Vestnik of Don State Technical UniversityVestnik of Don State Technical UniversityВестник Донского государственного технического университета1992-5980530910.12737/10391Машиностроение и машиноведениеMACHINE BUILDING AND MACHINE SCIENCEМашиностроение и машиноведениеStudy of ferromagnetic nanoparticles effect on tribotechnical lubricating characteristicsИзучение влияния ферромагнитных наночастиц на триботехнические характеристики смазокЗадошенко Елена ГеннадьевнаZadoshenko Elena Геннадьевнаzadoshenkoq@rambler.ruБурлакова Виктория ЭдуардовнаBurlakova Viktoria Эдуардовнаvburlakova@donstu.ru31032015310320151518592https://zh-szf.ru/en/nauka/article/5309/view
Для уточнения состава синтезированных ферромагнитных частиц проводили качественный рентгенофазовый анализ методом дифрактометрии на автоматизированном приборе ARL X´TRA. Для определения размеров частиц изучена водная суспензия ферромагнитных наночастиц на дисковой центрифуге CPS Disk Centrifuge Model DC24000. Исследования проводились методом определения трибологических характеристик с использованием четырехшариковой машины трения. На основе данных рентгенограмм в работе установлен состав ферромагнитных частиц, соответствующий магнетиту FeFe2O4. Обработка результатов седиментационного анализа показала полидисперсный характер полученных наночастиц магнетита. На основе трибологических исследований проведена оценка противоизносных свойств по величине диаметра пятна износа, расчет величин индекса задира, установлена несущая способность смазки по нагрузке сваривания и критической нагрузке для исследуемых смазок. Таким образом установлено, что смазочные ком-позиции с добавками магнетита на основе пластической смазки «ЦИАТИМ-201» и масла Castrol с содержанием магнетита 0,1 % мас. обладают высокими противозадирными и противоизносными свойствами. Увеличение со-держания магнетита в смазках приводит к снижению их противоизносных свойств.
The research objective is to study tribological properties of the lubri-cating compositions based on the Castrol oil and ZIATIM -201 plastic lubricant modified by the ferromagnetic nanosuspension. A qualitative X-ray phase analysis by the diffractometry method is conducted on the ARL X´TRA computerized system to specify the compound of the synthesized ferromagnetic nanoparticles. An aqueous suspension of ferromagnetic nanoparticles is studied on CPS Disk Centrifuge Model DC24000 to determine the particle sizes. The investigation has been conducted by determining the tribological characteristics using four-ball machine. The preparation of lubricating compositions based on a number of sequence operations – ferromagnetic particles synthesis, their stabilization, and paste concentrate preparation – is described. On the basis of the X-ray data, it is found that the ferromagnetic particles composition corresponds to FeFe2O4 magnetite. The sedimentation analytical data processing has shown the polydisperse nature of the derived magnetite nanoparticles. Based on the tribological studies, the antiwear properties are evaluated in wear scar diameter, the load wear index value is calculated, and the bearing capacity of the lubricant according to the welding load and critical load for the lubricants under study is identified. Thus, it is found that the lubricant compositions with magnetite additives based on ZIATIM -201 plastic lubricant and Castrol oil with magnetite content of 0.1% wt. offer high antiwelding and antiwear properties. Increase in the magnetite content in lubricants leads to the degradation of their antiwear properties
магнитные наночастицыхимическая конденсациямагнетитсмазкатрениеизноспротивоизносные и противозадирные свойстваferromagnetic nanoparticleschemical condensationmagnetitelubricantfrictionwearantiwear and antiwelding properties
Введение. В настоящее время создание новых магнитных наноматериалов [1–3] представляет собой активно развивающееся направление современной науки и техники. Изучение свойств магнитных наноматериалов позволяет установить их зависимость от химического состава, типа кристаллической решетки, степени ее дефектности, размера и формы частиц, морфологии, взаимодействия частиц с окружающей их матрицей и соседними частицами. Изменяя размеры, форму, состав и строение наночастиц, можно в определенных пределах управлять магнитными характеристиками материалов на их основе. Однако контролировать их при синтезе наночастиц удается не всегда, поэтому свойства однотипных наноматериалов могут сильно различаться [4]. Разнообразие физико-химических характеристик магнитных материалов предполагает их широкое применение в науке и технике. В первую очередь следует отметить ферромагнитные наносуспензии или магнитные жидкости [5].
