В момента антимоновият трисулфид е най-ефективният метален сулфид във фрикционната индустрия.

Свързани термини:

  • Метални сулфиди
  • Азбест
  • Натриев атом
  • Титанов диоксид
  • Сулфид
  • Графит
  • Дисулфид
  • Йодид
  • Остра токсичност
  • Фрикционен материал

Изтеглете като PDF

За тази страница

Метални сулфиди

6.4 Sb2S3: Парадигма за всички метални сулфиди при спирачни приложения

В момента антимоновият трисулфид е най-ефективният метален сулфид във фрикционната индустрия. Този факт показва, че не само лубрикантният ефект е желан, но и оксидното образуване и промяната на степента на окисление на металния елемент е определящ фактор.

Sb2S3 кристализира в орторомбичната система. Всеки Sb атом е свързан с три кислородни атома, образуващи тригонална пирамида съгласно фигура 6.8. Параметрите на клетката са следните: a = 11.223 Å, b = 11.311 Å, c = 3.839 Å [8, 9]. Някои автори обменят клетъчните параметри, въпреки че стойностите са доста сходни. Освен това параметрите на клетката варират в зависимост от температурата, преминаваща от моноклин под 20 ° C до орторомбичност. Материалът се състои от ленти от Sb2S3 (четири за всяка клетка), успоредни на посоката c, които образуват вериги от двойки ленти Sb4S6. Sb и S на съседите имат разстояния от 3.11–3.64 Å. Всяка двойка е слабо свързана със съседната верига. Тази характеристика на образуването на слабо свързани вериги е това, което осигурява смазочните свойства.

sciencedirect

Фигура 6.8. Кристална структура на Sb2S3.

T. BenNasr, H. Maghraoui-Meherzi, H. BenAbdallah, R. Bennaceur, Електронна структура и оптични свойства на кристала Sb2S3, Physica B 406 (2011) 287–292.

Продуктите на трибоксидирането могат да бъдат антимонови оксиди, съдържащи както Sb (III), така и Sb (V). Основният продукт Sb2O3 има орторомбична структура и образува вериги –O – Sb – O – Sb – O–, които са свързани чрез крайни кислородни атоми.

Том 1

4645. Калиев нитрат

[7757-79-1]

FPA H74, 1978; HCS 1980, 771

Алуминий, бариев нитрат, калиев перхлорат, вода

Вижте Алуминий: Метални нитрати и др.

Вижте 1,3-бис (трихлорметил) бензен: оксиданти

Бор, ‘Laminac’, трихлоретилен

История на случаите на MCA № 745

14 кг партида от сместа, главно от бор и калиев нитрат, с по-малка част от лепилото и разтворителя от синтетична смола, експлодира 5 минути след началото на смесването. Бяха разгледани няколко възможности за източник на триене.

Калциев хидроксид, Полихлорирани феноли

Вижте Калциев хидроксид: Полихлорирани феноли и др.

Berger, F., Compt. ренд., 1920, 170, 1492

Smolin, A. O., Chem. Абс., 1977 г., 86, 173758

Смес от калиев нитрат (или натриев нитрат) и калциев силицид (60:40) е лесно запалван грунд, който гори при много висока температура. Способен е да инициира много високотемпературни реакции [1]. Темата е обсъдена впоследствие, но не са преведени подробности [2].

Ishida, H. et al., Chem. Абс., 1988, 109, 56797

Опасностите от термична реакция на калиев нитрат-целулозни смеси бяха оценени от ARC. Стехиометричните смеси (нулев кислороден баланс) показват най-ниските температури на запалване.

Партингтън, 1967, 744

Нитридът се дефлагрира с разтопения нитрат.

Winfield, J., The Gunpowder Mills of Fernilee, 20 (Частна публикация от Автор: 21 New

Rd, Whaley Bridge, SK23 7JG, Великобритания), 1996

Ранен китайски ръкопис предупреждава, че кипящата тази смес застрашава брадата на експериментатора. Той е вероятен предшественик на барута.

