Синтез, структура и трибохимические свойства нанокомпозитных материалов системы полититанат калия – слоистый двойной гидроксид тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Цыганов Алексей Русланович

• Цыганов Алексей Русланович
• кандидат наук
• 2021

Оглавление диссертации кандидат наук Цыганов Алексей Русланович

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1 Трибохимические сопряжения в узлах трения и механизм трибохимических реакций

1.1.1 Явление трения. Виды трения. Виды трибохимических реакций

1.1.2 Факторы, влияющие на химический состав трущихся поверхностей и величину коэффициента трения

1.2 Традиционные антифрикционные материалы и трибохимические процессы с их участием

1.2.1 Графит

1.2.2 Дисульфид молибдена

1.2.3 Серпентинит

1.3 Наноразмерные антифрикционные материалы и особенности их поведения в трибохимических системах

1.3.1 Наноуглеродные материалы

1.3.2 Наноразмерные сульфиды и селениды

1.3.3 Простые и сложные оксиды

1.3.4 Нанопорошки металлов

1.4 Слоистые титанаты калия и их модификации

1.4.1 Синтез и структура титанатов калия

1.4.2 Синтез и трибологические свойства слоистых титанатов калия и их производных, модифицированных соединениями переходных металлов

1.5 Слоистые двойные гидроксиды

1.5.1 Синтез, строение и свойства слоистых двойных гидроксидов

1.5.2 Трибологические и трибохимические свойства СДГ

1.6 Выводы по главе. Рабочая гипотеза

Глава 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ И ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ МАТЕРИАЛЫ

2.1 Реактивы и материалы

2.2 Методы исследований физико-химических свойств

2.3 Синтез базового полититаната калия

2.4 Синтез слоистых двойных гидроксидов

2.5 Синтез нанокомпозитных материалов в системе полититанат калия - слоистые двойные гидроксиды

2.6 Методика приготовления смазочных композиций

2.7 Методика исследования трибохимических свойств исследуемых порошков

2.8 Методика измерения микротвердости поверхностей трения

2.9 Методика оценки триботехнических характеристик смазок на основе

исследуемых высокодисперсных порошков

Глава 3. СОСТАВ, СТРОЕНИЕ И СВОЙСТВА ОБЪЕКТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ

3.1 Состав, строение и физико-химические свойства синтезированных слоистых двойных гидроксидов

3.2 Состав, строение и свойства базового полититаната калия

3.3 Исследование нанокомпозитных материалов системы ПТК-СДГ

3.3.1 Определение оптимального соотношения ПТК/СДГ, позволяющего синтезировать нанокомпозитный материал

3.3.2 Состав, строение и свойства нанокомпозитных материалов системы ПТК-СДГ

3.4 Выводы по главе

Глава 4. ТРИБОЛОГИЧЕСКИЕ И ТРИБОХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СЛОИСТЫХ ДВОЙНЫХ ГИДРОКСИДОВ РАЗЛИЧНОГО СОСТАВА И НАНОКОМПОЗИТОВ НА ИХ ОСНОВЕ

4.1 Трибохимические свойства слоистых двойных гидроксидов

4.2 Трибохимические свойства нанокомпозитных материалов в системе ПТК-СДГ

4.2.1 Трибохимические свойства базового ПТК

4.2.2 Трибологические свойства нанокомпозитных материалов и компаундов, синтезированных в системе ПТК-СДГ

4.2.3 Трибохимические свойства нанокомпозитов системы ПТК-СДГ

4.2.4 Механизм внедрения компонентов системы ПТК-СДГ в структуру трущихся поверхностей

4.2.5 Влияние длительности фрикционного контакта смазочных композиций на основе нанокомпозитов системы ПТК-СДГ на фракционный состав и морфологию

частиц добавки

4.3 Выводы по главе

Глава 5. ТРИБОТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ СМАЗОЧНЫХ КОМПОЗИЦИЙ С ДОБАВКАМИ СИНТЕЗИРОВАННЫХ НАНОКОМПОЗИТОВ

5.1 Трибологические свойства нанокомпозитных порошков в составе пластичных смазок

5.2 Выводы по главе

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Приложение А. Справка о практическом применении результатов диссертационной работы

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

ПТК - полититанат калия;

СДГ - слоистый двойной гидроксид;

СДГ(Ме(П)/Ме(Ш)-СОз) - карбонатная форма слоистого двойного

гидроксида соответствующих двух- и трехвалентного металлов;

ПТК-СДГ(Ме(П)/Ме(Ш)-СОз) - нанокомпозит представляющий собой

полититанат калия, частицы которого декорированы наночастицами

карбонатной формы слоистого двойного гидроксида соответствующих

двух- и трехвалентного металлов;

ЭДС - энергодисперсионная спектроскопия;

СЭМ - сканирующая электронная микроскопия;

ПЭМ - просвечивающая электронная микроскопия

ИК (ИКС)- Инфракрасный (инфракрасная спектроскопия)

РФА - рентгеновский фазовый анализ;

СМ - смазочный материал;

СК - смазочная композиция;

УНТ - углеродные нанотрубки.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Синтез, структура и трибохимические свойства нанокомпозитных материалов системы полититанат калия – слоистый двойной гидроксид»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. Нанокомпозитные материалы, имеют огромные перспективы для использования в различных направлениях науки и техники. Частицы твердых тел, состоящие из прочно связанных частиц основной матрицы и наноразмерного компонента, различающихся между собой по химическому составу, структуре и свойствам, как правило, имеют функциональные характеристики, заметно отличающиеся от свойств традиционных композитных материалов, сформированных из механических смесей этих компонентов. Сочетание и взаимное влияние свойств каждого из компонентов, открывает дополнительные возможности проявления эффекта синергизма в поведении нанокомпозитов.

В зависимости от направления потенциального использования нанокомпозитов, требования к их составу и способам получения могут значительно отличаться. Так, например, в случае материалов, предназначенных для использования в узлах трения различных машин и механизмов, особый интерес представляют нанокомпозиты, предназначенные для введения в состав смазочных композиций в виде добавок, регулирующих их трибологическое поведение. Прежде всего, это относится к влиянию на процессы трения и износа, а также - холодное сваривание поверхностей трения под нагрузкой. Трибологические свойства смазочных материалов в значительной степени определяют энергопотребление машин и механизмов, затрачиваемое на трение и износ деталей.

Механизм действия добавок в твердых и загущенных смазочных композициях определяется характером физических и химических взаимодействий между частицами этих добавок с поверхностью трения и окружающей средой.

Традиционно в составе смазок используют антифрикционные и противоизносные добавки, твердые частицы которых имеют слоистую структуру (графит, дисульфид молибдена, серпентиниты). Их слои могут относительно свободно перемещаться друг относительно друга, снижая трение и вероятность возникновения прямого контакта между трущимися поверхностями. В качестве

6

новых видов таких добавок в смазочные композиции широко исследуются также и нанопорошки различных металлов и оксидов металлов, способные активно химически взаимодействовать с поверхностью трения (трибохимические реакции) и модифицировать ее состав, структуру и свойства. Однако, все перечисленные виды добавок имеют существенные недостатки и в полной мере не удовлетворяют требованиям, предъявляемым как производителями, так и потребителями смазочных материалов, в частности - имеют высокую стоимость и не способны оказывать положительное влияние на весь комплекс триботехнических характеристик смазки.

В качестве альтернативного антифрикционного материала рассматривается полититанат калия (ПТК) (квазиаморфное соединение состава К20пТЮ2тН20 (п=3,5-4,5, т=0,5-2,0). ПТК имеет слоистую структуру, которая образованна сильно искаженными двойными слоями титан-кислородных октаэдров (полианионы), между которыми располагаются ионы калия, гидроксония и молекулы воды. Межслойное расстояние, даже в пределах структуры одной частицы ПТК, варьируется в широком диапазоне (0,1-1,1) нм и такая квазиаморфная структура сохраняется до 700-800 оС. Превосходное трибологическое поведение частиц ПТК определяется главным образом их слоистой структурой, хотя механизм влияния добавок ПТК на трибологические свойства смазочных композиций до сих пор детально не исследовался. При этом, в силу особенностей слоистой структуры, чешуйчатые частицы ПТК можно легко модифицировать с использованием методов «мягкой химии» (интеркаляция в межслойное пространство ионов различных переходных металлов, а также декорирование частиц ПТК наночастицами оксидов этих металлов).

С другой стороны, в качестве антифрикционных добавок в смазочные композиции ранее было предложено использовать некоторые виды слоистых двойных гидроксидов (СДГ) представляющие собой гидроталькитоподобные анионные системы с общей формулой [М(11)1-хМ(Ш)х(0И)2]х+[Лп-х/п уН20]х-, где М(11) и М(Ш) - двух- и трехвалентный металлы, а Ап- - п-валентный анион. Эти соединения имеют слоистую кристаллическую структуру с широкими

возможностями для варьирования природы катионов и анионов, а также размер, как правило, не превышающий 100 нм. Однако, варьирование их химического состава существенно влияет на их трибологическое поведение. Кроме того, добавки СДГ малоэффективны при высоких нагрузках в узле трения.

В связи с вышесказанным, разработка новых видов нанокомпозитных материалов на основе различных комбинаций ПТК и СДГ, обладающих улучшенными трибологическими свойствами, является актуальной задачей.

