ТРИБОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СЛОИСТЫХ ДВОЙНЫХ ГИДРОКСИДОВ РАЗЛИЧНОГО СОСТАВА
Аннотация
В данной работе были синтезированы порошки карбонатных форм слоистых двойных гидроксидов (СДГ), содержащие различные двойные и тройные комбинации соединений Zn, Cu, Cr и Al, взятых в соотношениях Zn:Al=2:1, Zn:Cr=2:1, Cu:Zn:Al=1:1:1 и Cu:Cr=3:1, позволяющих получить химически стабильные продукты. Полученные порошки были исследованы методами рентгеновского фазового анализа и, после высокоэнергетического помола, использованы в качестве добавок (3 масс.%) для приготовления смазочных композиций на основе универсального базового масла И-20А. Трибохимическое поведение полученных смазочных композиций было изучено с использованием машины трения. Исследовалось изменение химического состава трущихся поверхностей стали, величина износа и нагрузка сваривания, а также кинетика изменения коэффициента трения и температуры смазочной композиции в процессе трения. Показано, что добавки всех видов исследованных слоистых двойных гидроксидов существенно улучшают весь комплекс трибологических характеристик модельной смазочной композиции, оказывая комплексное влияние на ее антифрикционные, противоизносные и противозадирные свойства. При этом, вклад в увеличение конкретных трибологических характеристик определяется химическим составом частиц слоистых двойных гидроксидов. Присутствие Zn в наибольшей степени способствует уменьшению коэффициента трения, Cu увеличивает противоизносные свойства поверхности, а Al обеспечивает увеличение нагрузки сваривания трущихся поверхностей стали. Обсуждается механизм трибохимических процессов, протекающих в исследованных системах. Показано, что достигаемый эффект обеспечивается наноразмерным характером частиц слоистых двойных гидроксидов, а также возможностью их встраивания в дефекты поверхности стали и химического взаимодействия с ее поверхностными слоями.
Литература
Babaev E.R. Estimation of interrelation between structure of some nitrogen- containing alkylaryl- substituted phenols and their reactivity and functional properties. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2017. V. 60. N 5. P. 51-56 (in Russian). DOI: 10.6060/tcct.2017605.5569.
Panin S.V., Kornienko L.A., Alexenko V.O., Nguyen Duc Anh, Ivanova L.R. Influence of nanofibers/nanotubes on physical-mechanical and tribotechnical properties of polymer composites based on thermoplastic UHMWPE and PEEK matrixes. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2017. V. 60. N 9. P. 45-51 (in Russian). DOI: 10.6060/tcct.2017609.7у.
Koshelev V.N., Tonkonogov B.P., Kilyakova A.Yu., Aleksanyan K.G., Movsumzade E.M., Alexanyan D.R., Gli-cheva R.K. Study of effect of different origin pigments on frictional properties of polyurea greases. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2016. V. 59. N 7. P. 68-74 (in Russian). DOI: 10.6060/tcct.20165907.5388.
Braithwaite E.R. Solid Lubricants and Surfaces. Oxford, UK: Pergamon. 1964. 294 p. DOI: 10.1016/B978-0-08-010018-0.50003-6.
Bhushan B., Gupta B.K. Handbook of Tribology: Materi-als, Coatings, and Surface Treatments. New York: McGraw-Hill. 1991. 1088 p.
Dai W., Kheireddin B., Gao H., Liang H. Roles of nano-particles in oil Lubrication. Tribiology Internat. 2016. V. 102. P. 88-98. DOI: 10.1016/j.triboint.2016.05.020.
Shahnazar S., Bagheri S., Abd Hamid S.B. Enhancing lubricant properties by nanoparticle additives. Internat. J. Hydrogen Energy. 2016. V. 41. N 4. P. 3153-3170. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2015.12.040.
Mishra G., Dash B., Pandey S. Layered double hydroxides: A brief review from fundamentals to application as evolving biomaterials. Appl. Clay Sci. 2018. V. 153. P. 172-186. DOI: 10.1016/j.clay.2017.12.021.
Miyata S. Anion-exchange properties of hydrotalcite-like compounds. Clays Clay Minerals. 1983. V. 31. N 4. P. 305-311. DOI: 10.1346/CCMN.1983.0310409.
Bai Z., Wang Z., Zhang T., Fu I.,Yang N. Synthesis and characterization of Co-Al-CO3 layered double hydroxides and assessment of their friction performances. Appl. Clay Sci. 2012. V. 59-60. P. 36-41. DOI: 10.1016/j.clay.2012.02.003.
Zhao D., Bai Z., Zhao F. Preparation of Mg/Al-LDHs intercalated with dodecanoic acid and investigation of its antiwear ability. Mater. Res. Bull. 2012. V. 47 (11). P. 3670–3675. DOI: 10.1016/j.materresbull.2012.06.042
Li S., Qin H., Zuo R., Bai Z. Tribological performance of Mg/Al/Cu layered double hydroxides nanoparticles and intercalated products as lubricant additives. Appl. Surf. Sci. 2015. V. 353. P. 643–650. DOI: 10.1016/j.apsusc.2015.05.091.
Li S., Bhushan B. Lubrication performance and mechanisms of Mg/Al-, Zn/Al-, and Zn/Mg/Al-layered double hydroxide nanoparticles as lubricant additives. Appl. Surf. Sci. 2016. V. 378. P. 308–319. DOI: 10.1016/j.apsusc.2016.03.220.
