Nghiên cứu ma sát và mòn của cặp tiếp xúc ma sát kim loại polyme khi sử dụng chất bôi trơn m0s2 và PTFE

GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Thêm HVTH: Nguyễn Văn Kiên Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BAÙCH KHOA NGUYỄN VĂN KIÊN NGHIÊN CỨU MA SÁT VÀ MÒN CẶP TIẾP XÚC MA SÁT KIM LOẠI - POLYME KHI SỬ DỤNG CHẤT BÔI TRƠN MOS2 VÀ PTFE Chuyên ngành : CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY LUẬN VĂN THẠC SĨ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, tháng 06 năm 2008 Luận văn thạc sỹ Trang GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Thêm HVTH: Nguyễn Văn Kiên CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học : PGS.TS NGUYỄN VĂN THÊM Cán chấm nhận xét Cán chấm nhận xét : Luận văn thạc só bảo vệ tại: HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày 25 tháng 07 năm 08 Luận văn thạc sỹ Trang GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Thêm HVTH: Nguyễn Văn Kiên TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC Tp HCM, ngày tháng năm 2008 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: NGUYỄN VĂN KIÊN Ngày, tháng, năm sinh: 15 - 10 – 1979 Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Phái: Nam Nơi sinh: Bình Định MSHV: 00406063 I- TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu ma sát mòn cặp tiếp xúc ma sát Kim loại Polyme sử dụng chất bôi trơn MoS2 PTFE II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Tìm hiểu kỹ thuật tribology phân tích sở lý thuyết ma sát, mài mịn bơi trơn cặp ma sát kim loại – polyme - Sử dụng máy đo ma sát MS –TS1 tiến hành thí nghiệm đo hệ số ma sát Xây dựng toán qui hoạch thực nghiệm để xác định hệ số ma sát bôi trơn chất bôi trơn rắn MoS2, PTFE, hỗn hợp dầu MoS2 , dầu PTFE môi trường bôi trơn khác dầu mỡ cặp ma sát Thép 45 tôiPA6 (tự chế tạo ) có khảo nghiệm đối chứng với PA nga sản xuất Ba bít III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 01/2008 IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 06/2008 V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : PGS.TS NGUYỄN VĂN THÊM CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CN BỘ MÔN QL CHUYÊN NGÀNH PGS.TS NGUYỄN VĂN THÊM Nội dung đề cương luận văn thạc só Hội đồng chuyên ngành thông qua Ngày …… tháng……… năm……… TRƯỞNG PHÒNG ĐT – SĐH Luận văn thạc sỹ TRƯỞNG KHOA QL NGÀNH Trang GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Thêm HVTH: Nguyễn Văn Kiên LỜI CẢM ƠN Trước tiên em xin gửi lời cám ơn đến tất q thầy cô khoa khí tận tình truyền đạt, hướng dẫn cho em suốt học kỳ vừa qua đặc biệt luận văn Cho phép em bày tỏ lòng cảm ơn trân trọng đến PGS-TS Nguyễn Văn Thêm tạo điều kiện hướng dẫn khoa học, tận tình giúp đỡ trình thực luận văn Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy TS Lê Bá Khang, trường Đại học Nha trang, trung tâm nghiên cứu Polyme Trường Đại học Bách khoa thành phố Hồ Chí Minh, Phòng thí nghiệm polyme Đại học Khoa học Tự nhiên thành phố Hồ Chí Minh cảm ơn bè bạn đặc biệt vợ hỗ trợ, giúp đỡ chí tình cho việc thực hiện, hoàn thành nội dung luận văn Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 28 tháng 06 năm 2008 Người thực Luận văn thạc sỹ Trang GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Thêm HVTH: Nguyễn Văn Kiên TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Ma sát học ngành khoa học có ảnh hưởng lớn nhiều lónh vực, đặc biệt lónh vực chế tạo Do việc nghiên cứu tìm