Цель работы: является получение нанокомпозитных материалов в системе ПТК-СДГ, обладающих комплексом трибологических характеристик, регулируемых за счет химического состава СДГ.

Для достижения поставленной цели решались следующие основные задачи:

• Исследование общих закономерностей влияния мольного соотношения Me2+/Me3+ на фазовый состав продуктов соосаждения различных карбонатных форм СДГ, полученных в системах: Zn/Al, Zn/Cr, Cu/Al, Cu/Cr и Cu/Zn/Al.

• Разработка методики синтеза нанокомпозитных материалов в системе полититанат калия (ПТК) - слоистые двойные гидроксиды (СДГ) и изучение состава, структуры и свойств полученных материалов;

• Изучение особенностей трибологического поведения синтезированных порошков СДГ и нанокомпозитных материалов ПТК-СДГ в зависимости от их химического состава;

• Исследование структуры и химического состава поверхности трения формирующейся при трибохимическом взаимодействии металла (высокоуглеродистая низколегированая сталь) с частицами нанокомпозитных материалов системы ПТК-СДГ, а также изменений химического и фазового состава, происходящих в этих материалах при трении;

• Разработка принципов формирования (прототипов) смазочных композиций на основе нанокомпозитных порошков системы ПТК-СДГ, обладающих оптимальным набором трибологических свойств для конкретных видов узлов трения.

Объектом исследования является квазиаморфный полититанат калия (ПТК) состава К20пТЮ2тН20 (п=4,0±0,1, т = 0,5±0,1), слоистые двойные гидроксиды состава [МЬхЯх(0И)2]х+ [С032-х/п ■ уИ20]х- (М = гп, Си; Я = Л1, Сг), а также нанокомпозитные материалы, полученные на их основе.

Предмет исследования: влияние условий синтеза на химический и фазовый состав, морфологию, химико-физические и трибологические свойства СДГ и нанокомпозитных материалов, полученных путем синтеза СДГ в водных дисперсиях в присутствии порошков ПТК.

Методы исследования. При выполнении работы использованы следующие инструментальные методы исследования: просвечивающая электронная микроскопия (ПЭМ), сканирующая электронная микроскопия (СЭМ), инфракрасная спектроскопия (ИКС), рентгеновский фазовый анализ (РФА), рентгеновский флуоресцентный и энергодисперсионный анализ, методы дифракции лазерного излучения.

Исследование трибохимического поведения и трибологические свойства смазочных композиций на основе синтезированных порошков проводились на четырехшариковой машине трения в соответствии с ГОСТ 9490-75, а также на машине трения вращательного действия представляющей собой пару трения типа обойма-ролик (машина Тимкена).

Научная новизна. В работе впервые:

• Выявлены условия синтеза, позволяющие получить монофазные порошки карбонатных форм слоистых двойных гидроксидов (СДГ), содержащих Ме2+= гп2+ и/или Си2+ а также Ме3+ = Л13+ или Сг3+.

• Разработана методика синтеза нанокомпозитных материалов на основе полититаната калия и карбонатных форм слоистых двойных гидроксидов состава гп/Л1; 7п/Сг; Си/Сг и Си/7п/Л1.

• Исследовано влияние химического и фазового состава нанокомпозитных материалов на основе полититаната калия и карбонатных форм слоистых двойных гидроксидов систем 2п/Л1, 7п/Сг, Си/Сг и Си/7п/Л1 на их химико-физические и трибологические свойства.

• Установлены закономерности трибохимических процессов, протекающих на поверхности трения стали в присутствии модельных смазочных композиций, содержащих добавки слоистых двойных гидроксидов исследованных составов, а также нанокомпозитных материалов системы полититанат калия -слоистые двойные гидроксиды.

Практическая значимость результатов работы.

1. Разработана методика синтеза нанокомпозитных материалов, представляющих собой субмикроразмерные частицы полититаната калия, декорированные наночастицами слоистых двойных гидроксидов различного химического состава, и характеризуемых заданным набором трибологических свойств, варьируемых за счет изменения химического состава слоистого двойного гидроксида.

2. Экспериментально доказано, что синтезированные нанокомпозиты в составе смазочных материалов эффективно снижают величину коэффициента трения и износ стальных поверхностей при взаимодействии в условиях трибологического контакта, а также увеличивают значение нагрузки их сваривания в тяжело нагруженных узлах трения.

3. Разработаны принципы подбора состава нанокомпозитных порошков системы ПТК-СДГ для использования в смазочных композициях, имеющих уникальный набор трибологических характеристик. Даны рекомендации по использованию разработанных нанокомпозитных порошков в составе конкретных смазочных композиций.

Опытная партия шумоподавляющей смазки для железнодорожных сортировочных станций, содержащая добавки разработанных нанокомпозитных материалов системы ПТК-СДГ(Zn/Al-COз) прошла успешную апробацию при проведении полигонных испытаний на станции Люблино-сортировочная Московской железной дороги (Справка о практическом применении представлена в Приложении А).

По результатам работы подана заявка на изобретение № 2021110241 от 21.04.2021: Нанокомпозитный материал на основе титаната калия / Цыганов А.Р., Гороховский А.В.

Достоверность полученных результатов подтверждается воспроизводимостью экспериментальных данных при систематическом исследовании и статистическими методами обработки. Работа выполнена с использованием современного исследовательского оборудования, а трибологические свойства синтезированных материалов определены с использованием стандартных методик (ГОСТ).

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Монофазные порошки карбонатных форм слоистых двойных гидроксидов (СДГ), относящихся к системам СДГ(Zn/Al-CO3), СДГ(Zn/Cr-COз) и СДГ(Cu/Zn/Al-COз), могут быть получены методом соосаждения в щелочных растворах при определенных мольных соотношениях Ме2+/Ме3+, в то время как использование смесей нитратов Cu2+ и &3+ - неизбежно приводит к появлению примесных кристаллических фаз, а синтез на основе смесей нитратов ^2+ и Al3+ , а также ^2+, Zn2+ и &3+, не позволяет получить СДГ в качестве продукта.

2. Синтез СДГ методом соосаждения в водных дисперсиях порошка полититаната калия (ПТК) в исследованных системах при соотношении а = ([Me2+]+[Me3+]/ПТК) 0,002-0,003 моль/г, позволяет получить частицы нанокомпозитных материалов состава ПТК-СДГ, структура которых представлена субмикроразмерными пластинами ПТК, поверхность которых равномерно декорирована наноразмерными частицами карбонатных форм СДГ.

3. Химический состав слоистых двойных гидроксидов систем СДГ(7п/Сг-СО3), СДГ(Си/ СГ-СО3), СДГ(7п/А1-СО3) и СДГ(Си/7п/А1-СО3), а также нанокомпозитных материалов системы ПТК-СДГ, полученных на их основе, влияет на трибологическое поведение порошков этих материалов.

Добавки нанокомпозитных порошков системы ПТК-СДГ придают смазочным композициям более высокие трибологические свойства в сравнении с механическими смесями порошков ПТК и СДГ, взятых в тех же пропорциях.

4. Трибохимическое взаимодействие порошков СДГ и ПТК-СДГ с поверхностью стали приводит к внедрению всех химических элементов, входящих в их состав, в структуру поверхностного слоя металла, а также к заполнению неровностей поверхности агломератами этих частиц, характеризуемых низким значением коэффициента трения.

5. Использование нанокомпозитных материалов системы ПТК/СДГ в составе традиционных смазочных композиций обеспечивает существенное улучшение всего комплекса эксплуатационных свойств (антифрикционные, противозадирные, противоизностные и нагрузочные свойства) смазочных материалов на их основе. При этом использование добавок ПТК-СДГ(7п/Сг-СОз) целесообразно в высокоскоростных узлах трения при низких нагрузках, а нанокомпозитов систем СДГ(7п/А1-СОз) и, особенно, СДГ(Си/7п/А1-СО3) - в высоконагруженных узлах машин и механизмов.

Апробация результатов работы.

Основные результаты работы представлены и обсуждены на VI Международной научной конференции для молодых ученых (Саратов, 2017), VIII Международной молодежной научной конференции «Наноматериалы и нанотехнологии: проблемы и перспективы» (Саратов, 2018), Международной конференции «Современные проблемы машиностроения» (Новосибирск, 2018), VI Междисциплинарном научном форуме с международным участием (Москва, 2020), VII Международной Российско-Казахстанской научно-практической конференции (Новосибирск, 2021)

Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 статей в журналах из Перечня ведущих рецензируемых научных изданий, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ, включая 4 статьи - в изданиях, входящих в международные реферативные базы данных и системы цитирования WoS и Scopus.

Личный вклад автора состоит в проведении всех исследований по синтезу и модификации порошков ПТК, СДГ и нанокомпозитов на их основе; по изучению строения, состава и свойств полученных продуктов методами РФА, ИКС, и лазерной дифракции; по подготовке образцов при проведении

исследований методами СЭМ и ПЭМ; по изготовлению модельных смазочных композиций с добавками ПТК, СДК и нанокомпозитов системы ПТК-СДГ и исследованию их трибологических свойств; в обработке полученных результатов, а также анализу наблюдаемых эффектов и закономерностей.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов и списка использованной литературы, включающего 200 наименований. Работа изложена на 155 страницах, содержит 49 рисунков, 6 таблиц и 1 приложение.

