Защита сельскохозяйственной техники от коррозии и износа с применением нанотехнологий

На правах рукописи ГАЙДАР Сергей Михайлович ЗАЩИТА СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ ТЕХНИКИ ОТ КОРРОЗИИ И ИЗНОСА С ПРИМЕНЕНИЕМ НАНОТЕХНОЛОГИЙ Специальность 05.20.03 – Технологии и средства технического обслуживания в сельском хозяйстве АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук Москва 2011 Работа выполнена в Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный агроинженерный университет имени В. П. Горячкина» (ФГОУ ВПО МГАУ) Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Голубев Иван Григорьевич доктор технических наук, профессор Юдин Владимир Михайлович доктор технических наук, старший научный сотрудник Петрашев Александр Иванович Ведущая организация: Государственное научное учреждение «Всероссийский научно-исследовательский технологический институт ремонта и эксплуатации машинно-тракторного парка» (ГНУ ГОСНИТИ) Защита диссертации состоится 24 октября 2011 года в 13 часов на заседании диссертационного совета Д 220.044.01 при ФГОУ ВПО МГАУ по адресу: 127550, Москва, ул. Лиственничная аллея, д.16а, корпус 3, конференц-зал. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО МГАУ. Автореферат разослан «___ » ______________ 2011 г. и размещен на сайте ВАК http:// vak.ed.gov.ru (referat vak@ministri.ru) «_____ » ______________2011 г. Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор А. Г. Левшин ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность проблемы. В Российской Федерации ежегодные прямые потери металлов из-за коррозии составляют до 12% от общей массы металлофонда, что соответствует потере до 30% ежегодно производимого металла. Кроме того, имеют место косвенные потери, которые в 3…4 раза превышают прямые. Металлофонд сельского хозяйства составляет 10…12% общего металлофонда страны (1600 млн. т), в то же время срок службы техники и оборудования в 2,5…3 раза короче, чем в промышленности и на транспорте. Из-за коррозионного разрушения происходит до 33% отказов сельскохозяйственных машин, на 40…55% снижается прочность углеродистых сталей и серого чугуна, в 2…4 раза увеличивается износ сопряженных деталей. На устранение ущерба, возникшего из-за потери агрегатами и деталями своих функциональных свойств, ежегодно тратится до 30% средств от общих затрат, расходуемых на восстановление их работоспособности. Защита сельскохозяйственной техники от атмосферной коррозии в процессе эксплуатации является необходимым условием сохранения ее ресурса и работоспособности. Особого внимания заслуживает изучение влияния процессов коррозии на механическое изнашивание. Коррозионно-механическому изнашиванию подвержены втулочно-роликовые цепи и звездочки, детали режущих аппаратов, агрегаты и сборочные единицы топливной и тормозной системы, детали и сборочные единицы цилиндропоршневой группы, рабочие и транспортирующие органы почвообрабатывающих и уборочных машин, а также машин по внесению удобрений. Неудовлетворительное состояние поддержания сельскохозяйственной техники (СХТ) в работоспособном состоянии при ее дефиците объясняется многими причинами. Одними из основных являются слабая материально-техническая база и отсутствие эффективных средств защиты от коррозии и износа. Дефицит отечественных защитных материалов остается важной проблемой на сегодняшний день. Это связано, в первую очередь, с прекращением производства ряда химического сырья, используемого в производстве ингибиторов коррозии. Отсутствие научно обоснованной концепции создания ингибиторов коррозии привело к появлению готовых к применению консервационных масел, представляющих сложные композиции, состоящие иногда более чем из 10 ингредиентов. Такие составы обладают низкой стабильностью и, как следствие, малым сроком хранения (до 6 месяцев). В них не учитывается механизм защитного действия каждого ингредиента, поэтому вместо суммарного синергического эффекта имеет место антагонистический (снижение эффективности). Такая же ситуация существует и на рынке противоизносных добавок. Как правило, состав средства производителем не раскрывается, не описан механизм действия препарата, а его эффективность обозначается декларативно. В связи с этим возникает острая необходимость разработки концепции создания защитных средств от коррозии и износа с полифункциональными защитными свойствами с применением нанотехнологий. Цель работы. На основании теоретических исследований разработать концепцию создания и технологию органического синтеза базового химического соединения для средств защиты от коррозии и износа, разработать новые защитные средства и технологии их применения для повышения надежности сельскохозяйственной техники. Задачи исследований: Обосновать концепцию создания новых химических соединений для получения полифункциональных средств защиты СХТ от коррозионно-механического разрушения с использованием