ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Механизм смазочного действия трикрезилфосфата при трении стали из "Новое о смазочных материалах" Возможность образования фосфата железа из фосфорной кислоты, содержащейся в ТКФ в качестве примеси или являющейся продуктом его декомпозиции, упоминается в некоторых работах, посвященных изучению механизма действия фосфорных присадок. Так, в исследовании Бика с соавторами [1], в котором впервые была сформулирована фосфидная теория, фосфат железа рассматривается как возможный промежуточный продукт разложения присадки. На образование фосфата железа из ТКФ указывается также в работах [11] и [12]. Вайнштейну и Калинскому [5] удалось идентифицировать пленку фосфата железа при изучении ТКФ в качестве антикоррозионной присадки к турбинным маслам. Фосфид железа при этом обнаружен не был, хотя использование радиоактивных изотопов обеспечивало высокую чувствительность метода. [c.26] Кислота взаимодействует с черными металлами с образованием фосфатов как в водных растворах, так и в органических жидких средах [13—20]. С другой стороны, было установлено, что ТКФ промышленного производства содержит фосфорную кислоту [21, 221 и выделяет ее при нагревании [1, 23—26] Следовательно, взаимодействие ТКФ со сталью обязательно должно приводить к появлению фосфатов железа. [c.26] В ряде работ было показано, что в присутствии небольших количеств фосфорной кислоты смазочные свойства синтетических жидкостей улучшаются [23, 27—29] и что вода оказывает заметное влияние на коррозионную агрессивность ТКФ [22]. Эти наблюдения могут служить косвенными свидетельствами той важной роли, которую играет процесс образования кислоты при трении. Кроме того, было установлено [30—31], что трение стали в присутствии ТКФ сопровождается возникновением на поверхности слоя, омическое сопротивление которого превышает 1000 ом. Величины такого порядка типичны для фосфатов, тогда как (это будет доказано в дальнейшем прямыми экспериментами) фосфид железа обладает значительно более низким омическим сопротивлением. [c.26] Рассмотрение литературных данных позволяет сделать следующие выводы механизм действия присадок, в основу которого положены представления об образовании эвтектики железо — фосфид железа, не получил достаточно убедительного подтверждения при анализе пленок, образующихся на поверхностях скольжения механизм противоизносного действия ТКФ не выяснен строение и форма молекул ТКФ не дают оснований ожидать значительного снижения износа и трения в результате адсорбции их на поверхностях твердых тел фосфорная кислота в виде свободной кислоты или как продукт декомпозиции ТКФ легко образует фосфат железа на поверхностях черных металлов. [c.27] Экспериментальное исследование, описанное ниже, было предпринято с целью выяснения механизма смазочного действия ТКФ. Особое внимание было уделено определению химического состава пленок, возникающих на поверхностях металлов в присутствии ТКФ как при трении, так и в статических условиях. При этом оказалось, что фосфат железа входит в состав поверхностных слоев в двух формах РеР04 и РеРО -НаО. Таким образом, результаты анализа поверхностных слоев в сочетании с другими данными указывают на то, что противоизносное действие ТКФ обусловлено образованием на поверхности трения фосфата железа. [c.28] Подробное описание объектов исследования и реактивов приведено в Приложении. [c.28] Трибометр. Трение осуществляли в контакте полусферического стального ползуна с цилиндрической поверхностью стального, вращающегося вокруг вертикальной оси кольца. Силу трения регистрировали тензометрическим динамометром, связанным с ползуном. Износ измеряли по диаметру следа износа на полусферическом основании ползуна результаты измерения пересчитывали в объемные величины. Подробно трибометр описан в работе [35]. Каждый опыт повторяли трижды. После первых десяти оборотов кольца отклонения результатов измерения коэффициентов трения от среднего значения не превышали 0,005. [c.28] Другие приборы. Наряду с трибометром применяли машину трения 5АЕ. Стандартные чашки этой машины использовали также в качестве колец в опытах на трибометре. Для исследования химического состава использовали поверхностные пленки и продукты износа, образовавшиеся в опытах, которые не сопровождались заеданием (подробности см. в работе [36 ). Омическое сопротивление порошков определяли с помощью прецизионного омметра. Для этого образец порошка помещали между двумя латунными поршнями, притертыми по внутренней поверхности стеклянной трубки диаметром 12,7 мм. Расстояние между поршнями (высота столбика из порошка) составляло 1 см. [c.28] Испытания в статических условиях. Порошок железа (5 г) смешивали со 100 г промышленного ТКФ. Смесь нагревали при перемешивании в стеклянном приборе с обратным холодильником [1]. В другой серии опытов стальные кольца погружали в стеклянные стаканы с ТКФ и нагревали в течение 17 ч при 230 °С. [c.28] Искусственные пленки фосфатов. Стальные кольца покрывали слоями фосфатов двух видов [13]. Для этого слегка протравленные разведенной соляной кислотой, промытые и высушенные образцы погружали на 10 сек в 2М раствор Н3РО4. Обработанные таким образом образцы осушали фильтровальной бумагой и помещали на 4 дня в вакуумный эксикатор. Образовавшийся серый слой обладал, по данным