DOI: https://doi.org/10.20535/2077-7264.2(60).2018.146163

Термодинамічний аналіз взаємодії високообертових композитів друкарських машин на основі нікелю з киснем

Тетяна Анатоліївна Роїк, Юлія Юріївна Віцюк

Анотація


Стаття аналізує процеси оксидоутворення у плівці тертя на поверхні високонавантаженого антифрикційного композиту на основі порошкового нікелевого сплаву EП975 з твердим мастилом CaF2 на повітрі при високих швидкостях обертання або температурах, що виникають на контактних поверхнях, призначеного для оснащення вузлів високошвидкісних друкарських машин. Процеси формування оксидів досліджувались шляхом аналізу взаємодії складної хімічної системи з повітрям за допомогою методу термодинамічного аналізу, що включає аналіз взаємодії індивідуальних речовин і хімічних сполук, що складають композит, з киснем за різних температур. Стаття показує результати термодинамічного моделювання взаємодії досліджуваного антифрикційного композиту з повітрям за високих температур за допомогою програмного забезпечення АСТРА.4. Результати моделювання порівнювались з експериментальними даними. Було встановлено, що утворена плівка тертя містить оксиди легуючих елементів композиту і тверде мастило. Рівень функціональних властивостей антифрикційного композиту для вузлів тертя друкарських машин залежить від кількісного співвідношення утворених оксидів у поєднанні з CaF2 у плівці тертя за високих швидкостей обертання або температурах експлуатації. Термодинамічне комп’ютерне моделювання взаємодії повітря з індивідуальними елементами та зміцнюючими сполуками у дослідженому композиті дало змогу розрахувати склад конденсованих та газо-парових фаз у широкому інтервалі температур. Отримані позитивні результати проведеного дослідження дозволяють рекомендувати нові композитні матеріали на основі нікелю для важких умов роботи вузлів тертя високошвидкісних вузлів тертя поліграфічних машин. Подальші дослідження будуть спрямовані на визначення кількості оксидних фаз у плівці тертя та їх вплив на триботехнічні властивості композиту за різних температурних умов роботи високошвидкісного поліграфічного обладнання.


Ключові слова


антифрикційний композит; порошковий нікелевий сплав; тверде мастило; термодинамічний аналіз; оксиди; температура; деталі тертя друкарських машин

Повний текст:

PDF

Посилання


Kyrychok, P. O. & Roik, T. A. & Havrysh, A. P. & Shevchuk, A. V. & Vitsiuk, Yu. Yu. (2015). Novitni kompozytsiini materialy detalei tertia polihrafichnykh mashyn. Kyiv: NTUU KPI, 428 p. [in Ukrainian].

Kyrychok, P. O. & Roik, T. A. & Havrysh, A. P. & Vitsiuk, Yu. Yu. & Khmiliarchuk, O. I. (2013). Pidvyshchennia efektyvnosti funktsionalnykh kontaktnykh par vuzliv tertia vysokoshvydkisnykh drukarskykh mashyn. Journal of Tekhnolohichni kompleksy, 1(7), 151–157,Lutsk: LNTU [in Ukrainian].

Konopka, K. & Roik, T. A. & Gavrish, A. P. & Vitsuk, Yu. Yu. & Mazan, T. (2012). Effect of CaF2 surface layers on the friction behavior of copper-based composite. Journal of Powder Metallurgy and Metal Ceramics, Vol. 51, N. 5–6, 363–367, Springer, New York. Retrieved from https://doi.org/10.1007/s11106-012-9441-2 [in English].

Jamroziak, K. & Roik, T. (2018). Structure and properties of the new antifriction composite materials for high-temperature friction units. Journal of Proceedings of the 7th International Conference on Fracture Fatigue and Wear, 628−637. Retrieved from https://doi.org/10.1007/978-981-13-0411-8-57 [in English].

Roik, T. & Gavrish, A. & Kyrychok, P. & Vitsuk, Yu. & Askerov, M. (2014). Physical Mechanical And Tribotechnical Properties Of New Composite Bearings For Printing Equipment. Journal of Science of the Gen, 2(172), 141−149. Wroclaw: Tadeusz Kościuszko Military Academy of Land Forces [in English].

Spiegler, K. S. (1983). Thermodynamic Analysis. Journal of Elsevier, Desalination, Vol. 44, Issues 1–3, 3−16 [in English].

