химия для автомобильного транспорта» 27-30 октября 2004 г. - Новосибирск, 2004. - С. 145.

9. Беляев С.А., Тарасов С.Ю., Лернер М.И. Механическое легирование конструкционной стали добавками нанопорошков цинка, меди и медного сплава // Материалы 5-ой Международной научно-технической конференции, посвященной 60-летию ОмГТУ, 16-18 ноября 2004 г. - Омск, 2004. - С. 193 - 197.

10. Тарасов С. Ю., Беляев С. А., Лернер М. И. Износостойкость конструкционной стали в смазочной среде, содержащей нанопорошки меди, латуни и цинка // Металловедение и термическая обработка металлов. - 2005. - № 12. - С. 31 - 36.
Мы предлагаем нашим партнерам:
  • Индивидуальный подход к заказу
  • Научно-технологическое сотрудничество
  • Систему скидок
  • Доставку продукции
Новости
19 Мая 2020 КОМПАНИЯ «ПЕРЕДОВЫЕ ПОРОШКОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ» (ТОМСК, РФ) ИЗГОТАВЛИВАЕТ НАНОПОРОШКИ ОКСИДА МЕДИ И ЦИНКА С АНТИМИКРОБНЫМ ДЕЙСТВИЕМ
КОМПАНИЯ «ПЕРЕДОВЫЕ ПОРОШКОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ» (ТОМСК, РФ) ИЗГОТАВЛИВАЕТ НАНОПОРОШКИ ОКСИДА МЕДИ И ЦИНКА С АНТИМИКРОБНЫМ ДЕЙСТВИЕМ

Пандемия коронавируса COVID-19 показала, что существует неотложная потребность в эффективных мерах по предотвращению распространения вирусных инфекций различных нозологий. Последние случаи вспышек вируса атипичной пневмонии, птичьего гриппа, гриппа H1N1, и наконец, коронавируса COVID-19 показали, что высокоэффективные бытовые технические средства, позволяющие прервать пути  распространения инфекций, отсутствуют. На данный момент известно, что есть два главных пути передачи вирусов. Во-первых, это воздушно-капельный механизм передачи инфекции, во-вторых, это контакт человека с зараженными поверхностями.
В настоящее время для прерывания путей передачи вирусов в быту в качестве индивидуальных защитных средств используются маски, защищающие органы дыхания, перчатки и различные антисептики, которыми обрабатываются руки и окружающие предметы и поверхности.
Защитные маски позволяют уменьшить распространение респираторных вирусов, особенно при использовании в замкнутом пространстве или при тесном контакте с человеком с симптомами заражения [1, 2]. Однако сами маски также могут быть источником инфекции [3]. Маска примерно через два часа становится влажной и уже в ней начинают размножаться микроорганизмы. По мнению ВОЗ, маски не гарантируют защиты от COVID-19. Установлено, что эффективность хирургических масок даже самого высокого класса защиты FFP3 недостаточна (гриппом заражается не менее 23 % медицинских сестер, носивших хирургические маски класса FFP3).
Вирус COVID-19 передается не только воздушно-капельным, но и контактным путем, и может сохраняться на поверхностях до 72 часов. Поэтому другой стороной вышеуказанной проблемы является передача вирусов, в т.ч. COVID-19, в лечебных учреждениях через медицинскую одежду, постельное белье, корпуса медицинского оборудования и др.
Одним из путей решений вышеуказанных проблем является придание натуральным и искусственным, в т.ч. медицинским, материалам и поверхностям антисептических свойств, например, с помощью биоцидных наночастиц. Волокна, импрегнированные биоактивными наночастицами, проявляют биоцидные свойства – антибактериальные, противогрибковые, противовирусные [4]. В большинстве современных исследований в области применения наночастиц для уничтожения патогеннов, основное внимание уделяется однокомпонентным наноматериалам (например, наночастицам оксида меди CuO, оксида цинка ZnO, серебра Ag). До недавнего времени серебро оставалось наиболее популярным материалом, который предлагался как эффективное антимикробное средство. Однако последние исследования показывают, что серебро при применении в действующих концентрациях оказывает цитотоксический эффект на клетки организма человека [5]. Кроме того серебро имеет высокую стоимость, что приведет к заметному увеличению цены конечной продукции. Поэтому сейчас основное внимание уделяется применению в качестве бактерицидных и противовирусных материалов наночастицам CuO и ZnO, которые практически малотоксичны для человека.
Например, импрегнация биоактивных наночастиц оксида меди в фильтрующий материал позволяет придать одноразовым респираторным маскам мощные биоцидные свойства без изменения их барьерных свойств [6]. При контакте с вирусом ионы меди вызывают массовое повреждение компонентов клеточной стенки, вирусных генов и ключевых белков [7].
Таким образом, с использованием нанопорошков оксидов меди и цинка, возможно разработать ряд продуктов, позволяющих прервать пути передачи вирусов в быту и в медицинских учреждениях – лицевых масок, одежды медицинского персонала, перчаток, больничных простыней, корпусов медицинского оборудования, контейнеры для хранения продуктов, клавиатуру компьютеров, корпуса мобильных телефонов и др.

