Способ определения температурной стойкости смазочного материала

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРНОЙ СТОЙКОСТИ СМАЗОЧНОГО МАТЕРИАЛА(71) Заявитель Учреждение образования Гомельский государственный университет имени Франциска Скорины(72) Авторы Алешкевич Николай Александрович Короткевич Сергей Васильевич Кравченко Владимир Владимирович Перетяченко Михаил Михайлович(73) Патентообладатель Учреждение образования Гомельский государственный университет имени Франциска Скорины(57) Способ определения температурной стойкости смазочного материала, заключающийся в нагревании трибосопряжения с нанесенным смазочным материалом, измерении температуры и фрикционных характеристик смазочного материала, отличающийся тем, что предварительно воздействуют электрическим током силой меньше 1 мА на трибосопряжение без смазочного материала с регистрацией значения контактного электрического сопротивления, нагревание трибосопряжения с нанесенным смазочным материалом осуществляют объемное от внешнего источника тепла и одновременно воздействуют на него электрическим током силой меньше 1 мА с регистрацией значений контактного электрического сопротивления, а о температурной стойкости судят по температуре, при которой происходит 10354 1 2008.02.28 снижение нижней границы значений контактного электрического сопротивления до уровня значений контактного электрического сопротивления без смазочного материала и увеличение верхней границы значений контактного электрического сопротивления. Изобретение относится к способам оценки антифрикционных свойств смазочных материалов и может быть использовано в области машиностроения для определения температурной стойкости граничного смазочного слоя (ГСС) нанометрового диапазона толщин в узлах трения машин и механизмов. Известен способ испытания материалов и смазок на температурную стойкость, заключающийся в том, что перемещают один образец испытуемого материала, выполненный из электропроводной ленты, относительно другого, нагружают образцы, пропускают электрический ток через ленту и измеряют параметры трения и по температуре резкого возрастания силы трения оценивают температурную стойкость материалов и смазок 1. Недостатком известного способа является неточность определения критической температуры по величине выделяемого джоулевого тепла, при этом не учитывается температура вспышек на фактических пятнах контакта. Кроме того, погрешность определения критической температуры по резкому возрастанию коэффициента трения будет обусловлена зависимостью силы трения от изменения радиуса пятна контакта сопряженных тел в процессе трения. Известен способ экспериментальной оценки температурной стойкости смазочных материалов при трении, путем нанесения смазочного материала на образец, триботехнического испытания с точечным контактом перемещающегося с малой скоростью образца при объемном повышении температуры от внешнего источника тепла и регистрации коэффициента трения 2. О температурной стойкости смазочного материала судят по величине коэффициента трения. За критическую температуру принимают объемную температуру, при которой коэффициент трения резко (скачкообразно) возрастает, а за температуру химической модификации смазки принимают минимальную объемную температуру, при которой прекращается скачкообразное изменение коэффициента трения, т.е. он резко снижается и устанавливается на одном уровне. Недостатками известного способа являются низкая точность определения критической температуры разрушения смазочного слоя, отсутствие возможности измерения его толщины и сплошности и регистрации других триботехнических параметров, дающих возможность судить о происходящих физико-химических процессах в тонких смазочных слоях, предшествующих их деструкции и разрушению. Наиболее близким по технической сущности является способ определения температурной стойкости смазочного материала, заключающийся в нагревании трибосопряжения с нанесенным смазочным материалом, измерении температуры и фрикционных характеристик смазочного материала 3. При этом нагрев трибосопряжения осуществляют, пропуская через контакт импульсный ток. Среднюю температуру в контакте определяют по величине джоулева тепла, выделяемого при прохождении импульсов тока. О температурной стойкости граничного смазочного слоя судят по величине температуры, при которой имеет место возрастание коэффициента трения и его скачкообразное изменение. Недостатком известного способа является то, что пропускание электрического тока через контакт обусловливает перенос материала контртела на сопряженное ему тело, что изменяет топографические, физико-химические и триботехнические свойства поверхности раздела. Изменяется деформационная и адгезионная составляющая коэффициента трения,что обусловливает неточность в определении температурной стойкости смазочного мате 2 10354 1 2008.02.28 риала. Кроме того, пропускание достаточно больших токов через граничный смазочный слойприводит к изменению его структуры и свойств, что также обусловливает неточность в определении температурной стойкости смазочного материала. Кроме того, отсутствует возможность регистрации параметров, анализ изменения которых позволяет делать заключение о состоянии ГСС, которое предшествует скачкообразному изменению коэффициента трения. Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в повышении точности определения температурной стойкости смазочного материала в зоне трения при точечном,упругом контакте. Технический результат, достигаемый заявляемым способом, заключается в обеспечении возможности определения критической температуры разрушения ГСС и расширении функциональных возможностей за счет оценки толщины и сплошности ГСС. Технический результат достигается тем, что в способе определения температурной стойкости смазочного материала, заключающемся в нагревании трибосопряжения с нанесенным смазочным материалом, измерении температуры и фрикционных характеристик смазочного материала, предварительно воздействуют электрическим током силой меньше 1 мА на трибосопряжение без смазочного материала с регистрацией значения контактного электрического сопротивления, нагревание трибосопряжения с нанесенным смазочным материалом осуществляют объемное от внешнего источника тепла и одновременно воздействуют на него электрическим током силой меньше 1 мА с регистрацией значений контактного электрического сопротивления, а о температурной стойкости судят по температуре, при которой происходит снижение нижней границы значений контактного электрического сопротивления до уровня значений контактного электрического сопротивления без смазочного материала и увеличение верхней границы значений контактного электрического сопротивления. На фиг. 1 представлен вариант устройства для осуществления предлагаемого способа. На фиг. 2 - график зависимости контактного электрического сопротивления и коэффициента трения от объемной температуры для граничных смазочных слоев, формируемых стеариновой кислотой. На фиг. 3 - график зависимости контактного электрического сопротивления и коэффициента трения от объемной температуры для граничных смазочных слоев, формируемых пластичными смазочными материаламии . Устройство содержит держатели плоского 1 и сферического 2 образцов, образующих трибосопряжение, термокамеру 3, в которой осуществляют объемный нагрев трибосопряжения до 200 С, механизм нагружения 4, калиброванные грузы 5, посредством которых задают нагрузку на сферический образец 2, упругие элементы 6, по величине деформации которых судят о коэффициенте трения, систему измерения 7 силы трения, прибор 8 для измерения малых перемещений, пульт управления 9 устройства, электронный блок регулирования скорости перемещения 10, внешний источник тепла 11 - нихромовая спираль для объемного нагрева трибосопряжения, пульт управления температурой 12, реверсивный двигатель 13, обеспечивающий возвратно-поступательное перемещение плоского образца 1, редуктор 14, механизм перемещения 15 плоского образца 1, зубчато-ременная передача 16, пара винт-гайка 17, посредством которой осуществляется перемещение плоского образца 1. Устройство позволяет обеспечивать возможность реализации низких скоростей скольжения (12-1000 мкм/с) и высоких контактных давлений (до 2 ГПа). Устройство обеспечивает возможность одновременной регистрации электрических и фрикционных характеристик при скольжении сферического образца 2 по плоскости. Способ осуществляют следующим образом. Предварительно на трибосопряжение воздействуют электрическим током (1 мА) в отсутствии нанесенного смазочного слоя - сухой контакт и регистрируют значение контактного сопротивления. 3 10354 1 2008.02.28 Наносят исследуемый смазочный материал на плоский образец 1 трибосопряжения. При объемном повышении температуры от внешнего источника тепла 11 проводят испытания трибосопряжения. При этом на трибосопряжение со смазочным материалом воздействуют малым электрическим током и регистрируют значение контактного электрического сопротивления. На каждом шаге температуры осуществляют один цикл перемещения образца 1 относительно сферического образца 2. Определяют зависимость контактного электрического сопротивления от объемной температуры. Критическую температуру деструкции граничного смазочного слоя и, следовательно, температурную стойкость смазочного материала, определяют по величине контактного электрического сопротивления,при которой происходит снижение его нижней границы до уровня значений, характерного для сухого контакта и увеличение верхней границы флуктуации. Температуру химической модификации смазочного слоя определяют по величине, при которой происходит увеличение уровня контактного сопротивления. Регистрируют коэффициент трения для подтверждения полученных результатов. Испытания трибосопряжения осуществляют с учетом физико-механических свойств(модуль упругости, микротвердость) материалов трибосопряжения, нагрузочно-скоростных факторов, обеспечивающих упругий точечный контакт и перемещение образцов с относительно малой скоростью ( 1 мм/с). Примеры осуществления способа. Пример 1 Предварительно на трибосопряжение (образец 1 - подложка - Ст. 