Green, Don W. & Perry, Robert H. (1984, 1997, 2008). Thermodynamic Analysis Of Processes. Chemical Engineers’ Handbook [in English].

Demirel, Y. (2013). Thermodynamic Analysis. Journal of Arabian Journal for Science and Engineering, Volume 38, Issue 2, 221–249. Springer Nature Switzerland AG. Part of Springer Nature [in English].

Kornilov, I. I. & Glazovaya, V. V. (1967). Vzaimodeystvie tugoplavkikh metallov s kislorodom. Moscow: Nauka, 255 p. Retrieved from https://www.evaramu.ee/item/qcr5fyt4otzomhbbhz6buojwvkq3hq4n, https://www.ester.ee/record=b2925430*est[in Russian].

Voytovich, R. F. & Pugach, E. A. (1974). Okislenie tugoplavkikh soedineniy. Journal of Poroshkovaya metallurgiya i metallokeramika, 13, 2, 121–126 [in Russian].

Samsonov, G. V. (1973, 2012). Oksidy. Springer-Verlag New York Inc., 540 p. [in Russian].

Kofstad, P. (1988). High Temperature Corrosion. London/New York, 558 p. [in English].

(1985). Poroshkovaya metallurgiya. Materialy, tekhnologii, svoystva, primenenie. Kiev: Naukova dumka, 624 p. [in Russian].

Krutskiy, Yu. L. & Galevskiy, G. V. & Kornilov, A. A. (1983). Okislenie ul’tradispersnykh poroshkov karbidov bora, vanadiya i khroma. Journal of Poroshkovaya metallurgiya, 2, 47−50 [in Russian].

Kosolapova, T. Ya. (1986). Svoystva, proizvodstvo i primenenie tugoplavkikh soedineniy. Moscow: Metallurgiya, 928 p. [in Russian].

Mrowec, S. & Grzesik (2004). Oxidation of nickel and transport properties of nickel oxide. Journal of Physics and Chemistry of Solids, Volume 65, Issue 10, 1651−1657. Retrieved from https://doi.org/10.1016/j.jpcs.2004.03.011 [in English].

Drits, E. M. (1985). Svoystva elemento. Moscow: Metallurgiya, 672 p. [in Russian].

Smitls, K. Dzh. (1980). Metall. Moscow: Metallurgiya, 447 p. [in Russian].

(2004). Smithles’s Metals. Totemeier, Elsevier, 2080 р. [in English].

Grinvud, N. & Ernsho, A. (2008). Khimiya elementov. Moscow: BINOM. Laboratoriya znaniy, Vol. 2, 559 p. [in Russian].

Volkov, A. I. & Zharskiy, I. M. (2005). Bol’shoy khimicheskiy spravochnik. Minsk: Sovremennaya shkola, 608 p. [in Russian].

Wieser, M. E. & Holden, N. & Coplen, T. B. & Böhlke, J. K. (2011). Atomic weights of the elements. Journal of Pure and Applied Chemistry, Vol. 85, No. 5, 1047−1078, doi:10.1351/pac-rep-13-03-02 [in English].

Bourago, N. (1994). Computer code ‘ASTRA’ for non linear problems in continuum mechanics. Journal of Proc. of NORDIC-7 seminar, Trondheim [in English].

Belov, G. V. (2002). Termodinamicheskoe modelirovanie: metody, algoritmy, programmy. Moscow: Nauchnyy mir, 184 p. [in Russian].

Mason, P. & Mignanelli, M. (1998). Modeling thermodynamic processes. Journal of Advanced Materials and Processes, Vol. 153, 4, 21−24 [in English].

Vatolin, N. A. & Moiseev, G. K. & Trusov, B. G. (1994). Termodinimicheskoe modelirovanie v vysokotemperaturnykh neorganicheskikh sistemakh. Moscow: Metallurgiya, 352 p. [in Russian].

Moiseev, G. K. & Vyatkin, G. P. (1999). Termodinimicheskoe modelirovanie v vysokotemperaturnykh neorganicheskikh sistemakh. Chelyabinsk: Izd-vo Yuzhno-Ural'skogogo sudarstvennogo universiteta, 256 p. [in Russian].

