Федеральное Агентство
Научных Организаций

Российская Академия Наук

Отделение энергетики, машиностроения
механики и процессов управления

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки

Институт машиноведения
им. А.А. Благонравова
Российской академии наук

  • русский
  • english
imash.ru » Научные отделы ИМАШ » Трение, износ, смазка. Трибология » Структура Отдела » Лаборатория методов смазки машин » Магнитоуправляемые смазочные материалы (МСМ) с наноразмерной феррофазой и повышенной термостабильностью

МАГНИТОУПРАВЛЯЕМЫЕ СМАЗОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ (МСМ) С НАНОРАЗМЕРНОЙ ФЕРРОФАЗОЙ и ПОВЫШЕННОЙ ТЕРМОСТАБИЛЬНОСТЬЮ

Воздействие на МСМ градиентных магнитных полей обеспечивает целенаправленное их перемещение и удержание в контакте поверхностей трения зубчатых передач, подшипниковых и уплотнительных конструкций.

Фаза №1 Ресурс (минуты) МСМ при 150 С0

 

Фаза №2 Ресурс (минуты) МСМ при 200 С0
 
 Фаза №3 Цилиндрический редуктор
 
Червячный редуктор  

Характеристики новых МСМ

Основа МСМ
Намагниченность насыщения, кА/м
Термостабильность, С
Область применения
Начало окисления
Тmax
1
М9С
26-37
250
320
мелкомодульн.зуб. передачи;средние P и V; жидкостные ПС
2
М9С+ВП
37
305
340
тоже при повышенных температурах
3
ПАОМ
20
25-37
270
330
узлы трения с повышенными Р
4
Фторорганика
26-32
325
340
МЖУ и ПК при средних скоростях и нагрузках
5
Фторорганика+ВП_
40
317
378
Тоже при повышенных температурах
6
Т22
35
270
315
Зубчатые передачи; средние P и V; жидкостные ПС и ПК

ВП – высокотемпературная присадка

Разработаны магнитоуправляемые смазочные материалы (МСМ) с наноразмерной феррофазой и повышенной термостабильностью, исследованы их магнитные, реологические и трибологические свойства при контактных давлениях, скоростях и температурах применительно к зубчатым передачам, подшипникам качения (ПК) и скольжения (ПС).
Исследование смазочной способности МСМ, механизма взаимодействия магнитных и гидродинамических сил в смазочном слое МСМ базируется на уравнениях ферро-гидродинамики в квазистационарном приближении. При этом взаимодействие МСМ с магнитным полем описывается учетом в уравнении движения объемной магнитной силы и нелинейности кривой намагниченности МСМ от напряженности магнитного поля.

Существенным образом на топографию магнитного поля влияет геометрия поверхностей, определяющих форму слоя МСМ, направление и величина градиента напряженности магнитного поля, что, в конечном счете, определяет соответствующие перемещение и удержание МСМ в узких зазорах. Этот механизм в наибольшей степени проявляется в случае зубчатого зацепления.

Для трибосопряжений, функционирующих в режиме жидкостной смазки, улучшение трибологических свойств обеспечивается усилением магнитных свойств дисперсной  феррофазы за счет увеличения ее концентрации и параметров управляющего магнитного поля, а также повышением вязкости основы МСМ. Однако при трении контактных поверхностей в условиях граничной и полужидкостной смазки (повышенные или высокие контактные давления и температуры, низкие скорости) более эффективным является введение в структуру МСМ комбинированных присадок. При этом механизм воздействия присадок на структуру и свойства магнитных смазочных жидкостей рассматривается состоящих из таких этапов, как образование прочной внешней оболочки на частицах магнетита, адсорбция и химическое взаимодействие присадки со свежеобразованными поверхностями трения, адсорбция поверхностноактивного вещества на продуктах изнашивания и предотвращение их последующей агрегации.

В рамках такого механизма воздействия присадок на структуру магнитных смазочных жидкостей использование химическиактивных присадок из-за их сильного адсорбционного и разрушительного действия на оболочку частиц нежелательно. Для повышения смазочной эффективности МСМ предпочтительны комбинации слабых противоизносных присадок по типу химического воздействия с сильными поверхностноактивными веществами.
Эффективность МСМ в зубчатом зацеплении иллюстрируется тремя фазами зацепления маркерованного зуба на верхнем колесе при его приближении к линии, соединяющей центры обоих зубчатых колес. По мере прохождения зубом фаз № 1, 2, 3 МСМ перемещается и удерживается на участках эвольвентных поверхностей на входе и на выходе из контакта, предохраняя их от кромочного контакта.

Этим механизмом объясняется положительный эффект от применения МСМ в зубчатых передачах, особенно в мелкомодульных, а также в разработанных червячном и двухступенчатом редукторах специального назначения.
Трибологические свойства МСМ в значительной степени обусловлены свойствами жидкости-носителя. Применительно к различным типовым узлам трения и их условиям функционирования в таблице представлены типы МСМ с различными основами (углеводородные масла М9С и ПАОМ20, фторорганика, турбинное масло), а также с высокотемпературными присадками (ВП). За счет оптимизации состава и структуры МСМ с наноразмерной феррофазой существенно повышаются их термостабильность, магнитные и ресурсные параметры.

Ресурсные испытания МСМ, проведенные по ГОСТ21466-76, показали существенное увеличение работоспособности МСМ на основе М9С (175 минут у МСМ №1) и на основе М9С+ ВП (225 минут у МСМ №2). Эти результаты получены при температуре 150 С0.

Сопоставление полученных при 200 С0 работоспособностей МСМ и их основ показывает двухкратное увеличение этого параметра у МСМ №1(основа М9С) и трехкратное у МСМ №2 (основа М9С+ВП).
В таблице рекомендуемые области применения различных типов МСМ определяются уровнем нагрузок, скоростей и температур.