References

donstu

Advanced Engineering Research (Rostov-on-Don)

2687-1653

Don State Technical University

10.12737/10391

donstu-234

Research Article

MACHINE BUILDING AND MACHINE SCIENCE

МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ

Study of ferromagnetic nanoparticles effect on tribotechnical lubricating characteristics

Изучение влияния ферромагнитных наночастиц на триботехнические характеристики смазок

Задошенко

Елена Геннадьевна

Zadoshenko

Elena Gennadyevna

zadoshenkoq@rambler.ru

Бурлакова

Виктория Эдуардовна

Burlakova

Victoria Eduardovna

vburlakova@donstu.ru

Донской государственный технический университет, г. Ростов-на-Дону, Российская ФедерацияРоссияDon State Technical University, Rostov-on-Don, Russian FederationRussian Federation

2015

30032015

1518592

2015

Задошенко Е.Г., Бурлакова В.Э.

Zadoshenko E.G., Burlakova V.E.

Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.

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

https://www.vestnik-donstu.ru/jour/article/view/234

The research objective is to study tribological properties of the lubricating 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 FeFe2 O4 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.

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 DC 24000. Исследования проводились методом определения трибологических характеристик с использованием четырехшариковой машины трения. На основе данных рентгенограмм в работе установлен состав ферромагнитных частиц, соответствующий магнетиту FeFe2 O4. 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 композиции 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 содержания магнетита в смазках приводит к снижению их противоизносных свойств.

магнитные наночастицыхимическая конденсациямагнетитсмазкатрениеизноспротивоизносные и противозадирные свойстваferromagnetic nanoparticleschemical condensationmagnetitelubricantfrictionwearantiwear and antiwelding properties

References1

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 application. 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 using 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 using 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 Functional 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 technological 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 передачах / 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 lubricating 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 osnove. [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 Committee 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 nanoparticle? 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 hydroxides of magnesium and iron.] Nanosystems: physics, chemistry, mathematics, 2012, vol. 3, no. 4, pp. 114–121 (in Russian).

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).

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