Pupyshev, A. A. (2007). Termodinimicheskoe modelirovanie termokhimicheskikh protsessov v spektral’nykh istochnikakh. Ekaterinburg: Ural’skiy gosudarstveenyy tekhnicheskiy universitet. ‘UPI’, 85 p. [in Russian].

Gurvich, L. V. & Veyts, I. V. (1990−1994). Termodinamicheskie svoystva individual'nykh veshchestv: Elementy i soedineniya, Vol. 1−4. Moscow: Izd-vo ‘SRS Press’ [in Russian].

McGlashan, M. L. (2007, 2008). Chemical Thermodynamics, Vol. 1, 2. Royal Society of Chemistry, Thomas Graham House, Cambridge, UK [in English].

Barin, I. (2008). Thermochemical Data of Pure Substances. Weinheim, New York, VCH Publishers, Inc., 2003 p. [in English].


Пристатейна бібліографія ГОСТ


1. Киричок П. О. Новітні композиційні матеріали деталей тертя поліграфічних машин: Монографія / П. О. Киричок, Т. А. Роїк, А. П. Гавриш, А. В. Шевчук, Ю. Ю. Віцюк. К.: НТУУ КПІ, 2015. 428 с.

2. Киричок П. О. Підвищення ефективності функціональних контактних пар вузлів тертя високошвидкісних друкарських машин / П. О. Киричок, Т. А. Роїк, А. П. Гавриш, Ю. Ю. Віцюк, О. І. Хмілярчук // Технологічні комплекси, Луцьк: ЛНТУ. 2013. № 1(7). С. 151–157.

3. Konopka K. Effect of CaF2 surface layers on the friction behavior of copper-based composite / K. Konopka, T. A. Roik, A. P. Gavrish, Yu. Yu. Vitsuk, T. Mazan // Powder Metallurgy and Metal Ceramics. Springer, New York: Volume 51, Number 5–6, 2012. pp. 363–367, https://doi.org/10.1007/s11106-012-9441-2.

4. Jamroziak K. Structure and properties of the new antifriction composite materials for high-temperature friction units / K. Jamroziak, T. Roik // Proceedings of the 7th International Conference on Fracture Fatigue and Wear. FFW-2018. Book ID: 459769_1_En., Chapter No: 57, Lecture Notes in Mechanical Engineering. Springer, Singapore, 2019. pp. 628−637. https://doi.org/10.1007/978-981-13-0411-8-57.

5. Roik T. Physical Mechanical And Tribotechnical Properties Of New Composite Bearings For Printing Equipment / T. Roik, A. Gavrish, P. Kyrychok, Yu. Vitsuk, M. Askerov // Journal of Science of the Gen. Tadeusz Kościuszko Military Academy of Land Forces, Wroclaw, Poland. 2014. № 2(172). pp. 141−149.

6. Spiegler K. S. Thermodynamic Analysis. Elsevier, Desalination. Volume 44. Issues 1–3. 1983. pp. 3−16.

7. Green Don W. Thermodynamic Analysis Of Processes. Chemical Engineers’ Handbook / Don W. Green; Robert H. Perry // Eighth Editio, Access Engineering, Chapter (McGraw-Hill Professional, (1984, 1997, 2008).

8. Demirel Y. Thermodynamic Analysis // Arabian Journal for Science and Engineering. Springer Nature Switzerland AG. Part of Springer Nature. 2013, Volume 38. Issue 2. pp. 221–249.

9. Корнилов И. И. Взаимодействие тугоплавких металлов с кислородом: Монография / И. И. Корнилов, В. В. Глазовая. М.: Наука. 1967. 255 с. E-Varamu, 2018. https://www.evaramu.ee/item/qcr5fyt4otzomhbbhz6buojwvkq3hq4n, https://www.ester.ee/record=b2925430*est.

10. Войтович Р. Ф. Окисление тугоплавких соединений / Р. Ф. Войтович, Э. А. Пугач // Порошковая металлургия и металлокерамика. 1974. том 13. выпуск 2. С. 121–126.

11. Г. В. Самсонов. Оксиды. Справочник, Soft cover reprint of the original 1st ed. 1973. Springer-Verlag New York Inc. 2012. 540 p. ISBN-10: 1461595983, ISBN-13: 978-1461595984.

12. P. Kofstad. High Temperature Corrosion. Elsevier Applied Science, London/New York. 1988. 558 p. Open Library: ID Numbers: OL2394700M, ISBN 10: 1851661549.