рентгеноструктурного анализа, аморфной структурой. Половину из общего числа колец выдерживали после такой обработки в течение 5 дней на воздухе, в результате чего структура серого слоя приобретала кристалличность. Состав слоев не идентифицировали. Было принято (по данным работы [13]), что в первом случае пленка представляет собой Ре(НгР04)2, а во втором — Рез(Р04)з. [c.29] Пленки, искусственно созданные на поверхностях трения. Результаты исследования трения ползуна из закаленной стали по пленкам аморфного первичного и кристаллического третичного фосфатов железа, которые были предварительно нанесены на стальные кольца, представлены на рис. 6. Опыты проводили в присутствии белого масла. Сухое трение стали по пленке первичного фосфата характеризуется высоким коэффициентом (0,7). Как видно из рис. 6, в присутствии белого масла эта величина снижается до 0,16, но при этом процесс трения носит нерегулярный скачкообразный характер. В случае третичного фосфата соответствующие значения коэффициентов составляют 0,25 при сухом трении и 0,12 в присутствии масла при этом трение протекает плавно. Эти результаты означают, что кристаллический третичный фосфат железа обладает более высокими антифрикционными свойствами, чем аморфный первичный. [c.32] Как видно из данных табл. 1, ТКФ способен предотвращать тяжелые формы износа и схватывание поверхностей трения только в присутствии кислорода (или воды, содержащейся в воздухе). Приведенные данные также могут служить основанием для предположения о том, что действие ТКФ при трении частично обусловлено его термическим разложением с последующим образованием свободной фосфорной кислоты при взаимодействии с кислородом и водой [26]. [c.33] Анализ пленок и продуктов износа. Исследовали пленки, образованные на поверхности чашек при трении без заедания на машине ЗАЕ в присутствии промышленного ТКФ. Условия работы машины были следующие нагрузка до 225 кГ, скорость вращения 500 об мин. Качественная проба на ион фосфата (образование молибденового комплекса [37, 38]) подтвердила его присутствие как непосредственно на поверхности трения, так и в продуктах, полученных соскабливанием поверхностного слоя. Проба на фосфин [13] дала отрицательный результат, что свидетельствует об отсутствии на поверхности фосфида. Рентгеноструктурный анализ продуктов износа, содержащихся в ТКФ после испытания, позволил обнаружить в них только а-железо. Нейтронноактивационным анализом было показано, что в этих продуктах содержится кислород (21 5 вес. %). Хотя испытания на машине 5АЕ проводили недостаточно систематически, тем не менее результаты подтверждают наличие фосфата железа в поверхностных слоях, образованных в процессе трения. [c.34] Анализ продуктов реакции, образующихся в статических условиях. Промышленный ТКФ в смеси с порошком железа нагревали в колбе с обратным холодильником до 230 °С в продолжении 2 ч. Качественный анализ осадка после фильтрации продуктов взаимодействия показал наличие в них фосфата и отсутствие фосфида железа. Кислотное число фильтрата оказалось равным 1,8 мг КОН на 1 г образца. [c.35] В другой серии опытов стальные кольца обрабатывали ТКФ в течение 17 ч при 230 °С на воздухе. При этом интенсивно выделялся фенол. Рентгеноструктурный анализ поверхностей, отмытых от жидкости, позволил установить аморфную структуру поверхностных слоев, а нейтроннографический анализ — их состав (26% кислорода и 10,5% фосфора). И в этом случае качественная проба на фосфид оказалась отрицательной. Вместе с тем удалось показать присутствие фосфата. Кислотное число фильтрата составило 12,5 мг КОН на 1 г образца. Наличие иона фосфата, кислорода и кислотность фильтров свидетельствуют о том, что взаимодействие железа с продуктами разложения ТКФ приводит к образованию фосфата железа. [c.35] Снижение износа в результате образования пленки фосфата может быть обусловлено различными причинами разобщением сопряженных металлических поверхностей слоями неорганических солей, сорбцией масла на пленке фосфата и образованием площадок, облегчающих возникновение гидродинамического режима трения. Образование солей и увеличение износа при повышении температуры указывают на химическое взаимодействие присадок с металлом. Следовательно, плоские участки на поверхностях трения образуются в результате процесса коррозионного износа, протекающего с умеренной скоростью. Возникновение тонких борозд на поверхностях трения в присутствии ТКФ, фосфатной пасты и раствора фосфорной кислоты в карбитоле свидетельствует о том, что фосфат железа может играть роль мягкого абразива. Это подтверждают наблюдения Борзова 45] и Роундса [41. [c.36] Рассмотрение литературных данных показало, что эффективность противоизносного действия трикрезилфосфата обусловлена образованием на поверхностях трения фосфатов в результате взаимодействия стали с фосфорной кислотой, которая содержится в исходном ТКФ или выделяется из него в процессе трения. Гипотеза о механизме противоизносного действия ТКФ, согласно которой эффективность этого соединения основана на его способности образовывать эвтектическую смесь железа и фосфида железа, не получила удовлетворительного подтверждения. [c.36] Ниже перечислены результаты экспериментов, подтверждающих фосфатную гипотезу механизма смазочного действия ТКФ. [c.36] Вернуться к основной статье