References

izvestswsu

Известия Юго-Западного государственного университета

Proceedings of the Southwest State University

2223-15602686-6757

ЮЗГУ

10.21869/2223-1560-2017-21-4-52-67

izvestswsu-224

Research Article

Технические науки

ЛАБОРАТОРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ТРЕНИЯ СТАЛИ ШХ15 ПО ПОКРЫТИЮ НА ОСНОВЕ SiO2, СОДЕРЖАЩЕМУ НАНОЧАСТИЦЫ MoS2 СО СРЕДНИМ РАЗМЕРОМ 64 нм

LABORATORY STUDIES OF THE FRICTION OF SHKH15 STEEL ON THE COATING BASED ON SIO2 CONTAINING NANOPARTICLES MOS2 WITH AN AVERAGE SIZE OF 64 NM

Бреки

А. Д.

Breki

A. D.

albreki@yandex.ru

Александров

С. Е.

Aleksandrov

S. E.

sevgalexandrov@gmail.com

Тюриков

К. С.

Tyurikov

K. S.

tmet@ftim.spbstu.ru

Гвоздев

А. Е.

Gvozdev

A. E.

technology@tspu.tula.ru

Агеев

Е. В.

Ageev

E. V.

ageev_ev@mail.ru

Провоторов

Д. А.

Provotorov

D. А.

prodmyt@rambler.ru

Куц

В. В.

Kutc

V. V.

kuc-vadim@yandex.ru

СПБПУ Петра ВеликогоSt. Petersburg State Polytechnic University Peter the Great

ФГБОУ ВПО «ТГПУ им. Л.Н Толстого»Tula State Lev Tolstoy Pedagogical University

ФГБОУ ВО «Юго-Западный государственный университет»Southwest State University

ООО НПП «Вулкан-ТМ»OOO NPP "Vulkan-TM"

2017

28082017

2145267

2017

Бреки А.Д., Александров С.Е., Тюриков К.С., Гвоздев А.Е., Агеев Е.В., Провоторов Д.А., Куц В.В.

Breki A.D., Aleksandrov S.E., Tyurikov K.S., Gvozdev A.E., Ageev E.V., Provotorov D.А., Kutc V.V.

Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.

This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.

https://izvestswsu.elpub.ru/jour/article/view/224

В настоящее время представляет практический интерес выявление закономерностей влияния наночастиц дисульфида молибдена на трение в парах трения «сталь - беспористое нанокомпозиционное покрытие» для увеличения антифрикционных свойств покрытий триботехнического назначения. В границах данной работы приведены результаты исследований трения верчения стали марки ШХ15 по поверхности беспористого покрытия с матрицей из диоксида кремния, наполненного наночастицами дисульфида молибдена размером 64 нм в концентрации 73%, нанесённого на подложку из нержавеющей стали марки 12Х18Н10Т. Для исследования были взяты образцы из стали 12Х18Н10Т, с нанесенными на них покрытиями из SiO2 и SiO2+73%MoS2 (64нм). Толщина нанесенных беспористых покрытий составляла около 1мкм. В качестве вращающегося контртела использовался цилиндрический образец (ролик) из подшипниковой стали марки ШХ-15, диаметром 10мм. Выбранный твёрдый смазочный материал - наноразмерный порошкообразный дисульфид молибдена шарообразной формы. В процессе испытаний вращающийся стальной образец своей плоской частью прижимался к плоскости зажатого в струбцине образца. Струбцина, зафиксированная на подшипниковом узле, с помощью тросика и тензобалки в процессе опыта удерживалась от поворота, сообщаемого подвижным роликом. С тензобалки на компьютер передавались данные о силе трения и действующей нагрузке. В процессе всех опытов нагрузка на пару трения составляла 250 Н, а частота вращения вала, в котором был зажат стальной ролик, составляла 450 об/мин, время трения составляло 600 с. Экспериментально установлено, что в результате трения верчения по схеме «плоскость-плоскость» образца из подшипниковой стали ШХ15 по нанокомпозиционному покрытию наблюдаются антифрикционные эффекты относительно аналогичных испытаний покрытия из ненаполненного наночастицами диоксида кремния. Показано стабилизирующее действие наночастиц на процесс фрикцио-нного взаимодействия в режиме трения верчения.