13. Порошковая металлургия. Материалы, технологии, свойства, применение. Справочное издание / Под ред. И. М. Федорченко. K.: Наукова думка. 1985. 624 с.

14. Крутский Ю. Л. Окисление ультрадисперсных порошков карбидов бора, ванадия и хрома / Ю. Л. Крутский, Г. В. Галевский, A. A. Корнилов // Порошковая металлургия. 1983. № 2. С. 47−50.

15. Косолапова T. Я. Свойства, производство и применение тугоплавких соединений. Справочник. M.: Металлургия. 1986. 928 с.

16. Mrowec S. Oxidation of nickel and transport properties of nickel oxide / Mrowec S., Grzesik // Elsevier, Journal of Physics and Chemistry of Solids. Volume 65. Issue 10. 2004. P. 1651−1657. https://doi.org/10.1016/j.jpcs.2004.03.011.

17. Дриц E. M. Свойства элементов / Дриц E. M. Справочное издание. М.: Металлургия. 1985. 672 с.

18. Смитлс K. Дж. Металлы / Смитлс K. Дж. Справочник. Пер. с англ. М.: Металлургия. 1980. 447 с.

19. Smithles’s Metals. Reference Book. Edited by William F. Gale and Terry C. Totemeier, Elsevier. 2004, 8th Edition, eBook ISBN: 9780080480961, Hardcover ISBN: 9780750675093, Imprint: Butterworth-Heinemann, Published Date: 9th December 2003. 2080 р.

20. Гринвуд Н. Химия элементов / Н. Гринвуд, А. Эрншо. Монография. M.: БИНОМ. Лаборатория знаний. 2008. Т. 2. 559 с.

21. Волков А. И. Большой химический справочник / A. И. Волков, И. M. Жарский. Минск: Современная школа. 2005. 608 с. ISBN 985-6751-04-7.

22. Wieser M. E. Atomic weights of the elements / M. E. Wieser, N. Holden, T. B. Coplen, J. K. Böhlke. 2011, (IUPAC Technical Report). Pure and Applied Chemistry. 2013. Vol. 85. No. 5. P. 1047−1078, doi:10.1351/pac-rep-13-03-02.

23. N. Bourago. Computer code ‘ASTRA’ for non linear problems in continuum mechanics. Proc. of NORDIC-7 seminar, Trondheim. 1994. Short description in English.

24. Белов Г. В. Термодинамическое моделирование: методы, алгоритмы, программы / Белов Г. В. Монография. M.: Научный мир. 2002. 184 с.

25. Mason P. Modeling thermodynamic processes / P. Mason, M. Mignanelli // Advanced Materials and Processes. 1998. Vol. 153. № 4. pp. 21−24.

26. Ватолин Н. А. Термодинимическое моделирование в высокотемпературных неорганических системах: Монография / Н. А. Ватолин, Г. K. Moисеев, B. Г. Tрусов. M.: Металлургия. 1994. 352 с.

27. Moисеев Г. K. Термодинимическое моделирование в высокотемпературных неорганических системах: Монография / Г. K. Moисеев, Г. П. Вяткин. Челябинск: Изд-во Южно-Уральскогого сударственного университета. 1999. 256 с.

28. Пупышев A. A. Термодинимическое моделирование термохимических процессов в спектральных источниках / Пупышев A. A. Екатеринбург: Уральский государствееный технический университет. «УПИ». 2007. 85 с.

29. Гурвич Л. В. Термодинамические свойства индивидуальных веществ: Элементы и соединения /Л. В. Гурвич, И. В. Вейц. Т. 1−4. M.: Изд-во «CРC Пресс». 1990−1994, ISBN: 0849399289, 9780849399282.

30. McGlashan M. L. Chemical Thermodynamics / McGlashan M. L. Vol. 1, 2. 2007, 2008. Royal Society of Chemistry, Thomas Graham House, Cambridge, UK, Registered charity number: 207890, 2018.

31. Barin I. Thermochemical Data of Pure Substances / Barin I. Third Edition, Weinheim, New York, VCH Publishers, Inc. 2008. 2003 p.



Метрики статей

Завантаження метрик ...

Metrics powered by PLOS ALM


 Ліцензія Creative Commons

follow me on facebook

© ВПІ КПІ ім. Ігоря Сікорського