Работа выполнялась в рамках ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы» (соглашение № 14.574.21.0005), проектов, поддержанных Российским Научным Фондом (проект 19-73-10133, 2019-2022) и Фондом содействия инновациям (Договор № 13926ГУ2019, Программа «УМНИК»).

Глава 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1 Трибохимические сопряжения в узлах трения и механизм

трибохимических реакций

1.1.1 Явление трения. Виды трения. Виды трибохимических реакций

Прежде всего, следует различать два физически различных явления трения: трение покоя и кинетическое трение. Сила трения покоя определяется как минимальная сила, необходимая для начала скольжения. Его значение определяется атомной структурой скользящей границы и адгезионными взаимодействиями. Чтобы инициировать скольжение, нужно либо разорвать межатомные связи, либо инициировать пластическое течение на границе раздела.

Кинетическая сила трения - это сила, необходимая для поддержания скольжения двух подложек. Собственно, кинетическое трение следует рассматривать как механизм преобразования энергии поступательного движения в тепло.

Как статическое, так и кинетическое трение очень важны в приложениях, а также в разных ситуациях. Желательны высокие или низкие значение трения. Высокое статическое трение необходимо для сохранения устойчивости механических конструкций. Низкое статическое трение желательно в движущихся частях машин, например, автомобильных двигателях. Физическое объяснение эмпирических законов трения было дано Боудером и Табором [1].

Следует различать два разных режима трения: гидродинамическое (жидкостное) трение и граничная смазка. В первом случае подложки разделены толстым слоем (например, 0,01 мм) смазочной пленки. В условиях граничной смазки поверхности разделены тонкой (несколько атомных слоев) смазочной пленкой. Граничная смазка, очевидно, является наиболее важной в микромашинах. Однако даже в макромашинах там, где обычно действует гидродинамическое трение, граничная смазка также важна при моментах остановки / запуска, когда смазка выдавливается из зоны контакта и поверхности выходят в прямой контакт.

Трение имеет молекулярно-механическую природу. На площадках фактического контакта поверхностей действуют силы молекулярного притяжения, которые проявляются на расстояниях, в десятки раз превышающих межатомное расстояние в кристаллических решетках, и увеличиваются с повышением температуры. Молекулярные силы при наличии либо отсутствие промежуточной вязкой прослойки вызывают адгезию в том или ином количестве участков трения. Она возможна между металлами и/или поверхностными пленками оксидов. Адгезия может быть обусловлена одновременно и действием электростатических сил. Силы адгезии, как и молекулярные силы прямо пропорциональны площади фактического контакта. Относительное смещение поверхностей при наличии взаимного притяжения и адгезии сопровождается деформацией сдвига, что вследствие неидеальной упругости материала требует затраты энергии.

Более сильным проявлением молекулярных сил является схватывание поверхностей. Сила трения в этом случае зависит от протяженности зон схватывания и сопротивления их разобщения. Молекулярная составляющая силы трения является причиной высокого значения коэффициента трения. Пленки окислов, влага и загрязнения на металлических поверхностях влияют на коэффициент трения двояко. Силы молекулярного притяжения между ними могут быть в сотни раз меньше, чем в случае взаимодействия металла на чистом контакте. Кроме того, прочность оксидных слоев обычно меньше прочности основного металла, поэтому сопротивление срезанию частиц при перемещении, наряду с силами молекулярного взаимодействия, значительно снижается, и коэффициент трения падает. Толстые пленки оксидов на поверхности металлов обладают меньшей твердостью, и наличие их приводит к повышению площади фактического контакта, причем, если это возрастание будет протекать быстрее, чем уменьшение механической составляющей, то произойдет увеличение силы трения.

При граничной смазке поверхности сопряженных тел разделены слоем смазочного материала весьма малой толщины. Наличие граничного слоя или

граничной пленки снижает силы трения по сравнению с трением без смазочного материала в 2.. .10 раз и уменьшает износ сопряженных поверхностей в сотни раз.

Все масла способны адсорбироваться на металлической поверхности. Прочность пленки зависит от наличия в ней активных молекул, качества и количества последних. Хотя минеральные смазочные масла являются механической смесью неактивных углеводородов, они, за исключением не работавших сверхчистых масел, всегда имеют включения органических кислот, смол и других поверхностно-активных веществ. Жирные кислоты входят в состав масел растительно-животного происхождения, а также в состав пластичных смазочных материалов. Поэтому почти все смазочные масла образуют на металлических поверхностях граничную фазу квазикристаллической структуры толщиной до 0,1 мкм, обладающую более или менее прочной связью с поверхностью и продольной когезией. При наличии относительно толстой масляной прослойки между поверхностями трения переход от ориентированной структуры масла к неориентированной совершается скачком.

Механизм трения при граничной смазке представляется в следующем виде. Под нагрузкой протекает упругая пластическая деформация на площадках контакта, покрытых граничной пленкой смазочного материала вплоть до мономолекулярного слоя. На площадках контакта может произойти взаимное внедрение поверхностей без нарушения целостности смазочной пленки. Сопротивление движению при скольжении складывается из сопротивления сдвигу граничного слоя и сопротивления «пропахивания» поверхностей внедрившимися объемами твердых частиц. Кроме того, на площадках контакта, подвергнутых наиболее значительной пластической деформации, и в точках с высокими локальными температурами может произойти разрушение смазочной пленки с наступлением адгезии обнажившихся поверхностей и даже схватывание металлов на микроучастках (холодное сваривание). Это вызывает дополнительное сопротивление движению.

Благодаря подвижности молекул смазочного материала на поверхности трения адсорбция протекает с большой скоростью, что сообщает смазочной

пленке свойство самозалечивания при местных ее повреждениях. Эта способность играет большую роль в предупреждении лавинного процесса схватывания.

Эффективность смазочного действия помимо фактора адсорбции зависит от химического взаимодействия металла и смазочного материала. Химическим явлениям принадлежит важная роль в организации смазывающего действия.

1.1.2 Факторы, влияющие на химический состав трущихся поверхностей и

величину коэффициента трения

Коэффициент трения во много зависит от физико-химических свойств поверхностных слоев. Физико-химические свойства обработанных поверхностей определяются главным образом структурой, энергетическим состоянием и характером взаимодействия с окружающей средой.

Таким образом, свойства смазочного материала напрямую обусловлены образованием на поверхностях трения пленок, которые предотвращают прямой контакт этих поверхностей, локализуя сдвиг в объеме или в граничном слое смазки. Антифрикционная и противоизносная эффективность таких пленок зависит от их строения, толщины, механических и физико-химических свойств. Она тем выше, чем больше прочность образуемой смазками пленки в нормальном и, несколько меньше, в тангенциальном к плоскости сдвига направлении. В условиях граничного трения основную роль в уменьшении трения и износа играют не вязкостные свойства смазок, а их смазочная (адгезионная) способность, обусловленная, адсорбцией на поверхностях трения молекул различной полярности и образованием граничных пленок, устойчивых к воздействию контактных нагрузок.

Жирные амины, спирты и кислоты способны эффективно образовывать защитные пленки, предохраняющие от износа. Такие пленки уменьшают перенос металла через трущуюся поверхность и удерживаются на поверхности за счет хемосорбции или химической реакции с оксидным слоем [2].

Другой группой соединений, обеспечивающих образование защитных пленок при высоких нагрузках, являются трибоактивные элементы или их комбинации S, О, Zn, ^ и др.) которые способны образовывать адгезионный

17

слой путем трибохимического взаимодействия с металлом [2]. Первый шаг механизма их действия, обычно,- физическая и/или химическая адсорбция по всей поверхности металла, в результате которой процесс химической модификации протекает в зоне трения, когда начинается процесс износа.

Эффективными являются также некоторые оксидные пленки, формирующиеся на металле в результате подвода кислорода из атмосферы или из смазочного материала. Указанные пленки имеют меньшую по сравнению с чистым металлом механическую прочность и меньшую температуру плавления. Модифицирование поверхностей трения в процессе работы приводит к снижению шероховатости и сопровождается более равномерным распределением нагрузки в контакте, при этом, также возможно и образование маслами сплошной гидродинамической пленки. Модифицирование поверхности трения всегда вызывает снижение трения, но не всегда снижает износ.

Значительно улучшает адгезионные характеристики смазок введение в них высокодисперсных порошков кристаллических веществ со слоистой структурой: графита, дисульфида молибдена и т. д. Эти вещества нередко используются самостоятельно в качестве твердой смазки. Заполняя микронеровности на поверхности твердых тел, порошки со слоистой структурой под влиянием деформаций образуют на них ориентированные пленки, которые выдерживают большие нагрузки по нормали к кристаллическим поверхностям и легко деформируются в направлении сдвига.

1.2 Традиционные антифрикционные материалы и трибохимические

процессы с их участием

1.2.1 Графит

Известно, что графит, как и другие слоистые твердые вещества, такие как дисульфид молибдена (MoS2), является хорошим твердым смазочным материалом и, таким образом, широко используются в практических применениях. Низкий коэффициент трения традиционно связан с низкой устойчивостью к сдвигу между соседними атомными слоями этих материалов [3, 4]. Графит наиболее эффективен

для высокотемпературных трибологических сопряжений и для случая высокой несущей нагрузки. Твердые смазочные вещества, такие как MoS2, быстро окисляются при высоких температурах, хотя MoS2 обладает большей смазывающей способностью чем графит.