нанотехнологий. Провести анализ физико-химических процессов на границах раздела фаз: электрохимической и химической коррозии, износа, трения, адгезии и т. д. Установить закономерность влияния поверхностной молекулярной пленки на физико-химические процессы на границе раздела фаз. Провести анализ и выбрать органические соединения с цепной молекулярной структурой для синтеза новых химических соединений. Разработать технологию органического синтеза новых химических соединений и получить их структурные формулы. Исследовать свойства полученных химических соединений и определить их перспективы применения как основы при разработке полифункциональных средств защиты от коррозии и износа. Разработать защитные средства от коррозии и износа на основе полученных химических соединений, а также технологии их применения с использованием нанотехнологий. Дать технико-экономическую оценку предложенных рекомендаций. Объекты исследования. Процессы коррозионно-механического разрушения деталей, сопряжений, сборочных единиц и систем под воздействием внешних факторов и влияние их на надежность сельскохозяйственной техники и оборудования. Предмет исследования. Механизмы защитного действия разработанных средств, установление их оптимальных составов и технологий применения. Научная новизна: Разработана концепция создания эффективных средств защиты от коррозии и износа с использованием нанотехнологий из возобновляемого отечественного сырья (растительных масел и отходов их производства). Впервые описаны реакции органического синтеза и получены структурные формулы новых химических соединений. Теоретически обоснованы и экспериментально установлены оптимальные концентрации полученных веществ в композициях. Впервые получено новое химическое соединение, позволяющее существенно снизить гидродинамическое трение в трибосопряжениях сельскохозяйственной техники, что дало возможность получить значительную экономию электроэнергии и топлива. Разработаны новые средства защиты от коррозии и износа, технологии восстановления эксплуатационных параметров двигателей и их систем без разборки. Новизна разработанных средств и технологий подтверждены 43 патентами на изобретения и полезные модели. Решением ФГУ ФИПС Роспатента разработки отнесены к нанотехнологиям (исх. № 41-2826-12 от 28.10.2008). Практическая значимость. На полученные защитные средства созданы технологические регламенты и разработаны следующие технические условия: ТУ 2461-060-27991970–02 «Ингибиторы коррозии «ТЕЛАЗ», ТУ 2389-059-27991970–00 «Консервационное масло «АВТОКОН», ТУ 0254-017-27991970–96 «Смазка для резьбовых и других крепежных соединений «Удар», ТУ 22008-27991970–95 Эпилам «Автокон-0,5», ТУ 0253-062-27991970–05 Защитный состав «АВИАКОН», ТУ 2229-002-27991970–04 «Модификатор универсальный «УМ», ТУ 1741-063-27991970–07 «Дисульфид молибдена модифицированный ДМИ-7М». На предприятии ЗАО «АВТОКОН» освоено производство 11 наименований разработанных средств, которые используются сельскохозяйственными и перерабатывающими предприятиями, строительными, металлургическими и машиностроительными заводами, предприятиями военно-промышленного комплекса (всего 80 предприятий). Основные положения, изложенные в диссертации, могут быть использованы органами управления АПК на различных уровнях, в том числе коллективными и фермерскими хозяйствами, в учебном процессе высших и средних учебных заведений, а также институтами повышения квалификации. Апробация работы. Результаты исследования были доложены на: - Международной научно-практической конференции «Современные проблемы технического сервиса в АПК», г. Москва, ФГОУ ВПО МГАУ, 2007 г.; - научно-технической конференции «Проблемы химмотологии в области разработки, производства, оценки соответствия и применения горюче-смазочных материалов и технических средств нефтепродуктообеспечения», г. Москва, ФГУП 25 ГНИИ МО, 2007 г.; - III международной научно-практической конференции «Материалы в автомобилестроении», г. Тольяти, ОАО «АВТОВАЗ», 2008 г.; - научно-практическом семинаре «Задачи инженерных обществ по активному участию в экономическом развитии страны», г. Дубай, Международный союз научных и инженерных общественных объединений, Ассоциация инженеров Объединенных Арабских Эмиратов, 2008 г.; - семинаре заведующих кафедрами ремонта и надежности машин на тему: «Инновационные технологии в подготовке высококвалифицированных кадров для технического сервиса в АПК», г. Москва, ФГОУ ВПО МГАУ, 2009 г.; - международной научно-практической конференции «Менеджмент качества инновационной деятельности по развитию научно-технологического комплекса России: практика и перспективы», г. Москва, Федеральное агентство по науке и инновациям, 2009 г. - техническом совещании по вопросам применения нанотехнологии эпиламирования в производстве газотурбинных установок, г. Москва, ФГУП «ММПП «Салют», 2009 г. - ХIV международном конгрессе