Currently is of practical interest to identify patterns of influence of nanoparticles of molybdenum disulfide friction in friction pairs "steel - non-porous nanocomposite coating" to increase the antifriction properties of the coatings of a tribotechnical purpose. Within this work the results of researches of friction spinning steel grade SHKH15 at the surface non-porous coating with a matrix of silicon dioxide, is filled with nanoparticles of molybdenum disulfide size 64нм at a concentration of 73%, deposited on a substrate of stainless steel 12X18H10T. For the study were taken samples of steel 12KH18N10T, are coated with coatings of SiO2 and SiO2+73%MoS2 (64 нм). The thickness of the applied pore-free coating was about 1 mm. As the rotating counterbody was used a cylindrical sample (video) of bearing steel SH-15 with a diameter of 10mm. Selected solid lubricating material - nanosized powder of molybdenum disulfide spherical shape. In the process of testing rotating steel sample its flat part against the plane clamped in the clamp of the sample. The clamp is fixed to a bearing arrangement with a cord and tentalce in the process of experience is restrained from rotation imparted movable roller. With tentalce on the computer transferred the data on the friction force and the current load. In all experiments, the friction load was 250 N, and the frequency of rotation of the shaft, which was clamped steel roller was 450 rpm, the friction time was 600 s. It was established experimentally that as a result of friction spinning according to the scheme "plane-plane" of the specimen of bearing steel SHKH15 at the nanocomposite coating are observed friction effects relative to similar tests of coatings of unfilled nanoparticles of silicon dioxide. Shown stabilizing effect of nanoparticles on the process of friction interaction in the regime of spinning friction.

трениенаночастицытвёрдый смазочный материалантифрикционное покры-тиесмазочный слойfrictionnanoparticlessolid lubricantantifriction coatinglubricant layer

References1

Коротеев В.О. Синтез и физико-химические характеристики низкоразмерных сульфидов молибдена на носителях из терморасширенного графита и углеродных нанотруб: дис.. канд. хим. наук 02.00.04. Новосибирск, 2012. 137с.

Rapoport L., Fleischer N., Tenne R. Applications of WS2 (MoS2) inorganic nanotubes and fullerene-like nanoparticles for solid lubrication and for structural nanocomposites, Journal of Materials Chemistry, 2005, vol.15. pp. 1782-1788.

Feldman Y., Wasserman E., Sro-lovitz D.J., Tenne R. High-Rate, Gas-Phase Growth of MoS 2 Nested Inorganic Fullerenes and Nanotubes. Science, 1995, vol. 267, рp. 222-225.

Feldman Y., Frey G.L., Homyonfer M., Lyakhovitskaya V., Margulis L., Cohen H., Hodes G., Hutchison J.L., Tenne R. Bulk Synthesis of Inorganic Fullerene-like MS2 (M = Mo, W) from the Respective Trioxides and the Reaction Mechanism. Journal of the American Chemical Society, 1996, vol. 118, pр. 5362-5367.

Margulis L., Dluzewski P., Feldman Y., Tenne R. TEM study of chirality in MoS2 nanotubes. Journal of Microscopy, 1996. vol. 181, pр. 68-71.

Frey G., Tenne R., Matthews M., Dresselhaus M., Dresselhaus G. Optical properties of MS2 (M = Mo, W) inorganic fullerene-like and nanotube material: Optical absorption and resonance Raman measurements. Journal of Materials Research, 1998, vol. 13, рр. 2412-2417.

Frey G.L., Elani S., Homyonfer M., Feldman Y., Tenne R. Optical-absorption spectra of inorganic fullerenelike MS2 (M=Mo, W). Phys. Rev. B, 1998, vol. 57, рp. 6666-6671.