Графит структурно состоит из плоскостей атомов углерода, которые имеют гексагональную ориентацию. Длины коротких связей между каждым атомом углерода в плоскости является результатом сильных ковалентных связей. Более слабые силы Ван-дер-Ваальса удерживают несколько плоскостей для создания решетчатой структуры. Слабые связи между плоскостями позволяют легко перемещаться им друг относительно друга, в результате происходит расщепление плоскостей и уменьшение трения.

Графит лучше всего подходит для смазки, эксплуатируемой в обычной атмосфере. При этом, пары воды являются необходимым компонентом для обеспечения смазывающего эффекта графита [5]. Адсорбция водного монослоя на плоской поверхности графита, вероятно, уменьшает энергию связи между гексагональными плоскостями графита до уровня, который ниже энергии адгезии между подложкой и кристаллитом графита. Это позволяет проводить пластинчатое смещение кристаллов графита, когда к графитовой пленке прикладываются силы сдвига. Результатом является уменьшение трения и обеспечивается соответствующий смазочный эффект. Однако, поскольку присутствие паров воды является необходимым условием для эффективного действия графитсодержащих смазок, их использование малоэффективно в условиях вакуума и в атмосфере сухого воздуха.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Цыганов Алексей Русланович, 2021 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Bowden, F. P. The friction and lubrication of solids / F. P. Bowden, F. P. Bowden, D. Tabor. - Oxford university press, 2001. - V. 1.

2. Хайнике Г. Трибохимия / Г. Хайнике. - Москва: Мир, 1987. - 584 с.

3. Bragg, W. An Introduction to Crystal Analysis / W. Bragg. - London: Bell, 1928. - 64 p.

4. Superlubricity of graphite / D. Martin et al. // Physical Review Letters. - 2004.

- V. 92. - P. 126101.

5. Savage, R. H. Graphite lubrication / R. H. Savage // Journal of applied physics.

- 1948. - V. 19, № 1. - P. 1-10.

6. Winer, W. O. Molybdenum disulfide as a lubricant: a review of the fundamental knowledge / W. O. Winer // Wear. - 1967. - V. 10, № 6. - P. 422-452.

7. Erosion mechanism of MoS2-based films exposed to atomic oxygen environments / P. Wang et al. // ACS applied materials & interfaces. - 2015. - V. 7, № 23. - P. 12943-12950.

8. Solid lubrication with MoS2: a review / M. R. Vazirisereshk et al. // Lubricants.

- 2019. - V. 7, № 7. - P. 57.

9. Furlan, K. P. Self-lubricating composites containing MoS2: a review / K. P. Furlan, J. D. B. de Mello, A. N. Klein // Tribology International. - 2018. - V. 120. - P. 280-298.

10. In situ mechanochemical reconditioning of worn ferrous surfaces / J. Yuansheng et al. // Tribology International. - 2004. - V. 37, № 7. - P. 561-567.

11. A discussion on activation mechanism of atom groups in serpentine / X. J. Li et al. // Acta Petrologica Et Mineralogica. - 2003. - V. 22, № 4. - P. 386-390.

12. Tribological behaviors of surface-coated serpentine ultrafine powders as lubricant additive / H. L. Yu et al. // Tribology international. - 2010. - V. 43, № 3. - P. 667-675.

13. Generation and characterization of a protective layer on steel tribosurfaces in presence of Mg6Si4O10(OH)8 / H. Yang et al. // 59th STLE Annual Meeting Toronto, Ontario, Canada, PREPRINT NO. AM (NP)-04-28 May. - 2004. - V. 17. - P. 20.

14. XPS characterization of auto-reconditioning layer on worn metal surfaces / H. Yang et al. // Guang pu xue yu Guang pu fen xi= Guang pu. - 2005. - V. 25, № 6. - P. 945-948.

15. Wen-gang, C. Anti-wear mechanism of the serpentine powder as self-repairing additive [J] / C. Wen-gang, G. A. O. Yuz-hou, H. Zhang // Tribology. - 2008. - V. 28, № 5. - P. 463-468.

16. К механизму взаимодействия природных слоистых гидросиликатов с поверхностями трения / Л. И. Погодаев и др. // Проблемы машиностроения и надежности машин. - 2009. - № 5. - С. 71-81.

17. Телух, Д. М. Введение в проблему использования природных слоистых гидросиликатов в трибосопряжениях / Д. М. Телух, В. П. Кузьмин, В. В. Усачев // Трение, износ, смазка. - 2009. - № 3. - С. 13-17.

18. Lettington, A. H. Applications of diamond-like carbon thin films / Lettington A. H. // Carbon. - 1998. - V. 36, № 5-6. - P. 555-560.

19. Geim, A. K. The rise of graphene / A. K. Geim, K. S. Novoselov // Nanoscience and technology: a collection of reviews from nature journals. - 2010. - P. 11-19.

20. Graphene and its derivatives: switching ON and OFF / Y. Chen et al. // Chemical Society Reviews. - 2012. - V. 41, № 13. - P. 4688-4707.

21. Advances in carbon nanomaterials as lubricants modifiers / Ali I. et al. // Journal of molecular liquids. - 2019. - V. 279. - P. 251-266.

22. Development of environmentally safe lubricants modified by grapheme / V. F. Pershin et al. // Nanotechnologies in Russia. - 2018. - V. 13, № 5. - P. 344-348.

23. A graphene masterbatch for modification of frost-resistant plastic lubricants / V. Pershin et al. // AIP Conference Proceedings. - AIP Publishing LLC, 2018. - V. 2041, № 1. - P. 020016.

24. Modification of graphene bases for low-temperature (cold-resistant) lubricants / V. Pershin et al. // AIP Conference Proceedings. - AIP Publishing LLC, 2019. - V. 2101, № 1. - P. 020011.

25. Production of graphene concentrates based on synthetic oils in rod drum mills / V. F. Pershin et al. // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. -IOP Publishing, 2019. - V. 693, № 1. - P. 012035.

26. Tribological properties of oleic acid-modified graphene as lubricant oil additives / W. Zhang et al. // Journal of Physics D: Applied Physics. - 2011. - V. 44, № 20. - P. 205303.

27. Synergistic lubricating behaviors of graphene and MoS2 dispersed in esterified bio-oil for steel/steel contact / Y. Xu et al. // Wear. - 2015. - V. 342. - P. 297309.

28. Chu, S. Study of the interaction between natural flake graphite and oil soluble additives / S. Chu, Z. Jin, Q. Xue // TRIBOLOGY-BEIJING-. - 1997. - V. 17. - P. 340347.

29. A novel imidazolium salt with antioxidation and anticorrosion dual functionalities as the additive in poly (ethylene glycol) for steel/steel contacts / M. Cai et al. // Wear. - 2013. - V. 306, № 1-2. - P. 197-208.

30. Carbon nanotube based bearing for rotational motions / B. Bourlon et al. // Nano Letters. - 2004. - V. 4, № 4. - P. 709-712.

31. Interlayer forces and ultralow sliding friction in multiwalled carbon nanotubes / A. Kis et al. // Physical Review Letters. - 2006. - V. 97, № 2. - P. 025501.

32. Tribological application of carbon nanotubes in a metal-based composite coating and composites / W. X. Chen et al. // Carbon. - 2003. - V. 41, № 2. - P. 215222.

33. Peng, Y. Tribological behaviors of surfactant-functionalized carbon nanotubes as lubricant additive in water / Y. Peng, Y. Hu, H. Wang // Tribology Letters. - 2007. - V. 25, № 3. - P. 247-253.

34. Piekoszewski, W. The action of lubricants under extreme pressure conditions in a modified four-ball tester / W. Piekoszewski, M. Szczerek, W. Tuszynski // Wear. -2001. - V. 249, № 3-4. - P. 188-193.

35. Modification of multi-walled carbon nanotubes with fatty acid and their tribological properties as lubricant additive / C. S. Chen et al. // Carbon. - 2005. - V. 43, № 8. - P. 1660-1666.

36. Hisakado, T. Effects of fullerene C60 on the friction and wear characteristics of ceramics in ethanol / T. Hisakado, A. Kanno // Tribology international. - 1999. - V. 32, № 7. - P. 413-420.

37. Enhancement of lubrication properties of nano-oil by controlling the amount of fullerene nanoparticle additives / J. Lee et al. // Tribology Letters. - 2007. - V. 28, № 2. - P. 203-208.

38. Tribological effects of fullerene (C 60) nanoparticles added in mineral lubricants according to its viscosity / B. C. Ku et al. // International Journal of Precision Engineering and Manufacturing. - 2010. - V. 11, № 4. - P. 607-611.

39. Stable dispersion of nanodiamonds in oil and their tribological properties as lubricant additives / G. J. Lee et al. // Applied Surface Science. - 2017. - V. 415. - P. 24-27.

40. Tortora, A. M. Effects of two sliding motions on the superlubricity and wear of self-mated bearing steel lubricated by aqueous glycerol with and without nanodiamonds / A. M. Tortora, D. H. Veeregowda // Wear. - 2017. - V. 386. - P. 173178.

