Изыскание новых путей и развитие фундаментальных основ применения наноматериалов и нанотехнологий для защиты и смазки поверхности металлов является задачей большой научно-практической значимости [1-4].
Ранее нами было обнаружено, что в нанопленке, образующейся в результате адсорбции на стали 3 катионных ПАВ из разбавленного водного раствора Алкамона (А) и Триамона (Т), где А/Т=1, энергия связи азотаN1s примерно на 2 эВ выше, по данным РФЭС, чем в нанопленке, полученной из раствора А или Т той же концентрации [2]. В данной работе измеряли скорость равномерного движения стальных шариков с одинаковыми массами и диаметрами, модифицированных различными веществами, при прохождении ими фиксированного расстояния в вертикальной трубе (установке Стокса с D=0,14 м и Н=1,5 м), заполненной касторовым маслом. Выяснилось, что скорость возрастает (сопротивление среды падает) в ряду образцов: Т/Ст < А/Ст < ГКЖ/Ф/Ст < (А+Т)/Ст ≤ А/Т/Ст, где Ст – сталь 3; Ф – фосфатный согласующий подслой на стали; ГКЖ – слой (~ 300 нм), нанесенный из гидрофобизирующего кремнийорганической жидкости; А+Т – двухкомпонентная пленка, нанесенная из смеси А/Т=1; А/Т/Ст – образец, где на сталь последовательно нанесены нанослой Т, а затем –А. Испытания растворов на основе А и Т в качестве смазки промышленного высокоскоростного конвейера со стальной транспортировочной трассой подтвердило, что наилучший антифрикционный эффект (в 7÷10 раз выше) дает состав с А/Т=1 (по массе) [2]. Наиболее высокий и стабильный антикоррозийный эффект по результатам лабораторных и натурных испытаний в воздушной атмосфере соляных рудников для стальных образцов, содержащих приведенные выше нанопленки, характерен для образцов (А+Т)/Ст и А/Т/Ст, что коррелирует с усилением водоотталкивающих свойств образцов [5].
Наилучшими водоотталкивающими свойствами (гидрофобностью) из изученных Al – порошков обладали порошки с «триамоновым» Т – подслоем А/Т/Al. Al – порошки марок ПАП-2, АСД-1 и ПА-3 модифицированы наноструктурами из паров А, Т, ГКЖ впервые. Al – пудра, используемая для наполнения краски «серебрянки», содержащая двухкомпонентную (А/Т или А+Т) пленку на поверхности частиц, увеличивает свою химическую активность при окислении на воздухе (1173 К, 300с) по сравнению с исходной пудрой только после предварительного хранения образцов на воздухе. Иное дело, образцы А/Т/ПАП-2 и (А+Т)/ПАП-2, которые сразу после получения демонстрируют усиление активности не менее, чем на 30 %, по сравнению с исходным ПАП-2 (погрешность – 10 %), который обладает активностью на уровне нанопорошка алюминия.
Структура и состав поверхности полученных наноструктурированных металлических материалов изучены современными физическими методами (РФЭС, АСМ) и обнаружен эффект пассивации поверхности в образцах с «триамоновым» наноподслоем в предложенном бислойном А/Т – покрытии. После полугода коррозии на производстве в атмосфере соляных (калийных) рудников энергия связи уровня Fe2p железа в поверхностом слое этих образцов составляла, по данным РФЭ–спектров (710,0±0,1) эВ – минимальное значение в сравнении со стальными пластинами, защищенными другими покрытиями (традиционными до 20–40 мкм толщиной и наноструктурированными [5]). Бислойное нанопокрытие А/Т, не являясь лидером по защите из данных гравиметрического контроля коррозии [5], обладает пассивирующим действием и сохраняет энергию связи (степень окисления) железа на уровне исходной стали до коррозии (710,2 эВ). Эти факты делают перспективным нанесение согласующего сверхтонкого органофильного А/Т – подслоя перед покраской традиционными покрытиями на органической основе. Разработки внедрены на некоторых горных предприятиях Беларуси.
Рассматриваются перспективы использования модифицированных алюминиевых порошков для улучшения свойств индустриальных масел для смазки металлоконструкций и горного оборудования. Акустическим методом на высоких частотах (~20кГц) установлено, что интегральный показатель трения D (пропорциональный силе трения) при введении в веретенное масло Al-присадок, содержащих А/T-нанослой на поверхности, уменьшается, в среднем, в 6-7 раз по сравнению с маслом, наполненным присадками активированного угля той же концентрации.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Меретуков М.А., Цепин М.А., Сырков А.Г. и др. Кластеры, структуры и материалы наноразмера: инновационные и технические перспективы. М.: Изд. «Руда и металлы». 2005. 128 с.
2. Махова Л.В., Сырков А.Г., Степанова И.В. и др. // Конденсированные среды и межфазные границы. 2003. Т. 5. № 4. С. 423-428.
3. Syrkov A.G. // Non-Ferrous Metals. Nano-Structured Metals and Materials. 2006. № 4. Р. 10-15.
4. Сырков А.Г. // Металлы Евразии. 2006. № 5 . С. 64-67.
5. Ярцев И.К., Плескунов В.Н., Сырков А.Г. и др. // Цветн. мет. «Наноструктурированные металлы и материалы». 2005. № 9. С. 36-40.