kiếm vật liệu thay giải pháp giảm thiểu ma sát, hao mòn nhằm nâng cao độ tin cậy, tuổi thọ cho thiết bị môi trường nhiệt đới nóng ẩm số môi trường đặc biệt chân không, nhiệt độ cao, xâm thực, ăn mòn hay không cho phép bôi trơn dầu - mỡ thông dụng Trong luận văn nghiên cứu ma sát mòn cặp Kim loại - Polyme sử dụng chất bôi trơn MOS2 PTFE, hỗn hợp dầu MOS2 dầu PTFE Nội dung luận văn gồm: - Tìm hiểu kỹ thuật tribology phân tích sở lý thuyết ma sát, mài mòn bôi trơn cặp ma sát kim loại - Polyme - Sử dụng máy đo ma sát MS –TS1 tiến hành thí nghiệm đo hệ số ma sát Xây dựng toán qui hoạch thực nghiệm để xác định hệ số ma sát bôi trơn chất bôi trơn rắn MoS2, PTFE, hỗn hợp dầu MoS2 , dầu PTFE môi trường bôi trơn khác dầu mỡ cặp ma sát Thép 45 tôi- PA6 (tự chế tạo ) có khảo nghiệm đối chứng với PA nga sản xuất Ba bít Mặc dù có nhiều cố gắng đề tài thiếu sót, tác giả mong nhận thông cảm ý kiến đóng góp người Thành phố hồ chí minh, ngày 28 tháng 06 năm 2008 Nguyễn Văn Kiên Luận văn thạc sỹ Trang GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Thêm HVTH: Nguyễn Văn Kiên SUMMARY OF THE THESIS Tribology is ascience subject which has a large influence to many felds, especially manufacturing technology To research and to look for materials replace or rubbing and wear out minimize aim at objective to raise longevity of machines, equipment to towork in severe environment, erosion cannot but lubricatetion by oil, grease In the thesis we would study the friction coefficient and abration intensity in the contacts Metal –Polyme with the solid lubrication : MOS2 and PTFE Main contents of The thesis in detail as: - To learn about tribology and to analyze theory foundation friction and abration in the contacts Metal –Polymer - To use friction machine MS-TS1 to measure friction coefficient from then building problem of statistic experrimen tal design to define the friction coefficient and abration intensity in the contacts metal – polyme with the solid lubrication : Mos2 and PTFE, MoS2 mixture, PTFE mixture and oil, grease environment in the contacts metal with PA6, PA from Russia and babit Despite author’s attempt, the thesis is able to has some mistake in somewhere The author hope to receive sympathy and kind ideals from all reades Sincerely Hochiminh city,june, 2008 Nguyen Van Kien Luận văn thạc sỹ Trang GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Thêm HVTH: Nguyễn Văn Kiên MỤC LỤC Đặt vấn đề Chương Tổng quan kỹ thuật tribology………………… 14 1.1 Tribology 14 1.2 Kỹ thuật tribology…………………………………………………………………………………………………………………………… 14 1.2.1 Ma sát……………………………………………………………… 14 1.2.1.1 Phaân loại ma sát………………………………………………………………………………………………………… 16 1.2.1.2 Các định luật ma sát……………………………… 16 1.2.1.3 Những qui luật ma sát thực nghiệm…………………………………………………… 21 1.2.1.4 Các phương pháp tính hệ số ma sát……………………………………………………… 23 1.2.2 Mòn cặp ma sát chi tiết máy……………………… 25 1.2.2.1 Cơ chế mòn bề mặt kim loại……………………………………………… 25 1.2.2.2 Các giai đoạn mòn cặp masát……………………………………………………… 25 1.2.