41. Ivanov, M. Nanodiamond-based nanolubricants for motor oils / M. Ivanov, O. Shenderova // Current Opinion in Solid State and Materials Science. - 2017. - V. 21, № 1. - P. 17-24.

42. Nanodiamond as an effective additive in oil to dramatically reduce friction and wear for fretting steel/copper interfaces / W. Zhai et al. // Tribology International. -2019. - V. 129. - P. 75-81.

43. Molecular dynamics simulation and experimental investigation of tribological behavior of nanodiamonds in aqueous suspensions / R. Mirzaamiri et al. // Tribology International. - 2021. - V. 156. - P. 106838.

44. Tenne, R. Recent progress in the research of inorganic fullerene-like nanoparticles and inorganic nanotubes / R. Tenne, M. Redlich // Chemical Society Reviews. - 2010. - V. 39, № 5. - P. 1423-1434.

45. Tribological properties of WS2 nanoparticles under mixed lubrication / L. Rapoport et al. // Wear. - 2003. - V. 255, № 7-12. - P. 785-793.

46. The effect of WS2 nanoparticles on friction reduction in various lubrication regimes / R. Greenberg et al. // Tribology Letters. - 2004. - V. 17, № 2. - P. 179-186.

47. Tribological behaviour of MoS2 and inorganic fullerene-like WS2 nanoparticles under boundary and mixed lubrication regimes / F. Abate et al. // Tribology-Materials, Surfaces & Interfaces. - 2010. - V. 4, № 2. - P. 91-98.

48. Ultralow-friction and wear properties of IF-WS 2 under boundary lubrication / L. Joly-Pottuz et al. // Tribology letters. - 2005. - V. 18, № 4. - P. 477-485.

49. Rapoport, L. Fullerene-like WS2 nanoparticles: Superior lubricants for harsh conditions / L. Rapoport, N. Fleischer, R. Tenne // Advanced Materials. - 2003. - V. 15, № 7-8. - P. 651-655.

50. Behavior of fullerene-like WS2 nanoparticles under severe contact conditions / L. Rapoport et al. // Wear. - 2005. - V. 259, № 1-6. - P. 703-707.

51. Synthesis and thermal stability of W/WS2 inorganic fullerene-like nanoparticles with core-shell structure / L. Chang et al. // Materials research bulletin. -2006. - V. 41, № 7. - P. 1242-1248.

52. X-ray photoelectron spectroscopy and tribology studies of annealed fullerene-like WS2 nanoparticles / B. Späth et al. // Physica status solidi (b). - 2008. -V. 245, № 9. - P. 1779-1784.

53. Inorganic fullerene-like material as additives to lubricants: structure-function relationship / L. Rapoport et al. // Wear. - 1999. - V. 225. - P. 975-982.

54. Mechanism of action of WS2 lubricant nanoadditives in high-pressure contacts / M. Ratoi et al. // Tribology letters. - 2013. - V. 52, № 1. - P. 81-91.

55. Ratoi, M. WS2 nanoparticles-potential replacement for ZDDP and friction modifier additives / M. Ratoi, V. B. Niste, J. Zekonyte // RSC Advances. - 2014. - V. 4, № 41. - P. 21238-21245.

56. Synthesis and tribological properties of Mo-doped WSe2 nanolamellars / W. Li et al. // Crystal Research and Technology. - 2012. - V. 47, № 8. - P. 876-881.

57. Structure and tribological properties of WSex, WSex/TiN, WSex/TiCN and WSex/TiSiN coatings / D. V. Shtansky et al. // Surface and Coatings Technology. -2004. - V. 183, № 2-3. - P. 328-336.

58. Temperature dependence of tribological properties of MoS2 and MoSe2 coatings / T. Kubart et al. // Surface and Coatings Technology. - 2005. - V. 193, № 1-3.

- P. 230-233.

59. Bhushan, B. Handbook of tribology: materials, coatings, and surface treatments / B. Bhushan, B. K. Gupta. - USA: McGraw-Hill, Inc., 1991. - 51 p.

60. Liu, W. An investigation of the tribological behaviour of surface-modified ZnS nanoparticles in liquid paraffin / W. Liu, S. Chen // Wear. - 2000. - V. 238, № 2. -P. 120-124.

61. Kao, M. J. Evaluating the role of spherical titanium oxide nanoparticles in reducing friction between two pieces of cast iron / M. J. Kao, C. R. Lin // Journal of Alloys and Compounds. - 2009. - V. 483, № 1-2. - P. 456-459.

62. Tribology properties of Al2O3/TiO2 nanocomposites as lubricant additives / T. Luo et al. // Ceramics International. - 2014. - V. 40, № 7. - P. 10103-10109.

63. Improving the tribological characteristics of piston ring assembly in automotive engines using Al2O3 and TiO2 nanomaterials as nano-lubricant additives / M. K. A. Ali et al. // Tribology International. - 2016. - V. 103. - P. 540-554.

64. Synthesis of monodispersed ZnAl2O4 nanoparticles and their tribology properties as lubricant additives / X. Song et al. // Materials Research Bulletin. - 2012.

- V. 47, № 12. - P. 4305-4310.

65. The tribological behaviour of ZnO nanoparticles as an additive to PAO6 / A. H. Battez et al. // Wear. - 2006. - V. 261, № 3-4. - P. 256-263.

66. Friction reduction properties of a CuO nanolubricant used as lubricant for a NiCrBSi coating / A. H. Battez et al. // Wear. - 2010. - V. 268, № 1-2. - P. 325-328.

67. Synthesis and characterization of highly stable dispersions of copper nanoparticles by a novel one-pot method / G. Yang et al. // Materials Research Bulletin.

- 2013. - V. 48, № 4. - P. 1716-1719.

68. Anti-wear and friction-reduction mechanism of Sn and Fe nanoparticles as additives of multialkylated cyclopentanes under vacuum condition / S. Zhang et al. // Vacuum. - 2013. - V. 87. - P. 75-80.

69. Study on antiwear and repairing performances about mass of nano-copper lubricating additives to 45 steel / X. L. Wang et al. // Physics Procedia. - 2013. - V. 50.

- p. 466-472.

70. Tribological properties and lubricating mechanisms of Cu nanoparticles in lubricant / H. Yu et al. // Transactions of Nonferrous Metals Society of China. - 2008. -V. 18, № 3. - P. 636-641.

71. Tribological properties of lubricant additives of Fe, Cu and Co nanoparticles / J. Padgurskas et al. // Tribology International. - 2013. - V. 60. - P. 224-232.

72. Ma, J. Effect of Ag nanoparticles additive on the tribological behavior of multialkylated cyclopentanes (MACs) / J. Ma, Y. Mo, M. Bai // Wear. - 2009. - V. 266, № 7-8. - P. 627-631.

73. Surface-modified Pd and Au nanoparticles for anti-wear applications / J. C. Sánchez-López et al. // Tribology international. - 2011. - V. 44, № 6. - P. 720-726.

74. Bismuth nanoparticles synthesized by laser ablation in lubricant oils for tribological tests / M. Flores-Castañeda et al. // Journal of Alloys and Compounds. -2015. - V. 643. - P. S67-S70.

75. Preparation and structure analysis of titanium oxide nanotubes / G. H. Du et al. // Applied Physics Letters. - 2001. - V. 79, №. 22. - P. 3702-3704.

76. The structure of trititanate nanotubes / Q. Chen et al. // Acta Crystallographica Section B. - 2002. - V. 58, № 4. - P. 587-593.

77. Izawa, H. Ion exchange and dehydration of layered [sodium and potassium] titanates, Na2Ti3O7 and K2Ti4O9 / H. Izawa, S. Kikkawa, M. Koizumi // The Journal of Physical Chemistry. - 1982. - V. 86, № 25. - P. 5023-5026.

78. Sasaki, T. Protonated pentatitanate: preparation, characterizations and cation intercalation / T. Sasaki, Y. Komatsu, Y. Fujiki // Chemistry of materials. - 1992. - V. 4, № 4. - P. 894-899.

79. Campbell, D. Polymer characterization: physical techniques / D. Campbell, R.

A. Pethrick, J. R. White. - CRC press, 2017.

80. Wang, J. Preparation of H2Ti4Oç with high specific surface area / J. Wang, S. Yin, T. Sato // Chemistry letters. - 2004. - V. 33, № 9. - P. 1104-1105.

81. Dual-Phase Titanate/Anatase with Nitrogen Doping for Enhanced Degradation of Organic Dye under Visible Light / Y. H. Cheng et al. // Chemistry-A European Journal. - 2011. - V. 17, № 9. - P. 2575-2578.

82. Formation of titanium oxide nanotube / T. Kasuga et al. // Langmuir. - 1998. - V. 14, № 12. - P. 3160-3163.

83. Determination of a morphological phase diagram of titania/titanate nanostructures from alkaline hydrothermal treatment of Degussa P25 / D. L. Morgan et al. // Chemistry of Materials. - 2008. - V. 20, № 12. - P. 3800-3802.

84. The effect of hydrothermal conditions on the mesoporous structure of TiO2 nanotubes / D. V. Bavykin et al. // Journal of Materials Chemistry. - 2004. - V. 14, № 22. - P. 3370-3377.