Frey G.L., Tenne R., Matthews M.J., Dresselhaus M.S., Dresselhaus G. Raman and resonance Raman investigation of MoS2 nanoparticles. Phys. Rev. B, 1999, vol. 60, рр. 2883-2892

Zak A., Feldman Y., Alperovich V., Rosentsveig R., Tenne R. Growth Mechanism of MoS2 Fullerene-like Nanoparticles by Gas-Phase Synthesis. Journal of the American Chemical Society, 2000, vol. 122, рр. 11108-11116.

Составляющие технологического процесса создания смазочных композиционных материалов, содержащих высокодисперсные частицы слоистого модификатора трения / А.Д. Бреки, О.В. Толочко, Н.Е. Стариков, Д.А. Провоторов, Н.Н. Сергеев, Е.В. Агеев, А.Е. Гвоздев // Известия Юго-Западного государственного университета. 2015. № 4 (61). С. 19-25.

О диспергировании в маслах дисперсных наполнителей при приготовлении смазочных композиционных материалов и в процессе функционирования узлов трения / А.Д. Бреки, Н.Е. Стариков, Д.А. Провоторов, Е.В. Агеев, А.Е. Гвоздев // Известия Юго-Западного государственного университета. 2015. № 4 (61). С. 51-54.

О расчёте седиментации высокодисперсного наполнителя при хранении жидкого смазочного композиционного материала / А.Д. Бреки, Н.Е. Стариков, Д.А. Провоторов, Е.В. Агеев, А.Е. Гвоздев // Известия Юго-Западного государственного университета. 2015. № 5 (62). С. 27-31.

О качении шара и цилиндра по криволинейной поверхности с вязкой прослойкой из жидкого смазочного композиционного материала / А.Д. Бреки, Н.Е. Стариков, Д.А. Провоторов, Е.В. Агеев, А.Е. Гвоздев // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. 2015. № 4 (17). С. 8-12.

Cостояние нефтяных смазочных композиционных материалов в подшипниковых узлах в процессе тепломассообмена / А.Д. Бреки, О.В. Толочко, Е.С. Васильева, А.Е. Гвоздев, Н.Е. Стариков // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2014. № 12-1. С. 117-124.

Общие свойства и особенности взаимодействия дисперсных компонентов смазочного материала / А.Д. Бреки, О.В. Толочко, А.Е. Гвоздев, Н.Е. Стариков // Современное машиностроение. Наука и образование. 2014. № 4. С. 319-326.

Влияние антифрикционных дисперсных материалов на относительную опорную длину профиля поверхностей трения деталей / А.Д. Бреки, О.В. Толочко, А.Е. Гвоздев, Н.Е. Стариков // Современное машиностроение. Наука и образование. 2014. № 4. С. 327-334.

Исследование нагрузочной способности смазочных композиций с наночастицами WS2 и WSe2 для железнодорожных втулок / А.Д. Бреки, Е.С. Васильева, М.Ю. Максимов, С.Г. Чулкин // Вопросы материаловедения. 2012. № 2 (70). С. 109-113.

Взаимодействие дисперсных компонентов смазочного композиционного материала, содержащего наночастицы дихалькогенидов вольфрама / А.Д. Бреки, О.В. Толочко, Е.С. Васильева, А.Е. Гвоздев, Н.Е. Стариков // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2015. № 5-2. С. 136-144.

Технология конструкционных и эксплуатационных материалов: учебник / А.Е. Гвоздев, Н.Е. Стариков, В.И. Золотухин, Н.Н. Сергеев, А.Н. Сергеев, А.Д. Бреки; под. ред. проф. А.Е. Гвоздева. Тула: Изд-во ТулГУ, 2016. 351 с.

Макаров Э.С., Гвоздев А.Е., Журавлев Г.М. Теория пластичности дилатирующих сред: монография / под ред. проф. А.Е. Гвоздева, 2-е изд., перераб. и доп. Тула: Изд-во ТулГу, 2015. 337 с.

Триботехнические свойства композиционных покрытий с полиимидными матрицами и наполнителями из наночастиц дихалькогенидов вольфрама для узлов трения машин: монография / А.Д. Бреки, В.В. Кудрявцев, А.Л. Диденко, Е.С. Васильева, О.В. Толочко, Н.Н. Сергеев, Н.Е. Стариков, А.Е. Гвоздев; под ред. А.Д. Бреки. Тула: Изд-во ТулГУ, 2015. 128 с.