Компания «ПЕРЕДОВЫЕ ПОРОШКОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ» может изготовить нанопорошки оксидов меди и цинка для разработки новых антимикробных материалов.

1.  Jefferson T, Foxlee R, Del Mar C, Dooley L, Ferroni E, et al. (2008) Physicalinterventions to interrupt or reduce the spread of respiratory viruses: systematicreview. BMJ 336: 77–80.
2. Jefferson T, Foxlee R, Del Mar C, Dooley L, Ferroni E, et al. (2007) Interventions for the interruption or reduction of the spread of respiratoryviruses. Cochrane Database Syst Rev 6207.
3. Zhiqing L. et al. Surgical masks as source of bacterial contamination during operative procedures //Journal of orthopaedic translation.2018; 14: 57-62.
4. Borkow, G. and Gabbay, J. (2004). Putting Copper into Action:Copper-impregnated Products with Potent Biocidal Activities, FASEB Jounal,18(14): 1728–1730.
5. Akter M. et al. A systematic review on silver nanoparticles-induced cytotoxicity: Physicochemical properties and perspectives //Journal of advanced research. – 2018. – Т. 9. – С. 1-16.
6. Gadi Borkow et al. A Novel Anti-Influenza Copper Oxide Containing Respiratory Face Mask // PLoS ONE, June 2010, Volume 5, Issue 6.
7. Borkow & Gabbay (2005) Copper as a biocidal tool. Current Medicinal Chemistry12:2163-75


ООО "ПЕРЕДОВЫЕ ПОРОШКОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ"
Адрес: 634055, Российская Федерация, Томск, проспект Академический, 8/8
Телефон/Факс: +7 (3822) 28-68-72 , 8-961-888-16-24
http://www.nanosized-powders.com

4 Апреля 2019 Компания «ПЕРЕДОВЫЕ ПОРОШКОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ» успешно выполнила работы по третьему этапу проекта «НТИ - Развитие» (www.fasie.ru)
На третьем этапе выполнения проекта разработаны методы изготовления гранулированных термопластичных материалов на основе микро- и наночастиц сплавов 03Х17Н14М3, Ti-Al, ВТ-6, ВНЖ-90 и Al2O3 (фидстоков) и исследованы их физико-химические характеристики. Для получения гранулированных материалов на основе микро- и наночастиц сплава 03Х17Н14М3 выбран комбинированный метод, включающий получение мелкого гранулята обработкой частиц со структурой ядро-оболочка раствором полимеров и совмещение мелкого гранулята с расплавом полимеров. Для получения гранулированных материалов на основе микро- и наночастиц сплавов ВТ-6, Ti-Al, ВНЖ-90 и Al2O3 выбран метод введения частиц ядро-оболочка в расплав полимеров. Определены режимы формования сложнопрофильных деталей из гранулированных материалов и исследованы их механические характеристики. Установлено, что по микротвердости, пределу прочности при растяжении и изгибе образцы сложнопрофильных деталей близки характеристикам соответствующих объемных материалов.
Разработка методов изготовления гранулированных материалов на основе микро- и наночастиц сплавов 03Х17Н14М3, Ti-Al, ВТ-6, ВНЖ-90 и Al2O3, а также литье под давлением сложнопрофильных деталей с требуемыми механическими характеристиками позволяет приступить к выполнению следующего этапа работ - разработке лабораторного технологического регламента получения гранул из частиц со структурой ядро-оболочка, наработке и исследованию гранулированных материалов. Проект выполняется при поддерже Фонда содействия инновациям (www.fasie.ru).