85. Titanate nanotubes and nanorods prepared from rutile powder / Y. Lan et al. // Advanced Functional Materials. - 2005. - V. 15, № 8. - P. 1310-1318.

86. Sun, X. Large-scale synthesis of sodium and potassium titanate nanobelts / X. Sun, X. Chen, Y. Li // Inorganic chemistry. - 2002. - V. 41, № 20. - P. 4996-4998.

87. Daoud, W. A. Direct synthesis of nanowires with anatase and TiO2-B structures at near ambient conditions / W. A. Daoud, G. K. H. Pang // The Journal of Physical Chemistry B. - 2006. - V. 110, № 51. - P. 25746-25750.

88. Preliminary experience of one-trocar laparoscopic herniorrhaphy in infants and children / Y. T. Chang et al. // Journal of Laparoendoscopic & Advanced Surgical Techniques. - 2011. - V. 21, № 3. - P. 277-282.

89. Organic-Stabilizer-Free Synthesis of Layered Protonic TitanateNanosheets /

B. Zhao et al. // Chemistry-An Asian Journal. - 2010. - V. 5, № 7. - P. 1546-1549.

90. Continuous hydrothermal synthesis of extensive 2D sodium titanate (Na2Ti3O7) nano-sheets / Z. Zhang et al. // Dalton Transactions. - 2010. - V. 39, № 3. -P. 711-714.

91. Room temperature synthesis of protonated layered titanate sheets using peroxo titanium carbonate complex solution / N. Sutradhar et al. // Chemical Communications. - 2011. - V. 47, № 27. - P. 7731-7733.

92. Synthesis and electrochemical properties of a porous titania fabricated from exfoliated nanosheets / N. Kijima et al. // Journal of Power Sources. - 2011. - V. 196, № 16. - P. 7006-7010.

93. Sasaki, T. Osmotics welling to exfoliation. Exceptionally high degrees of hydration of a layered titanate / T. Sasaki, M. Watanabe // Journal of the American Chemical Society. - 1998. - V. 120, № 19. - P. 4682-4689.

94. Sanchez-Monjaras, T. Molten salt synthesis and characterization of potassium polytitanate ceramic precursors with varied TiO2/K2O molar ratios / T. Sanchez-Monjaras, A. Gorokhovsky, J. I. Escalante-Garcia // Journal of the American ceramic society. - 2008. -V. 91, № 9. - P. 3058-3065.

95. Utilization of nickel-electroplating wastewaters in manufacturing of photocatalysts for water purification / A. Gorokhovsky et al. // Process Safety and Environmental Protection. - 2020. - V. 134. - P. 208-216.

96. Dielectric properties of the polymer-matrix composites based on the system of Co-modified potassium titanate-polytetrafluorethylene / N. V. Gorshkov et al. // Journal of Composite Materials. - 2018. - V. 52, № 1. - P. 135-144.

97. Temperature-dependence of electrical properties for the ceramic composites based on potassium polytitanates of different chemical composition / N. V. Gorshkov et al. // Journal of Electroceramics. - 2018. - V. 40. - P. 306-315.

98. High-temperature engineering ceramic based on complex titanates having a hollandite structure / N. V. Gorshkov et al. // Refractories and Industrial Ceramics. -2016. - V. 57, № 4. - P. 413-416.

99. Preparation and dielectric properties of ceramics based on mixed potassium titanates with the hollandite structure / A. V. Gorokhovsky et al. // Inorganic Materials.

- 2016. - V. 52, № 6. - P. 587-592.

100. Synthesis and electrophysical properties of ceramic nanocomposites based on potassium polytitanate modified by chromium compounds / A. V. Gorokhovskii et al. // Glass and Ceramics. - 2016. - V. 73, № 5. - P. 206-209.

101. Electrical properties of the potassium polytitanate compacts / V. G. Goffman et al. // Journal of alloys and compounds. - 2014. - V. 615. - P. S526-S529.

102. Electrophysical properties of ceramic articles based on potassium polytitanate nanopowder modified by iron compounds / A. V. Gorokhovskii et al. // Glass and Ceramics. - 2015. - V. 72, № 1-2. - P. 54-56.

103. Adsorption and photo-catalytic properties of layered lepidocrocite-like quasi-amorphous compounds based on modified potassium polytitanates / E. V. Tretyachenko et al. // Particuology. - 2014. - V. 17. - P. 22-28.

104. Effect of chemical composition on the photocatalytic activity of potassium polytitanates intercalated with nickel ions / A. V. Gorokhovsky et al. // Russian Journal of Applied Chemistry. - 2013. - V. 86, № 3. - P. 343-350.

105. Gorokhovsky, A. Heterostructured antifriction and antiscuff additives for lubricating materials with regulated tribological properties / A. Gorokhovsky, A. Azarov, E. Tretyachenko // Scientific proceedings IX International congress «Machines, Technologies, Materials». - 2012. - V. 2, № 11. P. 55-58.

106. Трибологические свойства антифрикционных суспензий на основе нанопорошков полититаната калия / В. В. Сафонов и др. // Нанотехника. - 2009. -№ 4. - С. 94-95.

107. Влияние различных поверхностно-активных веществ на фракционный состав порошков полититаната калия и их трибологические свойства / А. В. Гороховский и др. // Нанотехника. - 2009. - № 4. - С. 96-99.

108. Cavani, F. Hydrotalcite-type anionic clays: Preparation, properties and applications / F. Cavani, F. Trifiro, A. Vaccari // Catalysis today. - 1991. - V. 11, № 2.

- P. 173-301.

109. Evans, D. G. Structural aspects of layered double hydroxides / D. G. Evans, R. C. T. Slade // Layered double hydroxides. - 2006. - P. 1-87.

110. Khan, A. I. Intercalation chemistry of layered double hydroxides: recent developments and applications / A. I. Khan, D. O'Hare // Journal of Materials Chemistry. - 2002. - V. 12, № 11. - P. 3191-3198.

111. Rives, V. Layered double hydroxides: present and future / V. Rives. - NY: Nova Publishers, 2001.

112. Kuthati, Y. Layered double hydroxide nanoparticles for biomedical applications: Current status and recent prospects / Y. Kuthati, R. K. Kankala, C. H. Lee // Applied Clay Science. - 2015. - V. 112. - P. 100-116.

113. Allmann, R. The crystal structure of pyroaurite / R. Allmann // Acta Crystallographica Section B: Structural Crystallography and Crystal Chemistry. - 1968.

- V. 24, № 7. - P. 972-977.

114. Taylor, H. F. W. Segregation and cation-ordering in sjogrenite and pyroaurite / H. F. W. Taylor // Mineralogical Magazine. - 1969. - V. 37, № 287. - P. 338-342.

115. Zumreoglu-Karan, B. Layered double hydroxides—multifunctional nanomaterials / B. Zumreoglu-Karan, A. Ay // Chemical Papers. - 2012. - V. 66, № 1.

- P. 1-10.

116. Chibwe, K. Intercalation of organic and inorganic anions into layered double hydroxides / K. Chibwe, W. Jones // Journal of the Chemical Society, Chemical Communications. - 1989. - № 14. - P. 926-927.

117. Preparation of double layered hydroxides / J. He et al. // Layered Double Hydroxides. - Berlin: Springer, 2006. - P. 89-119.

118. Mishra, G. Layered double hydroxides: A brief review from fundamentals to application as evolving biomaterials / G. Mishra, B. Dash, S. Pandey // Applied Clay Science. - 2018. - V. 153. - P. 172-186.

119. Kanezaki, E. Preparation of layered double hydroxides / E. Kanezaki // ChemInform. - 2005. - V. 36, № 41.

120. Mohapatra, L. A review on the recent progress, challenges and perspective of layered double hydroxides as promising photocatalysts / L. Mohapatra, K. Parida // Journal of Materials Chemistry A. - 2016. - V. 4, № 28. - P. 10744-10766.

121. Miata, S. The syntheses of hydrotalcite-like compounds and their structures and physicochemical properties. I: the systems Mg2+-Al3+-NO3-, Mg2+-Al3+-Cl-, Ni2+-Al3+-Cl-, Zn2+-Al3+-Cl / S. Miata // Clays Clay Miner. - 1975. - V. 23. - P. 363-375.

122. The synthesis of hierarchical Zn-Ti layered double hydroxide for efficient visible-light photocatalysis / M. Shao et al. // Chemical Engineering Journal. - 2011. -V. 168, № 2. - P. 519-524.

123. Parida, K. M. Carbonate intercalated Zn/Fe layered double hydroxide: a novel photocatalyst for the enhanced photo degradation of azo dyes / K. M. Parida, L. Mohapatra // Chemical Engineering Journal. - 2012. - V. 179. - P. 131-139.

124. Synthesis of protocatechuic acid-zinc/aluminium-layered double hydroxide nanocomposite as an anticancer nanodelivery system / F. Barahuie et al. // Journal of Solid State Chemistry. - 2015. - V. 221. - P. 21-31.

125. Influence of the powder dimensions on the antimicrobial properties of modified layered double hydroxide / V. Bugatti et al. // Applied clay science. - 2013. -V. 75. - P. 46-51.

126. Development of a controlled-release anti-parkinsonian nanodelivery system using levodopa as the active agent / A. U. Kura et al. // International Journal of Nanomedicine. - 2013. - V. 8. - P. 1103.

