Самарский государственный технический университет

Научно-технический центр надежности технологических,

энергетических и транспортных машин

Доклад:Особенности молекулярного армирования поверхностей

трения агрегатов космической техники

Докладчик – Громаковский Дмитрий Григорьевич, д.т.н., профессор, директор центра

г. Санкт Петербург 2011г.

Третья ежегодная научно-практическая конференция Нанотехнологического общества России «Выход российских нанотехнологий на

мировой рынок: опыт успеха и сотрудничества, проблемы и перспективы»

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 Нагрузка схватывания, кГс/см2

До ДМА После ДМА До ДМА После ДМА

Сталь 30ХГСА 0,048 0,0346,69 7,44

Алюминиевый сплав Д16Т

0,029 0,022 5,17 5,94

Алюминиевый сплав АМГ -5

0,024 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.

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

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ АРМИРОВАНИЯ

0,16

0,14 коэффициент трения

0,12

0,10

0,08

0,06

0,04

0,02

0 1 2 3 4 5 6

2000

Нагрузка сваривания,Н

1500

1000

500

0 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.

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.

ПРИМЕРЫ АПРОБАЦИИ ФТОРСОДЕРЖАЩИХ ЗАЩИТНЫХ ПЛЕНОК

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.

СКЛЕРОМЕТРИЧЕСКИЙ ПРОГРАММНО-АППАРАТУРНЫЙ КОМПЛЕКС

Патенты РФ №№ 2166745, 2119165, 2277232 и 2282174.

Фотография и схема царапины

kT

U 00 exp

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;

Схема разрушения единичных связейУравнение долговечности единичной связи

Прогнозирование остаточного ресурса 1.Производится оценка предельной энергии повреждаемости материала в зоне разрушения приусталостных 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