65 Г, сферический образец 2 - зонд - ШХ - 15) без смазочного материала воздействовали малым электрическим током и измеряли уровень значений контактного сопротивления с 0,1-0,5 Ом. На подложку нанесли исследуемый смазочный материал - стеариновую кислоту. Осуществляли объемный нагрев трибосопряжения от внешнего источника тепла и воздействовали малым электрическим током. Данные, приведенные на фиг. 2 отражают влияние температуры на фрикционные и электрофизические свойства ГСС. При температуре 293 К регистрировали снижение контактного сопротивления до уровня характерного для ГСС. В области температур 293-453 К скольжение характеризуется достаточно стабильным уровнем контактной проводимости при невысоком и также относительно стабильном коэффициенте трения, что свидетельствует о сохранении температурной стойкости граничного смазочного слоя. При температуре 453 К регистрировался рост флуктуации контактного электрического сопротивления, что сопровождалось снижением нижней границы его значений до уровня значений контактного электрического сопротивления без смазочного материала и увеличением на два - три порядка верхней границы его значений. Коэффициент тренияувеличился от 0,1-0,15 до 0,2-0,28. Процессы трения стали более нестабильными. Произошла деструкция ГСС с последующим интенсивным окислением и разрушением окислов. Пример 2 Данным способом исследовалась температурная стойкость и фрикционные характеристики пластичных смазочных материалов(производства Германии) и(производства СНГ), в области температур 80-150 С, имеющих место в бортовых редукторах ведущего моста Универсального энергетического средства УЭС-0107070, выпускаемых в ГСКБ РКУП по зерноуборочной и кормоуборочной технике для определения их триботехнической эффективности. Например, при использовании смазочного материалав бортовых редукторах отмечалась повышенная текучесть и вытекание его из механизмов оборудования, по сравнению с. В связи с этим была актуальна оценка оптимальных температурных режимов использования пластичных смазочных материалов. 4 10354 1 2008.02.28 Предварительно на трибосопряжение (образец 1 - подложка - Ст. 65 Г, образец 2 зонд - ШХ - 15) без смазочного материала воздействовали малым электрическим током и измеряли уровень значений контактного электрического сопротивления с 0,1-0,5 Ом. На стальную подложку нанесли исследуемые пластичные смазочные материалы. Осуществляли объемный нагрев трибосопряжения от внешнего источника тепла и воздействовали малым электрическим током. Температурная стойкость пластичных смазочных материаловиоценивалась по зависимости контактного сопротивления (с) и коэффициента тренияот температуры (Т) при нагрузке 0,5 Н или контактном давлении 440 МПа. Снижение уровнядо уровня 0,1-0,5 Ом для ГСС, формируемого , в области температур 100-150 С означало вытеснение и разрушение его мономолекулярного слоя в зоне контакта. При температуре 120 С отмечалось снижение нижней границы значений контактного сопротивления до уровня характерного для сухой поверхности без смазочного материала. Увеличилась верхняя граница значений контактного электрического сопротивления. Рост флуктуации контактного электрического сопротивления свидетельствует о деструкции ГСС. Сохранение сплошности смазочной прослойки с ростом температуры, для ГСС формируемого , означало повышенное сопротивление вытеснению молекул смазочного материала из контактного зазора и предохранение от возникновения катастрофического износа сопряженных пар. Значение контактного электрического сопротивления без смазки составляло 0,1-0,5 Ом и для смазочного материаладостигнуто не было, что свидетельствует о не достижении критической температуры для данного смазочного материала и его более высокой температурной стойкости по сравнению с . При испытаниях с ростом температуры отмечался более низкий коэффициент трения(0,11) для ГСС, формируемых смазочным материалом , по сравнению с коэффициентом трения (0,17) для смазки(фиг. 3), что обусловлено более низкой прочностью на сдвиг молекулярных связей смазки , имеющей в своем составе дисульфид молибдена. Таким образом, заявляемый способ экспериментальной оценки температурной стойкости смазочных материалов позволяет определять температуру ГСС на протяжении всего времени триботехнических испытаний вплоть до достижения критических значений, когда происходит деструкция смазочного слоя, контролировать толщину и сплошность граничных слоев нанометрового диапазона, измеряя их контактное электросопротивление. При этом значительно повышается точность оценки температурной стойкости ГСС за счет одновременной регистрации триботехнических и электрических параметров и информативность в плане возможности анализа протекающих в ГСС физико-химических процессов. Источники информации 1. А.с. СССР 1067408, МПК 01 3/56, опубл. 1984 // Бюл.2. 2. Метод экспериментальной оценки температурной стойкости смазочных материалов при трении. ГОСТ 23.221-84. 3. А.с. СССР 892271, МПК 01 3/56, опубл. 1981 // Бюл.47 (прототип). Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 6