127. Perera, J. Slow release anti-fungal skin formulations based on citric acid intercalated layered double hydroxides nanohybrids / J. Perera, M. Weerasekera, N. Kottegoda // Chemistry Central Journal. - 2015. - V. 9, № 1. - P. 1-7.

128. Release kinetics from LDH-drug hybrids: Effect of layers stacking and drug solubility and polarity / R. Rojas et al. // Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. - 2014. - V. 463. - P. 37-43.

129. Antimycobacterial, antimicrobial, and biocompatibility properties of para-aminosalicylic acid with zinc layered hydroxide and Zn/Al layered double hydroxide

nanocomposites / B. Saifullah et al. // Drug design, development and therapy. - 2014. -V. 8. - P. 1029.

130. Controlled drug release characteristics and enhanced antibacterial effect of graphene oxide-drug intercalated layered double hydroxide hybrid films / Y. Wang et al. // Journal of Materials Chemistry. - 2012. - V. 22, № 43. - P. 23106-23113.

131. Layered double hydroxides (LDH) / C. Forano et al. // Developments in clay science. - Elsevier, 2013. - V. 5. - P. 745-782.

132. Rives, V. Intercalation of drugs in layered double hydroxides and their controlled release: A review / V. Rives, M. del Arco, C. Martin // Applied clay science. - 2014. - V. 88. - P. 239-269.

133. Intercalation of dicarboxylate anions into a Zn-Al-Cl layered double hydroxide: microcalorimetric determination of the enthalpies of anion exchange / N. Morel-Desrosiers et al. // Journal of Materials Chemistry. - 2003. - V. 13, № 10. - P. 2582-2585.

134. Das, J. Heteropoly acid intercalated Zn/Al HTlc as efficient catalyst for esterification of acetic acid using n-butanol / J. Das, K. M. Parida // Journal of Molecular Catalysis A: Chemical. - 2007. - V. 264, № 1-2. - P. 248-254.

135. Haraketi, M. Intercalation of salicylic acid into ZnAl and MgAl layered double hydroxides for a controlled release formulation / M. Haraketi, K. Hosni, E. Srasra // Colloid Journal. - 2016. - V. 78, № 4. - P. 533-541.

136. Intercalation behavior of amino acids into Zn-Al-layered double hydroxide by calcination-rehydration reaction / S. Aisawa et al. // Journal of Solid State Chemistry. - 2004. - V. 177, № 11. - P. 3987-3994.

137. Sorption of terephthalate anions by calcined and uncalcined hydrotalcite-like compounds / E. L. Crepaldi et al. // Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. - 2002. - V. 211, № 2-3. - P. 103-114.

138. Syntheses and thermal and chemical behaviors of tartrate and succinate intercalated Zn3Al and Zn2Cr layered double hydroxides / V. Prevot et al. // Inorganic chemistry. - 1998. - V. 37, № 17. - P. 4293-4301.

139. Layered double hydroxides: A review / P. Nalawade et al. - 2009.

140. Moyo, L. A critical assessment of the methods for intercalating anionic surfactants in layered double hydroxides / L. Moyo, N. Nhlapo, W. W. Focke // Journal of materials science. - 2008. - V. 43, № 18. - P. 6144-6158.

141. Mechano-hydrothermal synthesis of Mg2Al-NO3 layered double hydroxides / F. Zhang et al. // Journal of Solid State Chemistry. - 2013. - V. 206. - P. 45-50.

142. Delamination and restacking of layered double hydroxides Basis of a presentation given at Materials Discussion No. 3, 26-29 September, 2000, University of Cambridge, UK / F. Leroux et al. // Journal of Materials Chemistry. - 2001. - V. 11, № 1. - P. 105-112.

143. TiO2/MgAl layered double hydroxides mechanical mixtures as efficient photocatalysts in phenol degradation / S. P. Paredes et al. // Journal of physics and Chemistry of solids. - 2011. - V. 72, № 8. - P. 914-919.

144. Electric and dielectric behavior of copper-chromium layered double hydroxide intercalated with dodecyl sulfate anions using impedance spectroscopy / W. Elhatimi et al. // Solid State Sciences. - 2018. - V. 79. - P. 23-29.

145. Dielectric and flash DSC investigations on an epoxy based nanocomposite system with MgAl layered double hydroxide as nanofiller / P. Szymoniak et al. // Thermochimica Acta. - 2019. - V. 677. - P. 151-161.

146. Structural, elastic, thermophysical and dielectric properties of zinc aluminate (ZnAl2O4) / N. J. Van der Laag et al. // Journal of the European Ceramic Society. -2004. - V. 24, № 8. - P. 2417-2424.

147. Sampath, S. K. Optical properties of zinc aluminate, zinc gallate, and zinc aluminogallate spinels / S. K. Sampath, J. F. Cordaro // Journal of the American Ceramic Society. - 1998. - V. 81, № 3. - P. 649-654.

148. Kinetic, isotherm and thermodynamic investigations of phosphate adsorption onto core-shell Fe3O4@LDHs composites with easy magnetic separation assistance / L. Yan et al. // J. Colloid Interface Sci. - 2015. - V. 448. - P. 508-516.

149. Enhanced adsorption of Congo red dye by functionalized carbon nanotube/mixed metal oxides nanocomposites derived from layered double hydroxide precursor / S. Yang et al. // Chem. Eng. J. - 2015. - V. 275. P. 315-321.

150. Highly efficient and selective adsorption of In3+ on pristine Zn/Al layered double hydroxide (Zn/Al-LDH) from aqueous solutions / M.J. Barnabas et al. // J. Solid State Chem. - 2016. - V. 233. - P. 133-142.

151. Kameda, T. Equilibrium and kinetics studies on the adsorption of substituted phenols by a Cu-Al layered double hydroxide intercalated with 1- naphthol-3,8-disulfonate / T. Kameda, T. Uchiyama, T. Yoshioka // J. Alloys Compd. - 2016. - 670. - P. 322-328.

152. Hierarchically porous NiAl-LDH nanoparticles as highly efficient adsorbent for p-nitrophenol from water / Y. Sun et al. // J. Appl. Surf. Sci. - 2015. - V. 349. - P. 897-903.

153. Layered double hydroxide (LDH) derived catalysts for simultaneous catalytic removal of soot and NOx / R. Yang et al. // Dalton Transactions. - 2014. - V. 43, № 27. - P. 10317-10327.

154. Shi, H. Orientated intercalation of tartrate as chiral ligand to impact asymmetric catalysis / H. Shi, J. He // Journal of catalysis. - 2011. - V. 279, № 1. - P. 155-162.

155. Inorganic-biomolecular hybrid nanomaterials as a genetic molecular code system / J. H. Choy et al. // Advanced Materials. - 2004. - V. 16, № 14. - P. 11811184.

156. LDH in physical, chemical, biochemical, and life sciences / U. Costantino et al. // Developments in Clay Science. - Elsevier, 2013. - V. 5. - P. 765-791.

157. Enhanced effects of low molecular weight heparin intercalated with layered double hydroxide nanoparticles on rat vascular smooth muscle cells / Z. Gu et al. // Biomaterials. - 2010. - V. 31, № 20. - P. 5455-5462.

158. Gunawan, P. Direct assembly of anisotropic layered double hydroxide (LDH) nanocrystals on spherical template for fabrication of drug-LDH hollow nanospheres / P. Gunawan, R. Xu // Chemistry of Materials. - 2009. - V. 21, № 5. - P. 781-783.

159. Inorganic drug-delivery nanovehicle conjugated with cancer-cell-specific ligand / J. M. Oh et al. // Advanced Functional Materials. - 2009. - V. 19, № 10. - P. 1617-1624.

160. Controlled drug release characteristics and enhanced antibacterial effect of graphene oxide-drug intercalated layered double hydroxide hybrid films / Y. Wang et al. // Journal of Materials Chemistry. - 2012. - V. 22, № 43. - P. 23106-23113.

161. Catalytically active oil-based lubricant additives enabled by calcining Ni-Al layered double hydroxides / H. Wang et al. // The journal of physical chemistry letters. - 2019. - V. 11, № 1. - P. 113-120.

162. Li, S. Friction performance and mechanisms of calcined products of Mg/Al layered double hydroxides as lubricant additives / S. Li, L. Ren, Z. Bai // Applied Surface Science. - 2019. - V. 470. - P. 979-990.

163. Superior extreme pressure properties of different layer LDH nanoplatelets used as boundary lubricants / K. Wang et al. // Applied Surface Science. - 2020. - V. 530. - P. 147203.

164. Preparation and tribological properties of nanometer magnesium borate as lubricating oil additive / Z. S. Hu et al. // Wear. - 2002. - V. 252, № 5-6. - P. 370-374.

165. Bowden, F. P. The Friction and Lubrication of Solids-Part II. / F. P. Bowden, D. Tabor - Oxford, England, University Press, 1964.

166. Clauss, F. J. (ed.). Solid lubricants and self-lubricating solids / F. J. Clauss (ed.). - Elsevier, 2012.

167. Bhushan, B. Introduction to tribology / B. Bhushan. - John Wiley & Sons,

2013.