Lu, A.-H. Magnetic nanoparticles: synthesis, protection, functionalization and application / A.-H. Lu, E.-L. Salabas, F. Schuth // Angewandte Chemie International Edition. - 2007. - Vol. 46, iss. 8. - P. 1222-1244.Lu, A.-H., Salabas, E.-L., Schuth, F. Magnetic nanoparticles: synthesis, protection, functionalization and applica-tion. Angewandte Chemie International Edition, 2007, vol. 46, iss. 8, pp. 1222-1244.Nickel nanoparticles obtained by a modified polyol process: synthesis, characterization, and magnetic properties / G.-G. Couto [et al.] // Journal of Colloid and Interface Science. - 2007. - Vol. 311, iss. 2. - P. 461-468.Couto, G.-G., et al. Nickel nanoparticles obtained by a modified polyol process: synthesis, characterization, and magnetic properties. Journal of Colloid and Interface Science, 2007, vol. 311, iss. 2, pp. 461-468.Gherca, D. Synthesis, characterization and magnetic properties of MFe2O4 (M = Co, Mg, Mn, Ni) nanoparticles us-ing ricin oil as capping agent / D. Gherca // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. - 2012. - Vol. 324, iss. 24. - P. 3906-3911.Gherca, D. Synthesis, characterization and magnetic properties of MFe2O4 (M = Co, Mg, Mn, Ni) nanoparticles us-ing ricin oil as capping agent. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 2012, vol. 324, iss. 24, pp. 3906-3911.Баранов, Д. А. Магнитные наночастицы: достижения и проблемы химического синтеза / Д. А. Баранов, С. П. Губин // Радиоэлектроника. Наносистемы. Информационные технологии. - 2009. - Т. 1, № 1/2. - С. 129-147.Baranov, D. A., Gubin, S. P. Magnitnye nanochastitsy: dostizheniya i problemy khimicheskogo sinteza. [Magnetic nanoparticles: achievements and problems of chemical synthesis.] Radioelektronika. Nanosistemy. Informatsionnye tekhnologii. 2009, vol. 1, no. ½, pp. 129-147 (in Russian).Pileni, M.-P. Magnetic fluids: fabrication, magnetic properties and organization of nanocrystals / M.-P. Pileni // Advanced Functional Materials. - 2001. - Vol. 11, № 5. - P. 323-336.Pileni, M.-P. Magnetic fluids: fabrication, magnetic properties and organization of nanocrystals. Advanced Func-tional Materials, 2001, vol. 11, no. 5, pp. 323-336.Подгорков, В. В. Повышение долговечности, надежности и трибологической безопасности технических устройств путем применения магнитных жидкостей / В. В. Подгорков // Вестник Ивановского гос. энергетич. ун-та. - 2005. - Вып. 3. - С. 70-74.Podgorkov, V. V. Povyshenie dolgovechnosti, nadezhnosti i tribologicheskoy bezopasnosti tekhnicheskikh ustroystv putem primeneniya magnitnykh zhidkostey. [Increasing the durability, reliability, and tribological safety of techno-logical devices by applying magnetic fluids.] Vestnik of Ivanovo State Power Engineering University, 2005, iss. 3, pp. 70-74 (in Russian).Магнитные жидкости в машиностроении / под общ. ред. Д. В. Орлова, В. В. Подгоркова. - Москва : Машиностроение, 1993. - 272 с.Orlov, D. V., Podgorkov, V. V., eds. Magnitnye zhidkosti v mashinostroenii. [Magnetic fluids in industry.] Moscow: Mashinostroenie, 1993, 272 p. (in Russian).Лапочкин, А. И. Использование магнитных жидкостей в качестве смазки в мелкомодульных зубчатых пе-редачах / А. И. Лапочкин // Вестник машиностроения. - 2002. - № 6. - С. 34-36.Lapochkin, А. I. Ispol´zovanie magnitnykh zhidkostey v kachestve smazki v melkomodul´nykh zubchatykh peredachakh. [Application of ferrofluid lubricants in the finegrained gear drives.] Vestnik mashinostroeniya, 2002, no. 6, pp. 34-36 (in Russian).Методология создания смазочных материалов с наномодификаторами / М. Люты [и др.] // Трение и износ. - 2002. - Т. 23, № 4. - С. 411-424.Luty, M., et al. Metodologiya sozdaniya smazochnykh materialov s nanomodifikatorami. [Methods of creating lu-bricating materials with nanomodifiers.] Friction and Wear, 2002, vol. 23, no. 4, pp. 411-424 (in Russian).Перекрестов, А. П. Механизм действия противоизносной присадки на магнитной основе / А. П. Перекрестов, В. А. Непомнящий // Вестник Астраханского гос. техн. ун-та. - 2008. - № 2 (43). - С. 46-50.Perekrestov, А. P., Nepomnyashchiy, V. A. Mekhanizm deystviya protivoiznosnoy prisadki na magnitnoy os-nove. [Mechanism of antiwear magnetic additive.] Vestnik of Astrakhan State Technical University, 2008, no. 2 (43), pp. 46-50 (in Russian).