Самарский государственный технический университет

Самарский государственный технический университет
Научно-технический центр надежности технологических,
энергетических и транспортных машин
Третья ежегодная научно-практическая
конференция Нанотехнологического общества
России «Выход российских нанотехнологий на
мировой рынок: опыт успеха и сотрудничества,
проблемы и перспективы»
Доклад:
Особенности молекулярного армирования поверхностей
трения агрегатов космической техники
Докладчик – Громаковский Дмитрий Григорьевич,
д.т.н., профессор, директор центра
г. Санкт Петербург 2011г.
ПРОБЛЕМЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКОЙ
УСТОЙЧИВОСТИ ДРЕНАЖНО –
ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫХ КЛАПАНОВ
1. Проблема снижения трения в космических условиях
(микро и наномеханика);
2. Проблема стабилизации трения (скачки силы трения);
3. Проблема схватывания и задиров;
4. Проблема динамической стабилизации:
резонансные колебания в покое частотой 5…500 Гц;
динамическое моделирование (оптимальные системы
и модели; оценка динамических параметров,
исследование переходных процессов, удаленных
нагрузок «гудения» и др.);
5. Выбор материалов, покрытий, технологий обработки;
6. Конструкционные мероприятия.
УСТРОЙСТВА КЛАПАНОВ.
ХАРАКТЕРНЫЕ МОДЕЛИ.
ДИФФУЗИОННОЕ МОЛЕКУЛЯРНОЕ АРМИРОВАНИЕ
(ДМА)
Патент РФ №2198954.
Упрочнение достигается путем диффузионного насыщения материала
поверхностного слоя радикалами, образующимися при деструкции смазки
пассивирующими поверхностные дефекты.
Схема пассивации дефектов
При реализации способа радикалы – цепочки химически связанных атомов,
имеющие на концах незавершенную атомную связь, обеспечивают высокую
химическую активность диффузии.
Радикалы мигрируют вглубь поверхностей через выходы ядер дислокаций, границ
зерен и др. дефекты за счет собственной избыточной энергии.
ОПЕРАЦИЯ ДИФФУЗИОННОГО МОЛЕКУЛЯРНОГО АРМИРОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ
Данная технология апробирована на клапане Б6314
РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПЫТАНИЯ СПОСОБА ДМА
Материал
Коэффициент трения
До ДМА
После ДМА
Сталь 30ХГСА
0,048
0,034
Алюминиевый сплав
Д16Т
0,029
Алюминиевый сплав
АМГ -5
0,024
Нагрузка схватывания,
кГс/см2
До ДМА
После ДМА
6,69
7,44
0,022
5,17
5,94
0,02
5,6
5,78
СХЕМА УСТАНОВКИ ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ СПОСОБА ДМА
При испытаниях образцы 3 и 4 подвергали обработке по способу ДМА, а затем устанавливали на
трибометр, вводили смазку в камеру-5, сообщали вращение и заданную нагрузку на верхний
образец-3,при неподвижном нижнем образце-4.
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ АРМИРОВАНИЯ
Реализуется при введении фторированного графита в состав масла при ДМА или
при приработке узлов трения.
При введении фторированного графита (CFx)n в зону трения частицы
расслаиваются, на поверхностях сдвига обнажаются радикалы, несущие атомы фтора,
которые образуют на металлических поверхностях эластичный слой фторидов
железа, отличающийся от обычной окисленной поверхности своими свойствами.
а) х 10000
б)
х 10000
Изменения поверхности трения:
а – исходная поверхность;б – на поверхности трения образована
пленка фторидов железа FeF3
2000
0,16
Нагрузка сваривания,Н
коэффициент трения
0,14
1500
0,12
0,10
1000
0,08
0,06
500
0,04
0,02
0
0
1
2
3
4
5
6
1
2
3
4
5
6
Результаты испытания ДМА в масле М-5/10Г в сравнении с результатами введения
фторсодержащих присадок зарубежных фирм
1-моторное масло без фторсодержащей присадки;
2-присадка “LM” фирмы “Ликви Моли “, 3-присадка “WM” фирмы “Внус”,
4-присадка “SLA- 1” фирмы “Ачесон”, 5- “SLA - 3” фирмы “Ачесон”, 6- присадка СамГТУ.
ПРИМЕРЫ АПРОБАЦИИ
ФТОРСОДЕРЖАЩИХ ЗАЩИТНЫХ ПЛЕНОК
1.Введение (CFx)n в масляную СОЖ на
зуборезных станках (цех 12 з-да им. Фрунзе).
При введении присадки (CFx)n вопросы стойкости
инструмента при работе без переточки от 3-х до 11-ти
зубчатых колес.
2. Введение присадки (CFx)n в обкаточное масло на
ЗРД «КАМАЗ» снизило время обкатки дизелей на
стенде с 3,5…4 часов до 2,5…3 часов (50 стендов).
3. На стенде СНТК им. Н.Д. Кузнецова один из
опытных двигателей НК отработал при замене масла
МС-8П на дизельное топливо с присадкой (CFx)n 1420
часов, без замечаний.
4.В приводных двигателях НК-16СТ на
газоперекачивающей станции «Карпинская»
Тюменьтрансгаза.
Вместо масла МС-8П вводили масло М-8 с нашей
присадкой. За межремонтный период (6 лет)
большинство деталей узлов трения на Казанском
моторном заводе были использованы на новый
межремонтный срок.
Имеются и другие не менее эффективные
примеры.
В США к использованию фторированного графита
проявлен большой интерес в НАСА.
СКЛЕРОМЕТРИЧЕСКИЙ ПРОГРАММНО-АППАРАТУРНЫЙ КОМПЛЕКС
Патенты РФ №№ 2166745, 2119165, 2277232 и 2282174.
Фото и устройство механической части склерометра: 1 –корпус индентора; 2 –деформационный стержень;
3 -алмазный индентор;4-пьезокерамический актюатор;5–пьезоэлемент измерения усилий внедрения;
6–датчик линейных перемещений; 7-шаговый двигатель; 8– приборный столик; 9– испытываемый образец.
Фотография и схема царапины
Схема разрушения единичных связей
Уравнение долговечности единичной связи
 U 0   
   0 exp

 kT 
где τ0- постоянная времени (τ0~10-12);
U0- энергия единичной связи;
σ-действующее напряжение;
γ- структурно-чуствительный коэффициент;
kT- постоянная Больцмана и температура по кельвину;
Прогнозирование остаточного ресурса
1.Производится оценка предельной энергии повреждаемости материала в зоне разрушения при
усталостных испытаниях.
2.Производится склерометрирование испытываемой детали для ряда значений времени
наработки. Результаты наносятся на график.
3.Производится экстраполяция графика накопления повреждаемости при испытаниях до
пересечения с линией предельного значения повреждаемости.
Пересечение указывает на ожидаемое время исчерпания остаточного ресурса.
4.Иллюстрация программы
для прогнозирования
остаточного ресурса