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến hao mòn, hư hỏng 26 1.2.2.4 Một số phương pháp tính mòn cặp ma sát…………………… 27 1.2.3 Bôi trơn………………………………………………………………… 29 1.2.3.1 Quá trình nghiên cứu vật liệu bôi trơn…………………………………………… 29 1.2.3.2 Phân loại kỹ thuật bôi trơn………………………………………………………………………… 30 1.2.3.3 Các lý thuyết bôi trơn điển hình…………………………………………………………… 31 1.2.4 Lý thuyết bôi trơn rắn 33 1.2.4.1 Ma sát khô lớp vật liệu chuyển dời ma sát…… 33 1.2.4.2 Các quan hệ giải tích mài mòn bôi trơn 34 rắn 1.2.4.3 Vai trò chất bôi trơn ………… 36 1.2.4.4 Yêu cầu dầu bôi trơn……………………………………………………………………… 36 Luận văn thạc sỹ Trang GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Thêm Chương HVTH: Nguyễn Văn Kiên 1.2.4.5 nh hưởng chất phụ gia dầu bôi trơn 37 1.2.5 Tình hình nghiên cứu nước………………………… 37 1.2.5.1 Ở nước ngoài…………………………………………………………… 37 1.2.5.2 Ở Việt nam……………………………………………………………… 38 Cơ sở lý thuyết ma sát mòn cặp tiếp xúc kim loại - 39 Polyme 2.1 Tổng quan vật liệu polyme polyamit (PA)…………………………………… 39 2.1.1 Vật liệu polyme……………………………………………………………………………………………………… 39 2.1.1.1 Định nghóa……………………………………………………………… 39 2.1.1.2 Phân loại………………………………………………………………… 39 2.1.1.3 Các phương pháp tổng hợp polyme………………………… 40 2.1.1.4 Tính chất - lý - nhiệt polyme……………………………………………… 41 2.1.1.5 Một số tính chất khác polyme…………………………………………………… 45 2.1.2 Tính chất ứng dụng vật liệu Polyamit……………………… 46 2.2 Ma sát, hao mòn bôi trơn cặp lắp ghép kim loại - 47 Polyme kim loại – Polyamit 2.2.1 Ma sát cặp kim loại - Polyme kim loại – Polyamit 47 2.2.2 Hao mòn cặp tiếp xúc kim loại - polyme 53 Polyamit 2.3 Bôi trơn rắn cặp ma sát 2.3.1 Quá trình điều kiện hình thành lớp mỏng dịch 57 57 chuyển bôi trơn raén 2.3.2 Thành phần hình thể lớp mỏng chuyển dời 59 2.3.3 Hoạt động lớp mỏng chuyển dịch 60 Chương Nghiên cứu thực nghiệm kết 65 3.1 Nội dung nghiên cứu 65 Luận văn thạc sỹ Trang 10 GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Thêm 3.2 HVTH: Nguyễn Văn Kiên Thiết bị nghiên cứu 65 3.2.1 Chế tạo mẫu 65 3.2.2 Xác định lý tính vật liệu chế tạo 66 3.2.2.1 Thiết bị thử tính 66 3.2.2.2 Thiết bị đo mòn khoâ 67 3.2.2.3 Thiết bị đo ma sát mòn MS - TS1 68 Qui hoạch khảo nghiệm ma sát mẫu vật liệu PA6 71 3.3.1 Chất bôi trơn MoS2 72 3.3.2 Chất bôi trơn Tetraflouretylen PTFE ( -CF2 - CF2 -)n 73 3.3.3 Tính áp lực (P) tác dụng lên mẫu khảo nghiệm 75 3.3 Kết nghiên cứu 80 3.4.1 80 3.4 Kết khảo nghiệm tính chất cơ, lý mòn khô vật liệu 3.4.2 Kết thực nghiệm ma sát………………………………………………………………………… 81 3.4.3 Xử lý kết thực nghiệm…………………………………………………………………………… 83 3.4.3.1 Loại bỏ sai số thô…………………………………………………………………………………………………… 83 3.4.3.2 Tìm hàm hồi qui……………………………………………………………………………………………………… 84 3.4.3.3 Kiểm định tương thích phương trình hồi quy…… 90 3.4.3.4 Tìm hàm theo biến thực………………………………………………………………………………… 82 3.5 Nhận xét kết thínghiệm………………………………………………………………………………………………… 103 Chương Kết luận đề xuất 105 4.1 Nhận xét 105 4.2 Đề xuất 105 Lời kết 107 Tài liệu tham khảo 108 Phụ lục Luận văn thạc sỹ Trang 11 GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Thêm HVTH: Nguyễn Văn Kiên ĐẶT VẤN ĐỀ Hiện nay, ma sát vấn đề cấp thiết, mang tính thời Phần lớn máy móc tiếp tục làm việc nguyên nhân ma sát gây hao mòn chi tiết Và chi phí cho việc sửa chữa máy, thiết bị không ngừng tăng lên hàng năm Tại Liên Xô cũ chi phí cho việc sửa chữa máy thiết bị nguyên nhân hao mòn 40 tỷ rúp/năm, Cộng hòa liên bang Đức 100 tỷ mác/năm – chiếm 1% ngân sách Nước ta, hàng năm ngành Cơ khí khoảng tỷ USD cho công tác bảo trì, sửa chữa máy thiết bị Cùng với phát triển động kinh tế, yêu cầu thực tiễn đặt cho nhà khoa học nghiên cứu tìm kiếm vật liệu thay giải pháp giảm thiểu ma sát, hao mòn nhằm nâng cao độ tin cậy, tuổi thọ cho thiết bị môi trường nhiệt đới nóng ẩm số môi trường đặc biệt