двигателестроителей, г. Рыбачье, Украина, Национальный аэрокосмический университет им. Н. Е. Жуковского «ХАИ», Национальный технический университет «ХПИ», 2009 г.; - научно-практическом семинаре «Задачи инженерных обществ по стратегическому решению проблем, связанных с развитием всемирной экономики», о. Майорка, Испания, Международный союз научных и инженерных общественных объединений, Федерация инженеров в Королевстве Испания, 2009 г.; - международной научно-технической конференции «Научные проблемы развития ремонта, технического обслуживания машин, восстановления и упрочнения деталей», г. Москва, ГНУ ГОСНИТИ Россельхозакадемии, 2010 г.; - международной научно-практической конференции, посвященной 80-летию ФГОУ ВПО МГАУ «Интеграция науки, образования и производства в области агроинженерии», г. Москва, ФГОУ ВПО МГАУ, 2010 г.; - научно-практическом семинаре «Повышение качества подготовки инженеров и научных работников на стратегических направлениях технологического развития», г. Тель-Авив, Израиль, Международный союз научных и инженерных общественных объединений, Ассоциация инженеров Израиля, 2010 г.; - 12-ой международной научно-практической конференции «Ресурсосберегающие технологии ремонта, восстановления и упрочнения деталей машин, механизмов, оборудования, инструмента и технологической оснастки от нано- до макроуровня», г. Санкт-Петербург, Федеральное агентство по образованию, Санкт-Петербургский Государственный политехнический университет, 2010 г.; - международной научно-практической конференции «Трибология и экология», г. Москва, Департамент научно-технологической политики и образования Минсельхоза РФ, ФГОУ ВПО МГАУ, МГТУ им. Н. Э. Баумана, Академия проблем качества РФ, 2010 г.; - круглом столе «Нанотехнологии в техническом сервисе машин», г. Москва, ГНУ ГОСНИТИ, 2010 г.; - 14-ой международной научно-практической конференции «Научно-технический прогресс в животноводстве – инновационные технологии и модернизация в отрасли», г. Подольск, Министерство сельского хозяйства РФ, Российская академия сельскохозяйственных наук, ГНУ ВНИИМЖ Россельхозакадемии, ФГНУ «Росинформагротех», ФГОУ ВПО МГАУ им. В.П. Горячкина, 2011 г. Публикации. По теме диссертации опубликовано 72 научных работы, в том числе монография, учебное пособие, два учебно-методических пособия, 21 статья в изданиях, рекомендованных ВАК, 41 патент РФ на изобретения и два патента на полезные модели. Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов и рекомендаций, списка использованных источников и приложений. Общий объем диссертации составляет 461 страницу машинописного текста, в том числе 385 страниц основного текста, 119 рисунков и 87 таблиц. Диссертация содержит библиографию из 271 наименования, из них 55 зарубежных источников. ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Введение. Обоснована актуальность, дана общая характеристика проблемы. Показаны научная новизна и практическая значимость результатов исследований. В первой главе проведен анализ хранения и противокоррозионной защиты сельскохозяйственной техники. Дана оценка факторов, влияющих на процессы коррозии и коррозионно-механического изнашивания в условиях сельскохозяйственного производства. Показан вклад в развитие науки о коррозии и износе ведущих отечественных ученых: Колотыркина Я. М., Розенфельда И. Л., Шехтера Ю. Н., Флорионовича Г. М., Болдырева А. В., Алцыбеевой А. И., Фокина А. В., Тимонина В. А., Ахматова А. С., Крагельского И. В., Гаркунова Д. Н., Ерохина М. Н., Стрельцова В. В. и др. Система противокоррозионной защиты сельскохозяйственной техники в аграрном производстве сформировалась благодаря работам Меламеда М. Н., Северного А. Э., Севернева М. М., Пасечникова Н. М., Поцкалева А. Ф., Спектра А. Г., а также Пучина Е. А., Синявского И. А., Курочкина В. Н., Яковлева Б. П., Латышенка М. Б., Митягина В. А., Рязанова В. Е., Простоквашина В. Г., Щукина А. Р., Прохоренкова В. Д., Петрашева А. И. и др. Рассмотрены общие принципы системы обеспечения сохраняемости сельскохозяйственного машинно-тракторного парка в нерабочий период. Изучены характер и особенности коррозионных разрушений деталей и сборочных единиц СХТ. В результате выявлены детали и сборочные единицы, наиболее подверженные коррозии и износу, к ним можно отнести: детали режущего аппарата, крепеж, цепи, шкивы, звездочки, а также детали из тонколистовой стали, которые при ремонте нуждаются в замене или ремонтных воздействиях. Выявлено, что 70…80% деталей машин выходят из строя вследствие совместного воздействия атмосферной коррозии и механических нагрузок. Из них 20…25% приходится на долю поломок от перегрузок при работе вследствие потери прочности из-за атмосферной коррозии. Описан механизм коррозионно-механического изнашивания сопряжений СХТ, дан характер разрушений и номенклатура сопряжений, наиболее подтвержденных данному разрушению. В резьбовых соединениях под воздействием