Эксплуатация, техническое обслуживание и ремонт автомобиля: учебное пособие / Н.Н. Сергеев, А.Е. Гвоздев, А.Н. Сергеев, К.Г. Мирза, Ю.С. Дорохин, Д. М. Хонелидзе. Тула: Изд-во ТулГУ, 2015. 174 с.

Основы технологической подготовки: учебное пособие / Н.Н. Сергеев, А.Н. Сергеев, А.Е. Гвоздев, А.Г. Колмаков, А.Д. Бреки, Д.А. Провоторов, В.И. Золотухин Н.Е. Стариков, П.Н. Медведев, Д.В. Малий, Ю.С. Дорохин, Д.Н. Боголюбова, А.А. Калинин, О.В. Кузовлева, К.Н. Старикова, С.Н. Кутепов, Д.М. Хонелидзе, В.В. Новикова; под ред. проф. А.Е. Гвоздева. Изд. 2-е, испр. и доп. Тула: Изд-во ТулГУ, 2015. 187 с.

Материаловедение: учебник для вузов / Ф.К. Малыгин, Н.Е. Стариков, А.Е. Гвоздев, В.И. Золотухин, Н.Н. Сергеев, А.Д. Бреки. Тула: Изд-во ТулГУ, 2015. 268 с.

Триботехнические характеристики жидких смазочных и полиамидных композиционных материалов, содержащих антифрикционные наночастицы дихалькогенидов вольфрама / А.Д. Бреки, Е.С. Васильева, О.В. Толочко, Н.Е. Стариков, Н.Н. Сергеев, Д.А. Провоторов, А.Н. Сергеев, А.Е. Гвоздев; под ред. А.Д. Бреки. Тула: Изд-во ТулГУ, 2015. 276 с.

Многопараметрическая оптимизация параметров лазерной резки стальных листов / А.Е. Гвоздев, И.В. Голышев., И.В. Минаев, А.Н. Сергеев, Н.Н. Сергеев, И.В. Тихонова, Д.М. Хонелидзе, А.Г. Колмаков // Материаловедение. 2015. № 2. С. 31-36.

Синтез и триботехнические свойства композиционных покрытий с матрицей из полиамида ПМ-ДАДФЭ и наполнителями из наночастиц дихалькогенидов вольфрама при сухом трении скольжения / А.Д. Бреки, А.Л. Диденко, В.В. Кудрявцев, Е.С. Васильева, О.В. Толочко, А.Г. Колмаков, Ю.А. Фадин, Н.Н. Сергеев, А.Е. Гвоздев, Н.Е. Стариков, Д.А. Провоторов // Материаловедение. 2015. № 12. С. 36-40.

Постановка задачи расчета деформационной повреждаемости металлов и сплавов / Г.М. Журавлев, А.Е. Гвоздев, Н.Н. Сергеев, В.И. Золотухин, Д.А. Провоторов // Производство проката. 2015. № 10. С. 18-26.

Триботехнические свойства композиционных покрытий на основе полигетероарилена «Р-ОДФО» с наполнителем из наночастиц диселенида вольфрама / А.Д. Бреки, Ю.А. Фадин, А.Л. Диденко, В.В. Кудрявцев, О.В. Толочко, Е.С. Васильева, А.Е.Гвоздев, Н.Е. Стариков, Д.А. Провоторов // Известия ТулГУ. Серия: Технические науки. 2015. Вып.11. Ч.1. С. 133-139.

Влияние смазочного композиционного материала с наночастицами диселенида вольфрама на трение в подшипниках качения / А.Д. Бреки, В.В. Медведева, Ю.А. Фадин, О.В. Толочко, Е.С. Васильева, А.Н. Сергеев, Д.А. Провоторов, А.Е. Гвоздев, Н.Е. Стариков, Ю.Е. Титова // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2015. Вып.11. Ч.1. С. 171-180.