chân không, nhiệt độ cao, xâm thực, ăn mòn hay không cho phép bôi trơn dầu - mỡ thông dụng … Thực tế, năm gần nghiên cứu chế tạo nhiều chủng loại vật liệu polyme compozit chúng, có tính tốt, chịu ma sát, mài mòn phục vụ đắc lực công trình dân sinh công nghiệp Hiện sản phẩm polyme không trực tiếp phục vụ đời sống người, mà sử dụng đa dạng nhiều ngành, lónh vực kinh tế quốc dân Ngành gia công công chất dẻo có ưu công nghệ sản xuất ngắn, vốn đầu tư không nhiều, thu hồi vốn nhanh nên việc đầu tư sản xuất thành phần kinh tế ngành phát Luận văn thạc sỹ Trang 12 GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Thêm HVTH: Nguyễn Văn Kiên Lời kết Trong suốt học kỳ vừa qua nổ lực, phấn đấu thân hướng dẫn tận tình q thầy cô, bè bạn , gia đình đặc biệt hướng dẫn nhiệt tình thầy hướng dẫn PGS.TS Nguyễn Văn Thêm thầy TS Lê Bá Khang trường Đại học Nha trang luận văn hoàn thành theo mục tiêu đề Qua nội dung trình bày trên, không tránh khỏi sai sót, học viên mong đóng góp, phê bình q thầy cô hội đồng mong q thầy cô cho học viên trình bày bảo vệ luận văn tốt nghiệp Chân thành cảm ơn trân trọng! Luận văn thạc sỹ Trang 107 GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Thêm HVTH: Nguyễn Văn Kiên TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Anh Tuấn, Nguyễn Văn Thêm “Ma sát học “ Trường đại học Sư phạm Kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh 2001 [2] Lê Bá Khang “ Nghiên cứu ma sát mòn trục thép – bạc trượt copolyme sử dụng thiết bị lượng tàu thủy” Luận án Tiến só Kỹ thuật, trường đại học Nha trang 2005 [3] Nguyễn Anh Tuấn, Nguyễn Văn Thêm “ Kỹ thuật ma sát biện pháp nâng cao tuổi thọ thiết bị” Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật 1990 [4] Nguyễn Anh Tuấn “Tribology tài liệu tổng hợp giảng dạy cho cao học nghiên cứu sinh” Trường đại học Bách khoa Hà nội 1997 [5] Phạm Huy Bình, Lương Thị Thu Giang, Nghiêm Hùng, Phạm Phố “Vật liệu vật liệu mới” Nhà xuất đại học Quốc gia thành phố Hồ Chí Minh 2002 [6] Phùng Chân Thành “ Nghiên cứu bôi trơn bề mặt ma sát vật liệu rắn” Trường đại học Bách khoa thành phố Hồ Chí Minh 1998 [7] Nguyễn Doãn Ýù “ Ma sát mòn bôi trơn – tribology” Luận văn thạc sỹ Trang 108 GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Thêm HVTH: Nguyễn Văn Kiên Trường đại học Bách khoa Hà nội 2005 [8] Nguyễn Anh Tuấn, Phạm Văn Hùng “Ma sát học “ Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật 2005 [9] Nguyễn Cảnh “Qui hoạch thực nghiệm “ Trường đại học Bách khoa Thành phố Hồ Chí Minh 1993 [10] Hoàng Trọng Bá “Sử dụng vật liệu phi kim loại ngành khí” Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật 1995 [11] T.A Stolarski, Tribology in Machine Design, Butterworth Heinemann [12] M.J Neale, The tribology handbook, Butterworth Heinemann [13] V.K Jain, S.Banadur “ surfacetopography changes in polymer - metal sliding asme vol 102 october 1980“ [14] Gwidon W Stachowiak, Andrew W Batchelor, Engineering Tribology, Butterworth Heinemann [15] http://www.tribology-abc.com Luận văn thạc sỹ Trang 109 GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Thêm HVTH: Nguyễn Văn Kiên PHỤ LỤC KẾT QUẢ ĐO HỆ SỐ MA SÁT TRÊN MÁY MS-TS1 Bảng 1.1 : Số liệu đo ma sát cặp Thép 45 – PA6 bôi trơn dầu Luận văn thạc sỹ Trang 110 GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Thêm HVTH: Nguyễn Văn Kiên Bảng 1.2 : Số liệu đo ma sát cặp Thép 45 – PA* Nga bôi trơn dầu Bảng 1.3 : Số liệu đo ma sát cặp Thép 45 – Ba bit** bôi trơn dầu Luận văn thạc sỹ Trang 111 GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Thêm HVTH: Nguyễn Văn Kiên Bảng 1.4 : Số liệu đo ma sát cặp Thép 45 – PA6 bôi trơn MoS2 + dầu Bảng 1.5 : Số liệu đo ma sát cặp Thép 45 – PA* nga bôi trơn MoS2 + dầu Luận văn thạc sỹ Trang 112 GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Thêm HVTH: Nguyễn Văn Kiên Bảng 1.6 : Số liệu đo ma sát cặp Thép 45 – Ba bit* bôi trơn MoS2 + dầu Bảng 1.7 : Số liệu đo ma sát cặp Thép 45 – PA6 không bôi trơn Luận văn thạc sỹ Trang 113 GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Thêm HVTH: Nguyễn Văn Kiên Bảng1.8 : Số liệu đo ma sát cặp Thép 45 – PA* Nga không bôi trơn Bảng 1.9 : Số liệu đo ma sát cặp Thép 45 – Ba bít* không bôi trơn Luận văn thạc sỹ Trang 114 GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Thêm Bảng 1.10 HVTH: Nguyễn Văn Kiên : Số liệu đo ma sát cặp Thép 45 – PA6 bôi trơn Mỡ Bảng 1.11 : Số liệu đo ma sát cặp Thép 45 – PA* Nga bôi trơn Mỡ Luận văn thạc sỹ Trang 115 GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Thêm HVTH: Nguyễn Văn Kiên Bảng 1.12 : Số liệu đo ma sát cặp Thép 45 – Ba bít** bôi trơn Mỡ Bảng 1.13 : Số liệu đo ma sát cặp Thép 45 – PA6 bôi trơn MoS2 Luận văn thạc sỹ Trang 116 GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Thêm HVTH: Nguyễn Văn Kiên Bảng1.14 : Số liệu đo ma sát cặp Thép 45 – PA* Nga bôi trơn MoS2 Bảng 1.5 : Số liệu đo ma sát cặp Thép 45 – PA* nga bôi trơn MoS2 + dầu Luận văn thạc sỹ Trang 117 GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Thêm HVTH: Nguyễn Văn Kiên Bảng 1.6 : Số liệu đo ma sát cặp Thép 45 – Ba bit* bôi trơn MoS2 + dầu Bảng 1.7 : Số liệu đo ma sát cặp Thép 45 – PA6 không bôi trơn Luận văn thạc sỹ Trang 118 GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Thêm HVTH: Nguyễn Văn Kiên Bảng1.8 : Số liệu đo ma sát cặp Thép 45 – PA* Nga không bôi trơn Bảng 1.9 : Số liệu đo ma sát cặp Thép 45 – Ba bít* không bôi trơn Luận văn thạc sỹ Trang 119 GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Thêm HVTH: Nguyễn Văn Kiên Bảng 1.20 : Số liệu đo ma sát cặp Thép 45 – PA* Nga bôi trơn PTFE + Dầu Bảng 1.21 : Số liệu đo ma sát cặp Thép 45 – Ba bít ** bôi trơn PTFE + Dầu Luận văn thạc sỹ Trang 120 GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Thêm HVTH: Nguyễn Văn Kiên LÝ LỊCH TRÍCH NGANG Họ tên: NGUYỄN VĂN KIÊN Ngày,tháng, năm sinh: 15 – 10 – 1979 Phái: Nam Nơi sinh: Bình Định Địa liên lạc: Thôn 10 - Mỹ Thắng – Phù Mỹ – Bình Định Điện thoại: 0908655316 Quá trình đào tạo : Từ năm 1998 – 2003: Sinh viên khoa chế tạo máy – Đại học Sư phạm Kỹ thuật TPHCM Quá trình công tác: Từ năm 2003- 2004: Kỹ thuật viên Phân xưởng Cơ điện- Công ty Phan Vũ Từ năm 2004 đến nay: Nhân viên phòng KCS Công ty Kính Viglacera Luận văn thạc sỹ Trang 121 ... TÀI: Nghiên cứu ma sát mòn cặp tiếp xúc ma sát Kim loại Polyme sử dụng chất bôi trơn MoS2 PTFE II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Tìm hiểu kỹ thuật tribology phân tích sở lý thuyết ma sát, mài mịn bơi trơn. .. thiết kế khuyến nghị sử dụng cho cặp ma sát Với mục đích đó, tiến hành “ Nghiên cứu ma sát mòn cặp ma sát Kim loại - Polyme sử dụng chất bôi trơn MOS2 PTFE ” Do tính chất đa dạng vấn đề khả năng,... thuyết ma sát, mài mòn bôi trơn cặp ma sát kim loại - Polyme - Sử dụng máy đo ma sát MS –TS1 tiến hành thí nghiệm đo hệ số ma sát Xây dựng toán qui hoạch thực nghiệm để xác định hệ số ma sát bôi trơn