The work objective is to study the effect of the alkanoic acids nature on the tribotechnical characteristics of the “bronze—aqueous solution of carboxylic acids—steel” friction system. The tribological tests are carried out on the end-type friction machine AE-5. The sedimentation analysis using the disc centrifuge CPS Disc Centrifuge Model DC24000 is carried out to determine the wear particle size. The surface roughness of the servovite film is determined with the aid of the atomic-force microscope PHYWE. The friction factor fall with increasing the strength of the acetic and glycolic acids, and its growth with the increase of the oxalic acid content in the lubricating medium is observed. When the acid concentration in the lubricant composition and in the oxalic-acetic-glycolic acid series is increasing, the wear factor of the friction couple decreases. With increase in the mean wear particle size in the glycolic-acetic-oxalic acid series, the friction rate increases. The servovite film being formed in the aqueous-glycolic environment on the steel disc surface contains oxygen. The oxygen percentage in the film depends on the specific surface of the nanostructured system.
friction rate, lubricating medium, carboxylic acids, servovite film, sedimentation analysis, atomic force microscopy
Изучение и контроль явлений, происходящих при граничном трении на молекулярном уровне, влияние природы органической компоненты в составе смазочной композиции на структуру и механические свойства сервовитной пленки, образующейся на контактирующих поверхностях деталей машин в процессе их эксплуатации, является актуальным вопросом в плане создания инновационных смазочных материалов, обеспечивающих эффект безызносности при трении.
Ранее было изучено влияние природы смазочной среды на возможность реализации избирательного переноса при трении, а также возможности расширения номенклатуры соединений, использование которых в узлах трения приводит к реализации эффекта безызносности [1-2]. Представляется интересным рассмотреть взаимосвязь органических соединений, образующихся при окислении спиртов в зоне фрикционного взаимодействия. Целью настоящей работы являлось изучение взаимосвязи триботехнических характеристик пары трения бронза-сталь с природой карбоновых кислот.
Экспериментальная часть. Трибологические исследования эволюции коэффициента трения проводили на машине трения торцевого типа АЕ-5. Исследовательский комплекс состоял из рабочей части машины трения, представленной в виде ванны из текстолита, в которой расположен и жестко закреплен стальной диск. К внешней части ванны прикреплялся динамометр марки PHYWE Cobra. Узел трения представлял собой стальной образец и три пальца из бронзы, расположенных по окружности под углом 120° друг относительно другу. В качестве смазочной среды выступали водные растворы щавелевой, уксусной и гликолевой кислот различной концентрации.
Размеры частиц продуктов износа определяли с помощью седиментационного анализа1 на дисковой центрифуге марки CPS Disk Centrifuge DC24000 в водных растворах кислот. Морфологию поверхности и наноструктуру пленок исследовали с помощью атомно-силового микроскопа (АСМ) марки PHYWECompact.
Для установления элементного состава медной пленки использовали сканирующий электронный микроскоп (СЭМ) TESCANMIRA 3 XMU. Определение элементов проводилось с помощью программного обеспечения «AZtec 2.1». Количественный расчет содержания элементов проводился с использованием опции нормализации элементов.
1. Garkunov, D.N. Tribotekhnika (iznos i bezyznosnost´) [Triboengineering (wear and wearlessness).] Moscow: Izdatel´stvo MSKhA, 2001, 616 p. (in Russian).
2. Kosogova, Y.P. Nanotriboelektrokhimicheskie tekhnologii pri realizatsii effekta bezyznosnosti v vodno-spirtovykh sredakh: avtoref. kand. tekhn. nauk. [Nano Tribo Electrochemical technologies under the implementation of wear-lessness effect in aqueous-alcoholic media: Cand.Sci. (Eng.) diss., author’s abstract.] Rostov-on-Don: DSTU Publ. Centre, 2009, 23 p. (in Russian).
3. Wu, Y.Y., Tsui, W.C., Liu, T C. Experimental analysis of tribological properties of lubricating oils with nanoparticle additives. Wear, 2007, vol. 262, iss. 7-8, pp. 819–825.
4. Padgurskas, J., Rukuiža, R., Jankauskas, V., Andriušis, A., Žunda, A. Tribological running-in investigation and surface analysis of copper coats made by electro-impulsive spraying. Surface & Coatings Technology, 2011, vol. 205, iss. 10, pp. 3328–3333.
5. Stadnichenko, A.I., Sorokin, A.M., Boronin, A.I. Issledovanie nanostrukturirovannykh plenok oksida medi CuO metodami RFES, UFES i STM. [XPS, UPS and STM study of the nanostructured CuO films.] Journal of structural chemistry, 2008, vol. 49, no. 2, pp. 353–359 (in Russian).
6. Yu, H., Xu, Y., Shi, P., Wang, X., Liu, Q. Tribological properties and lubricating mechanisms of Cu nanoparticles in lubricant. Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 2006, vol. 18, iss. 3, pp. 636–641.
7. Zhang, Y.S., Han, Z., Wang, K., Lu, K. Friction and wear behaviors of nanocrystalline surface layer of pure cop-per. Wear, 2006, vol. 260, iss. 9-10, pp. 942–948.
8. Burlakova, V.E. Triboelektrokhimiya effekta bezyznosnosti. [Tribo Electrochemistry of wearlessness effect.] Ros-tov-on-Don: DSTU Publ. Centre, 2005, 209 p. (in Russian).
9. Stogniy, А.I., Novitskiy, N.N. Primenenie ASM dlya analiza morfologii poverkhnosti ul´tratonkikh metallicheskikh plenok. [Application of AFM to analyze the surface morphology of the ultra thin metal films.] Minsk: Bel. Seminar on Scanning Probe Microscopy, 2002, 7-8 Oct., pp. 109–111 (in Russian).
10. Achanta, S., Liskiewiez, T., Drees, D. Friction mechanisms at the micro-scale. Tribology International, 2009, vol. 42, iss. 11-12, pp. 1792–1799.
11. Kah-Yoong Chan, Teo Bee-San. Atomic force microscopy (AFM) and X-ray diffraction (XRD) investigations of copper thin films prepared by dc magnetron sputtering technique. Microelectronics Journal, 2006, vol. 37, iss. 10, pp. 1064–1071.
12. Akimov, V.V., Gerasimov, I.N., Lipko, S.V. Primenenie skaniruyushchey zondovoy mikroskopii dlya issledovaniya ul´tradispersnykh mineral´nykh sistem. [Application of scanning probe microscopy to study ultradisperse mineral systems.] Vestnik otdeleniya nauk o Zemle RAN, 2006, no. 1(24), pp. 5–9 (in Russian).