Триботехнические свойства композиционных покрытий на основе полигетероарилена «ДАИ» с наполнителем из наночастиц дихалькогенидов вольфрама / А.Д. Бреки, Ю.А. Фадин, А.Л. Диденко, В.В. Кудрявцев, О.В. Толочко, Е.С. Васильева, А.Е. Гвоздев, Н.Е. Стариков, А.А. Калинин, Д.А. Провоторов // Известия Туль-ского государственного университета. Технические науки. 2015. Вып.8. Ч.2. С. 148-155.

Триботехнические свойства композиционных покрытий на основе полигетероарилена «Р-ОООД» с наполнителем из наночастиц диселенида вольфрама / А.Д. Бреки, Ю.А. Фадин, А.Л. Диденко, В.В. Кудрявцев, О.В. Толочко, Е.С. Васильева, А.Е. Гвоздев, Н.Е. Стариков, Д.А. Провоторов // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2015. Вып.8. Ч.2. С. 181-188.

Взаимодействие дисперсных компонентов смазочного композиционного материала, содержащего наночастицы дихалькогенидов вольфрама / А.Д. Бреки, О.В. Толочко, Е.С. Васильева, А.Е. Гвоздев, Н.Е. Стариков, Д.А. Провоторов // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2015. Вып.7. Ч.1. С. 197-205.

Выбор дисперсности наполнителя из частиц дихалькогенидов вольфрама для создания смазочного композиционного материала / А.Д. Бреки, О.В. Толочко, Е.С. Васильева, А.Е. Гвоздев, Н.Е. Стариков, Д.А. Провоторов, А.А. Калинин // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2015. Вып.7. Ч.1. С. 235-243.

Оценка влияния размера частиц и концентрации порошков горных пород на противоизносные свойства жидких смазочных композиций / В.В. Медведева, М.А. Скотникова, А.Д. Бреки, Н.А. Крылов, Ю.А. Фадин, А.Н. Сергеев, Д.А. Провоторов, А.Е. Гвоздев, Н.Е. Стариков // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2015. Вып.11. Ч.1. С. 57-65.

Влияние смазочного композиционного материала с наночастицами дисульфида вольфрама на трение в подшипниках качения / А.Д. Бреки, В.В. Медведева, Ю.А. Фадин, О.В. Толочко, Е.С. Васильева, А.Н.Сергеев, Д.А. Провоторов, А.Е. Гвоз-дев, Н.Е. Стариков // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2015. Вып.11. Ч.1. С. 78-86.

Оценка взаимодействия между наночастицами дихалькогенидов вольфрама в среде жидкого смазочного материала / А.Д. Бреки, О.В. Толочко, Е.С. Васильева, А.Е. Гвоздев, Н.Е. Стариков, Д.А. Провоторов // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2015. Вып.7. Ч.2. С. 8-14.

Оценка влияния жидкого смазочного композиционного материала с наночастицами геомодификатора на трение в подшипниковом узле / А.Д. Бреки, О.В. Толочко, Н.Е. Стариков, Д.А. Провоторов, Е.В. Агеев, А.Е. Гвоздев // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. 2015. № 3 (16). С. 17-23.

Комплексный подход к исследованию экстремальных эффектов в металлических, композиционных и нанокристаллических материалах: коллективная монография / А.Е. Гвоздев, Н.Н. Сергеев, А.Н. Сергеев, Д.А. Провоторов, В.И. Золотухин, А.Д. Бреки, П.Н. Медведев, М.Н. Гаврилин, Г.М. Журавлев, Д.В. Малий, Ю.С. Дорохин, Д.Н. Боголюбова, А.А. Калинин, Д.Н. Романенко, И.В. Минаев, О.В. Кузовлева, Н.Е. Проскуряков, А.С. Пустовгар, Ю.Е. Титова, И.В. Тихонова. Тула: Изд-во ТулГУ, 2014. 128 с.

Триботехнические свойства жидких смазочных композиционных материалов, содержащих полученные методом газофазного синтеза высокодисперсные дисульфид и диселенид вольфрама: монография / А.Д. Бреки, Е.С. Васильева, О.В. Толочко, Н.Н. Сергеев, А.Е. Гвоздев.; под ред. А.Д. Бреки. Тула: Изд-во ТулГУ, 2014. 152 с.