атмосферных факторов и механических нагрузок возникают активные процессы окисления и коррозии, что приводит к термическому и коррозионному «схватыванию». Демонтаж таких соединений весьма затруднен и часто сопровождается разрушением крепежных деталей. В данной главе также сформулированы цели и задачи, решаемые в работе. Во второй главе изложена теория создания наноматериалов, являющихся основой для получения средств защиты от коррозии и износа СХТ. Разработана концепция синтеза новых химических соединений, основные положения которой заключаются в следующем: - физико-химические процессы (электрохимическая и химическая коррозия, трение, износ, адгезия и т. д.) происходят на границе раздела фаз: твердое тело–твердое тело (ТТ-ТТ), твердое тело–жидкость (ТТ-Ж), жидкость–жидкость (Ж-Ж), газ–жидкость (Г-Ж), газ–твердое тело (Г-ТТ) (рис. 1); - адсорбция дифильных молекул на границе раздела «поверхность металла – защитное средство» происходит за счет образования водородных и химических связей; - полярная часть дифильных молекул содержит несколько функциональных групп, а неполярная имеет пилообразное цепное строение для придания наноматериалам полифункциональных свойств; - в качестве реагентов при органическом синтезе использовать доступное возобновляемое отечественное сырье. В соответствии с концепцией в качестве химических реагентов выбраны карбоновые кислоты растительных масел и аминоспирты (этаноламины). Разработаны технологии получения новых наноматериалов: водорастворимых ингибиторов коррозии (ИК) – боратов этаноламинов (БЭА) и маслорастворимых ИК – боратов этаноламидов карбоновых кислот (БЭКК); Для новых наноматериалов впервые получены структурные формулы: (1) – БЭА, (2) – БЭКК, (3) – БЭКК для n=7. Рисунок 1– Физико-химические процессы на границах раздела фаз Бораты этаноламинов являются продуктами взаимодействия борной кислоты и аминоспиртов (моно-, ди- и триэтаноламина). Бораты этаноламидов карбоновых кислот представляют собой продукты конденсации БЭА с карбоновыми кислотами. Технологии получения данных соединений отработаны на лабораторных пилотных установках и в условиях промышленного производства.

Похожие:

	Темы рефератов для направления «машиностроение» (г. Туймазы. Заочники)... История возникновения нанотехнологий и наук о наносистемах. Междисциплинарность и мультидисциплинарность. Объекты и методы нанотехнологий....		Программа «Конструирование малогабаритной техники» является модификацией... Муниципальное образовательное учреждение дополнительного образования детей центр детского (юношеского) технического творчества
	Разработка и исследование ингибирующих композиций для соляно- и сернокислых... Ведущая организация – фгоу впо кемеровский государственный сельскохозяйственный институт		Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... ...
	"Коррозия металлов" Цель: Дать понятия о коррозии металлов, познакомить учащихся со способами защиты металлов от коррозии		Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Цель: Дать понятия о коррозии металлов, классификации коррозионных процессов и способах защиты металлов от коррозии
	Программа вступительного экзамена в аспирантуру по специальности... Электролитическая диссоциация. Сильные и слабые электроли­ты. Термодинамическая активность электролита. Прохождение тока че­рез электролит:...		Реферат Тема нир Тема нир: Разработка способов снижения износа и повышения химической стойкости резинотехнических изделий для полиграфии и других...
	Тема. Коррозия металлов Сформировать у учащихся представление о коррозии металлов, используя знания о гальваническом элементе, выяснить причины вызывающие...		Рабочая программа дисциплины «защита оборудования от коррозии» Цель дисциплины – дать студентам теоретическую и практическую подготовку, необходимую для самостоятельной оценки коррозионной активности...
	Проект Профессиональный стандарт Специалист по проектному управлению... ...		Программа вступительных испытаний (экзамена) в аспирантуру по специальности... В реферате должно быть отражено состояние вопроса на момент анализа известных источников, выделены нерешенные проблемы и намечены...
	Программа вступительных испытаний по направлению подготовки научно-педагогических... Химическая технология», по профилю «Технология электрохимических процессов и защита от коррозии» разработана профессорско-преподавательским...		Исследование трения и износа при ремонте машин и оборудования сборник... Сборник лабораторных работ : Исследование трения и износа при ремонте машин и оборудования. Издание переработанное и дополненное....
	Методические указания по выполнению выпускной квалификационной работы... Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования		История завода «СибСельМаш» Советском Союзе по выпуску прицепной сельскохозяйственной техники. В 60-х годах здесь производилось более половины всех сеялок, изготавливаемых...