Материалы смазочные жидкие и пластичные. Метод определения трибологических характеристик на четырехшариковой машине : ГОСТ 9490-75 / Министерство нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности СССР ; Государственный комитет стандартов Совета министров СССР. - Москва : Издательство стандартов, 1987. - 8 с.Materialy smazochnye zhidkie i plastichnye. Metod opredeleniya tribologicheskikh kharakteristik na chetyrekhsharikovoy mashine: GOST 9490-75. [GOST 9490-75. Liquid lubricating and plastic materials. Method of test for lubricating properties on four ball machine.] Ministry of Oil Refining and Petrochemical Industry of the USSR; State Commit-tee for Standards of Council of Ministers of the USSR. Moscow: Izdatel´stvo standartov, 1987, 8 p. (in Russian).Elmore, W.-C. Ferromagnetic Colloid for Studying Magnetic Structures / W.-C. Elmore // Physical Review. - 1938. - Vol. 54, № 5. - № 309-310.Elmore, W.-C. Ferromagnetic Colloid for Studying Magnetic Structures. Physical Review, 1938, vol. 54, no. 5, pp. 309-310.Synthesis of magnetite (Fe3O4) nanoparticles without surfactants at room temperature / I. Martinez-Mera [et al.] // Materials Letters. - 2007. - Vol. 61, iss. 23-24. - P. 4447-4451.Martinez-Mera, I., et al. Synthesis of magnetite (Fe3O4) nanoparticles without surfactants at room temperature. Materials Letters, 2007, vol. 61, iss. 23-24, pp. 4447-4451.Губин, С. П. Что такое наночастица? Тенденции развития нанохимии и нанотехнологии / С. П. Губин // Российский химический журнал (Журнал Рос. хим. общ-ва им. Д. И. Менделеева). - 2000. - Т. 44, № 6. - С. 23-31.Gubin, S. P. Chto takoe nanochastitsa? Tendentsii razvitiya nanokhimii i nanotekhnologii. [What is a nanoparti-cle? Trends in the development of nanochemistry and nanotechnology.] Rossiyskiy khimicheskiy zhurnal (Journal of Mendeleev Russian Chemical Society), 2000, vol. 44, no. 6, pp. 23-31 (in Russian).Preparation and properties of an Aqueous Ferrofluid / P. Berger [et al.] // Journal of Chemical Education. - 1999. - Vol. 76, № 7. - P. 943-948.Berger, P., et al. Preparation and properties of an Aqueous Ferrofluid. Journal of Chemical Education, 1999, vol. 76, no. 7, pp. 943-948.Комлев, А. А. Формирование наночастиц железо-магниевой шпинели при дегидрации соосажденных гидроксидов магния и железа / А. А. Комлев, С. Илхан // Наносистемы: физика, химия, математика. - 2012. - Т. 3, № 4. - С. 114-121.Komlev, А. А., Ilhan, S. Formirovanie nanochastits zhelezo-magnievoy shpineli pri degidratsii soosazhdennykh gidroksidov magniya i zheleza [Formation of iron-magnesium spinel nanoparticles under dehydration of coprecipitated hy-droxides of magnesium and iron.] Nanosystems: physics, chemistry, mathematics, 2012, vol. 3, no. 4, pp. 114-121 (in Rus-sian).Вернигоров, Ю. М. Разрушение частиц ферромагнитного материала в магнитовибрирующем слое с высокой порозностью / Ю. М. Вернигоров, Н. Н. Фролова // Вестник Дон. гос. техн. ун-та. - 2011. - Т. 11, № 7 (58). - С. 1127-1131.Vernigorov, Y. М., Frolova, N. N. Razrushenie chastits ferromagnitnogo materiala v magnitovibriruyushchem sloe s vysokoy poroznost´yu. [Destruction of ferromagnetic material particles in magnetovibrating layer with high porosity.] Vestnik of DSTU, 2011, vol. 11, no. 7 (58), pp. 1127-1131 (in Russian).Квантовохимическое исследование взаимодействия спиртов с ювенильной поверхностью меди / А. С. Кужаров [и др.] // Вестник Дон. гос. техн. ун-та. - 2004. - Т. 4, № 4 (22). - С. 485-488.Kuzharov, A. S., et al. Kvantovokhimicheskoe issledovanie vzaimodeystviya spirtov s yuvenil´noy poverkhnost´yu medi. [Quantum-chemical study on the interaction of alcohols with juvenile copper surface.] Vestnik of DSTU, 2004, vol. 4, no. 4 (22), pp. 485-488 (in Russian).Мельников, А. Ф. Эффективность применения присадок на основе частиц твердых материалов при приработке деталей двигателей внутреннего сгорания / А. Ф. Мельников // Известия Самарского науч. центра Рос. академии наук. - 2011. - Т. 13, № 4 (3). - С. 1116-1118.Melnikov, А. F. Эффективность применения присадок на основе частиц твердых материалов при приработке деталей двигателей внутреннего сгорания [Efficiency of using additives based on solid material particles during break-in period of the ICE parts.] Izvestiya Samarskogo nauch. tsentra Ros. akademii nauk, 2011, vol. 13, № 4 (3), pp. 1116-1118 (in Russian).