Жидкие смазочные композиционные материалы, содержащие высокодисперсные наполнители, для подшипниковых узлов управляемых систем: монография / А.Д. Бреки, Е.С. Васильева, О.В. Толочко, Н.Н. Сергеев, А.Е. Гвоздев. Тула: Изд-во ТулГУ, 2014. 144 с.

Механические свойства конструкционных и инструментальных сталей в состоянии предпревращения при термомеханическом воздействии / А.Е. Гвоздев, А.Г. Колмаков, О.В. Кузовлева, Н.Н. Сергеев, И.В. Тихонова // Деформация и разрушение материалов. 2013. № 11. С. 39-42.

Гвоздев А.Е., Афанаскин А.В., Гвоздев Е.А. Закономерности проявления сверхпластичности сталей Р6М5 и 10Р6М5-МП // Металловедение и термическая обработка материалов. 2002. № 6. С. 32-36.

Гвоздев А.Е. Производство заготовок быстрорежущего инструмента в условиях сверхпластичности. М.: Машиностроение, 1992. 176 с.

Breki A.D., Gvozdev A.E., Kolmakov A.G., Starikov N.E., Provotorov D.A., Sergeyev N.N., Khonelidze D.M. On friction of metallic materials with consideration for superplasticity phenomenon. Inorganic materials: Applied Research, 2017, vol. 8, no. 1, pp. 126-129.

Gvozdev A.E., Sergeyev N.N., Minayev I.V., Kolmakov A.G., Tikhonova I.V., Sergeyev A.N., Provotorov D.A., Kho-nelidze D.M., Maliy D.V., Golyshev I.V. Temperature distribution and structure in the heat-affected zone for steel sheets after laser cutting. Inorganic materials: Applied Research. 2017, vol. 8, no. 1, pp. 148-152.

Breki A.D., Didenko A.L., Kudryavtsev V.V., Vasilyeva E.S., Tolochko O.V., Kolmakov A.G., Gvozdev A.E., Provotorov D.A., Starikov N.E., Fadin Yu.A. Synthesis and dry sliding behavior of composite coating with (R-OOO)FT polyimide matrix and tungsten disulfide nanoparticle filler. Inorganic materials: Applied Research, 2017, vol. 8. no. 1, pp. 32-36.

Breki A.D., Didenko A.L., Kudryavtsev V.V., Vasilyeva E.S., Tolochko O.V., Gvozdev A.E., Sergeyev N.N., Provotorov D.A., Starikov N.E., Fadin Yu.A., Kolmakov A.G. Composite coatings based on A-OOO polyimide and WS2 nanoparticle filler. Inorganic materials: Applied Research, 2017, vol. 8, no. 1, pp. 56-59.

Gvozdev A.E., Sergeyev N.N., Minayev I.V., Kolmakov A.G., Tikhonova I.V. Role of nucleation in the of first-order phase transformations. Inorganic Materials: Applied Research. 2015, vol. 6, no. 4, pp. 283-288.

Gvozdev A.E., Golyshev I.V., Minayev I.V., Sergeyev A.N., Sergeyev N.N., Tikhonova I.V., Khonelidze D.M., Kolmakov A.G. Multiparametric optimization of laser cutting of steel sheets. Inorganic Materials: Applied Research. 2015, vol. 6, no. 4, pp. 305-310.

Gvozdev A.E., Bogolyubova D.N., Sergeev N.N., Kolmakov A.G., Provotorov D.A., Tikhonova I.V. Features of softening processes of aluminum, copper, and their alloys under hot deformation. Inorganic Materials: Applied Research. 2015, vol. 6, no. 1, pp. 32-40.

Gvozdev A.E., Minaev I.V., Sergeev N.N., Kolmakov A.G., Provotorov D.A., Tikhonova I.V. Grain size effect of austenite on the kinetics of pearlite transformation in low-and medium-carbon low-alloy steels. Inorganic Materials: Applied Research, 2015, vol. 6, no. 1. pp. 41-44.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.