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

Тетяна Анатоліївна Роїк; Юлія Юріївна Віцюк

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

Автор(и)

Тетяна Анатоліївна Роїк Видавничо-поліграфічний інститут Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» (ВПІ КПІ ім. Ігоря Сікорського), Україна https://orcid.org/0000-0002-4930-0173
Юлія Юріївна Віцюк Видавничо-поліграфічний інститут Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» (ВПІ КПІ ім. Ігоря Сікорського), Україна https://orcid.org/0000-0002-8169-4328

DOI:

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

Ключові слова:

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

Анотація

Стаття аналізує процеси оксидоутворення у плівці тертя на поверхні високонавантаженого антифрикційного композиту на основі порошкового нікелевого сплаву EП975 з твердим мастилом CaF₂на 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.

Біографії авторів

Тетяна Анатоліївна Роїк, Видавничо-поліграфічний інститут Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» (ВПІ КПІ ім. Ігоря Сікорського)

д.т.н., професор, в. о. зав. кафедри технології поліграфічного виробництва

Юлія Юріївна Віцюк, Видавничо-поліграфічний інститут Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» (ВПІ КПІ ім. Ігоря Сікорського)

к.т.н., доцент, кафедра репрографії

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 CaF₂surface 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, https://www.sciencedirect.com/science/journal/00119164/44/1">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].