Wang H., Liu Y., Liu W., Wang R., Wen J., Sheng H., Peng J., Erdemir A., Luo J. Tribological behave or of Ni Al-layered double hydroxide nanoplatelets as oil-based lubricant additives. ACS Appl. Mater. Interfaces. 2017. V. 9 N 36. P. 30891-30899. DOI: 10.1021/acsami.7b10515.
Yang G., Zhang Z., Zhang S., Yu L., Zhang P. Synthesis and characterization of highly stable dispersions of copper nanoparticles by a novel one-pot method. Mater. Res. Bull. 2013. V. 48. N 4. P. 1716-1719. DOI: 10.1016/j.materresbull.2013.01.025.
Kedzierski M.A., Gong M. Effect of CuO nanolubricant on R134a pool boiling heat transfer. Internat. J. Refrig. 2009. V. 32. N 5. P. 791-799. DOI: 10.1016/j.ijrefrig.2008.12.007
Padgurskas J., Rukuiza R., Kreivaitis R., Asadauskas S., Brazinskiene D. Tribologic behaviour and suspension stability of iron and copper nanoparticles in rapeseed and mineral oils. Tribol.-Mater. Surf. Interfaces. 2009. V. 3. N 3. P. 97-102. DOI: 10.1179/175158309X12560424605196.
Wang H., Wang Y., Liu Y., Zhao J., Li J., Wang Q., Luo J. Tribological behavior of layered double hydroxides with various chemical compositions and morphologies as grease additives. Friction. 2020. DOI: 10.1007/s40544-020-0380-5.
Tsiganov A., Krivonogova A., Nikityuk T., Smirnova O., Gorokhovsky A. Synthesis, structure and tribological properties of nanocomposite materials in the system of potassium polytitanate–layered double hydroxide–serpentinite. IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 2019. V. 560. N 1. P. 012191. DOI: 10.1088/1757-899X/560/1/012191.
Gorokhovsky A., Tsiganov A., Nikityuk T., Escalante Garcia I., Burmistrov I., Goffman V. Synthesis and prop-erties of nanocomposites in the system of potassium polytitanate-layered double hydroxide. J. Mater. Res. Technol. 2020. V. 9. P. 3924−3934. DOI: 10.1016/j.jmrt.2020.02.018.
Wang K., Wu H., Wang H., Liu Y. Superior extreme pressure properties of different layer LDH nanoplatelets used as boundary lubricants. Appl. Surface Sci. 2020. V. 530. P. 147203. DOI: 10.1016/j.apsusc.2020.147203.
Panda H.S., Srivastava R., Bahadur D. Synthesis and in situ mechanism of nuclei growth of layered double hydroxides. Bull. Mater. Sci. 2011. V. 34. P. 1599-1604. DOI: 10.1007/s12034-011-0364-1.
Cavani F., Trifiro F., Vaccari A. Hydrotalcite-type anionic clays: Preparation, properties and applications. Catal. Today. 1991. V. 11. N 2. P. 173-301. DOI: 10.1016/0920-5861(91)80068-K.
Bai P., Li S., Tao D., Jia W., Meng Y., Tian Y. Tribological properties of liquid-metal galinstan as novel additive in lithium grease. Tribol. Int. 2018. V. 128. P. 181-189. DOI: 10.1016/j.triboint.2018.07.036.
Bukhtiyarova M. A review on effect of synthesis conditions on the formation of layered double hydroxides. J. Solid State Chem. 2018. V. 269. P. 494-506. DOI: 10.1016/j.jssc.2018.10.018.
Li S., Qin H., Zuo R., Bai Z. Friction properties of La-doped Mg/Al layered double hydroxide and intercalated product as lubricant additives. Tribol. Intt. 2015. V. 91. P. 60-66. DOI: 10.1016/j.triboint.2015.06.012.
Yu H.L., Xu Y., Shi P.J., Wang H.M., Zhao Y., Xu B.S., Bai Z.M. Tribological behaviors of surface-coated serpentine ultrafine powders as lubricant additive. Tribol. Int. 2010. V. 43. P. 667–675. DOI: 10.1016/j.triboint.2009.10.006.
Glushchenko A., Zamal'dinov M., Salahutdinov I. Vliyanie antifrikcionnyh prisadok v masle na temperaturu v tribouzle. Vestn. Ul'yanov. Gos. Sel'skokhoz. Akad. 2015. V. 30. N 2. P. 157-161 (in Russian). DOI: 10.1828/1816-4501-2015-2-157-161.
Chakraborty S., Sarkar I., Ashok A., Sengupta I., Pal S.K., Chakraborty S. Thermo-physical properties of Cu-Zn-Al LDH nanofluid and its application in spray cooling. Appl. Therm. Eng. 2018. V. 141. P. 339-351. DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2018.05.114.
Padgurskas J., Rukuiza R., Prosycevas I., Kreivaitis R. Tribological properties of additives of Fe, Cu and Co nano-particles. Tribol. Int. 2013. V. 60. P. 224-232. DOI: 10.1016/j.triboint.2012.10.024.
Wang K., Wu H., Wang H., Liu Y. Superior extreme pressure properties of different layer LDH nanoplatelets used as boundary lubricants. Appl. Surface Sci. 2020. V. 530. P. 147203. DOI: 10.1016/j.apsusc.2020.147203.
Rusin N., Skorencev A. Skorencev Osobennosti formiro-vaniya poverhnosti treniya pri frikcionnom kontakte Al i Fe. Sb. nauch. tr. IV Mezhdun. nauch.-tekhn. konf. molod. uch., asp. i stud. “Vysokie tekhnologii v sovremennoj nauke i tekhnike”. Tomsk: Izd-vo TPU. 2015. P. 67-71 (in Russian).