168. Duan, X. Layered double hydroxides / X. Duan, D. G. Evans. - Springer Science & Business Media, 2006. - V. 119.

169. Zhao, D. Preparation of Mg/Al-LDHs intercalated with dodecanoic acid and investigation of its antiwear ability / D. Zhao, Z. Bai, F. Zhao // Materials Research Bulletin. - 2012. - V. 47, № 11. - P. 3670-3675.

170. Li, S. Lubrication performance and mechanisms of Mg/Al-, Zn/Al-, and Zn/Mg/Al-layered double hydroxide nanoparticles as lubricant additives / S. Li, B. Bhushan // Applied Surface Science. - 2016. - V. 378. - P. 308-319.

171. Friction properties of La-doped Mg/Al layered double hydroxide and intercalated product as lubricant additives / S. Li et al. // Tribology International. -2015. - V. 91. - P. 60-66.

172. Characterization and friction performances of Co-Al-layered double-metal hydroxides synthesized in the presence of dodecylsulfate / B. Z. Min et al. // Applied clay science. - 2013. - V. 75. - P. 22-27.

173. Tribological behaviors of surface-coated serpentine ultrafine powders as lubricant additive / H. L. Yu et al. // Tribology international. - 2010. - V. 43, № 3. - P. 667-675.

174. Jin, Y. S. The effect of internal oxidation from serpentine on generating reconditioning layer on worn ferrous metal surfaces / Y. S. Jin // China Surface Engineering. - 2010. - V. 23, № 1. - P. 45-50.

175. Sanchez-Monjaras, T. Molten salt synthesis and characterization of potassium polytitanate ceramic precursors with varied TiO2/K2O molar ratios / T. Sanchez-Monjaras, A. Gorokhovsky, J. I. Escalante-Garcia // Journal of the American ceramic society. - 2008. - V. 91, № 9. - P. 3058-3065.

176. Porous metal oxides derived from Cu-Al layered double hydroxide as an efficient heterogeneous catalyst for the Friedel-Crafts alkylation of indoles with benzaldehydes under microwave irradiation / T. T. H. Nguyen et al. //Heliyon. - 2018. -V. 4, № 11. - P. e00966.

177. Structure of copper (II) hydroxide, Cu (OH)2 / H. R. Oswald et al. // Acta Crystallographica Section C: Crystal Structure Communications. - 1990. - V. 46, № 12. - P. 2279-2284.

178. Effect of copper content on the synthesis and properties of (Mg4-xCux)Al2OH12CO3, nH2O layered double hydroxides / M. Intissar et al. // Journal of Materials Science. - 2015. - V. 50, № 3. - P. 1427-1434.

179. Layered double hydroxide nanosheets via solvothermal delamination / K. Cermelj et al. // Journal of Energy Chemistry. - 2019. - V. 35. - P. 88-94.

180. Facile synthesis of the Ti3+ self-doped TiO2-graphene nanosheet composites with enhanced photocatalysis / B. Qiu et al. // Scientific reports. - 2015. - V. 5, № 1. -P. 1-6.

181. Zheng, Y. M. Preparation of nanostructured microspheres of Zn-Mg-Al layered double hydroxides with high adsorption property / Y. M. Zheng, N. Li, W. D. Zhang // Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. - 2012. -V. 415. - P. 195-201.

182. Synthesis of neutral SiO2/TiO2 hydrosol and its application as antireflective self-cleaning thin film / C. Huang et al. // International Journal of Photoenergy. - 2012.

183. Thermo-physical properties of Cu-Zn-Al LDH nanofluid and its application in spray cooling / S. Chakraborty et al. // Applied Thermal Engineering. - 2018. - V. 141. - P. 339-351.

184. Rolling and sliding: Separation of adhesion and deformation friction and their relative contribution to total friction / D. Mahdi et al. // Tribology International. -2015. - V. 89. - P. 128-134.

185. Luo, J. Origin of friction and the new frictionless technology— superlubricity: Advancements and future outlook / J. Luo, M. Liu, L. Ma // Nano Energy. - 2021. - P. 106092.

186. Static Coefficient of Rolling Friction at High Contact Temperatures and Various Contact Pressure / B. Tadic et al. // Tribology in Industry. - 2016. - V. 38, № 1.

187. Oxidation of an austenitic stainless steel with or without alloyed aluminum in O2+10% H2O environment at 800° C / Z. Yu et al. // Corrosion Science. - 2017. - V. 121. - P. 105-115.

188. Superior extreme pressure properties of different layer LDH nanoplatelets used as boundary lubricants / K. Wang et al. // Applied Surface Science. - 2020. - V. 530. - P. 147203.

189. Experimental investigation and model development of the non-Newtonian behavior of Cu0-MWCNT-I0w40 hybrid nano-lubricant for lubrication purposes / M. H. Esfe et al. // Journal of Molecular Liquids. - 2018. - V. 249. - P. 677-687.

190. Temperature dependence of the extreme-pressure behavior of CuO and Ti02 nanoparticle additives in metal-forming polymeric lubricants / L. Pena-Paras et al. // Industrial Lubrication and Tribology. - 2017.

191. Ковтунов, А.И. Интерметалидные сплавы / А.И. Ковтунов, С.В. Мямин.

- Тольятти: Тольяттинский гос. ун-т, 2018 [Электронный ресурс].

192. Distribution of Zn Between Ferrite and Austenite and the Thermodynamics of the Binary System Fe-Zn / G. Kirchner et al. // Arch. Eisenhuttenwesen. - 1973. - V. 44(3). - P. 227-234.

193. Role of alloyed copper on corrosion resistance of austenitic stainless steel in H2S-C1- environment / A. Tomio et al. // Corrosion Science. - 2014. - V. 81. - P. 144151.194.

194. Kim, J. Influence of Copper on Iron Corrosion in Weakly Alkaline Environment Containing Chloride Ions / J. Kim, A. Nishikata, T. Tsuru // Materials Transactions. - 2003. - Vol. 44, № 3. - P. 396-400.

195. Stepanova, N. V. The effect of doping with copper and aluminium on structure, mechanical and friction properties of steel / N. V. Stepanova, A. A. Razumakov // The 8 international forum on strategic technologies (IFOST 2013) : Proc., Mongolia, Ulaanbaatar, 28 June - 1 July 2013. - Ulaanbaatar. - 2013. - V. 1. - P. 240242.

196. Влияние меди на антифрикционные свойства серых чугунов / Е. Д. Головин [и др.] // Обработка металлов. Технология. Оборудование. Инструменты.

- 2012. - № 1 (54). - С. 81-84.

197. Преварский, А. П. Исследование системы Fe-Cu-Al / А. П. Преварский // Изв. АН СССР. Металлы. - 1971. - № 4. - С. 220-222.

198. Диаграммы состояния двойных и многокомпонентных систем на основе железа / О. А. Банных и др. - М.: Металлургия, 1986. - 439 c.

199. Гуляев, А.П. Металловедение / А.П. Гуляев. - М.: Металлургия, 1977. -

648 с.

200. Гаркунов, Д.Н. Триботехника (износ и безызносность) / Д.Н. Гаркунов. - М.: Издательство МСХА, 2001. - 616 с.

Приложение А. Справка о практическом применении результатов

диссертационной работы

„ ОБЩЕСТВО С ОГРАНИЧЕННОЙ ОТВЕТСТВЕННОСТЬЮ

<3 ЭКОПРОМКАТАЛИЗ

г. Саратов, ул. Мичурина, д.50, к. 2, ИНН 6454142173, р\сч. №>40702810710000316530 БИК 044525974, к\сч. № 30101810145250000974 в АО «Тинькофф Банк» г. Москва, тел. [phone]; e-mail: [e-mail]

№ 01/05 от «12» мая 2021 г.

СПРАВКА

о практическом применении результатов диссертационной работы Цыганова А.Р.

«Синтез, структура и трибохимические свойства нанокомпозитных материалов системы полититанат калия-слоистый двойной гидроксид»

Настоящим документом удостоверяется, что в период с 5 по 7 апреля на производственной базе группы компаний «Машиностроитель» (г.Саратов) в количестве 100 кг была изготовлена опытная партия смазки шумоподавляющей. в которой, в качестве антифрикционной добавки был использован порошок нанокомпозитного материала системы полититанат калия - слоистый двойной гидроксид системы Zn/Al-СОз, изготовленный в соответствии с методикой, разработанной А.Р. Цыгановым при выполнении его диссертационной работы.

Изготовленная опытная партия шумоподавляющей смазки была использована при проведении полигонных испытаний на станции Люблино-сортировочная Московской железной дороги, проводившихся в соответствии с Поручением №П-СК-368 (от 11.12.2019 г.) заместителя генерального директора -главного инженера ОАО «РЖД» Кобзева С.А. при опытной эксплуатации автоматического комплекса подавления фрикционных шумов, возникающих в паре «колесо-тормозная балка вагонного замедлителя».

Контроль эффективности подавлении шума на территории сортировочной станции, проводившийся с использованием автоматизированной системы ведения данных рельсосмазывания АСУ ВДСР. Приведенное в процессе испытаний опытной партии смазки сравнение источников шума железнодорожного транспорта, с результатами контрольных испытаний (без использования лубрикации) показало значительное снижение уровня фрикционных шумов вагонных замедлителей (от 125 дБА до 73-80 дБА).

Генеральный директор

Хорюков С.И.