Вижте Лактоза: Оксиданти

MRH Антимонов трисулфид 2.30/37, титанов дисулфид 3.42/26

Мелор, 1939, кн. 9, 270, 524

Мелор, 1941, кн. 3, 745; Кн. 7, 91, 274

Mellor, 1943, Vol. 11, 647

Паскал, 1963, кн. 8,3, 404

Смеси от калиев нитрат с антимонов трисулфид [1], бариев сулфид, калциев сулфид, германиев моносулфид или титанов дисулфид експлодират при нагряване [2]. Сместа с арсенов дисулфид е детонираща и добавянето на сяра дава пиротехнически състав [2]. Смеси с молибден дисулфид също са детонирани [3]. Взаимодействието със сулфиди в разтопените смеси е насилствено.

MRH Алуминий 7,15/35, желязо 1,55/53, магнезий 7,57/42, натрий 3,10/58

Мелор, 1941, кн. 7, 20, 116, 261; 1939, кн. 9, 382

Смеси от калиев нитрат и прахообразен титан, антимон или германий експлодират при нагряване и с цирконий при температура на топене на сместа.

MRH Въглерод 3.26/13, Фосфор (жълт) 3.14/27, сяра 2.97/21

История на случаите на MCA № 1334

Mellor, 1946, Vol. 5, 16

Brede, U., Chem. Абс., 1981, 94, 86603

Leleu, Cahiers, 1980, (99), 278

Мелор, 1941, кн. 2, 820, 825; 1963, кн. 2, Suppl. 2.2, 1939

Mellor, 1940, кн. 8, 788

Мелор, 1939, кн. 9, 35

Пиротехническа смес от фино разделена смес с бор се запали и експлодира при изпускане на алуминиевия съд [1]; (алуминиевият контейнер също може да е участвал). Борът не се атакува при температура под 400 ° C, но е при температура на топене или при по-ниски температури, ако има продукти на разлагане (нитрити) [2]. Сместа също е оценена като гориво [3]. Контактът на прахообразния въглерод с нитрата при 290 ° C предизвиква енергично горене [4] и смес експлодира при нагряване. Барутът е най-старият известен експлозив и съдържа калиев нитрат, въглен и сяра, като последният намалява температурата на запалване и увеличава скоростта на горене [5]. Смеси от бял фосфор и калиев нитрат експлодират при перкусии, а смес с червен фосфор енергично реагира при нагряване [6]. Смеси от калиев нитрат с арсен експлодират енергично при запалване [7].

MRH анилин 3.51/13, ацетон 3.47/15, етанол 3.31/16, толуен 3.56/12

Smith, A. J., Quart. Natl. Fire Prot. Доц., 1930, 24, 39—44

Непубликувана информация, 1979 г.

Калиев нитрат в чували от плат, прибрани до балиран торфен мъх, участва в пожар на кораба и причинява бързо разпространение на пламъка и експлозии [1]. Сол за пренос на топлина от нов доставчик беше добавена към солена баня за реактор на пилотна инсталация. Около 12 часа след започване на нагряването, за да се стопи съдържанието на банята, се получи заглушен взрив, дължащ се на наличието на органични примеси в новата сол [2].

Вижте Целулоза, по-горе.

Вижте Натриев нитрат: юта и др.

Йошида, 1980, 192

Дадени са MRH стойности, изчислени за 19 комбинации с окисляеми материали.

Mellor, 1940, кн. 8, 839, 845

Борният фосфид се възпламенява в разтопени нитрати; смеси от нитрат с меден (II) фосфид експлодират при нагряване, а тази с меден монофосфид експлодира при удар.

Мелор, 1941, кн. 2, 820

Смеси от калиев нитрат с натриев фосфинат и натриев тиосулфат са експлозивни, като първият е доста мощен.

Вижте други РЕАКЦИИ НА REDOX

Питерс, 1957, 30

Смесите могат да бъдат експлозивни.

Вижте Ториев дикарбид: Неметали и др.

Вижте други МЕТАЛНИ НИТРАТИ, ОКСИДАНТИ

Антимон

Човек

Случайните отравяния могат да доведат до остра токсичност, която води до повръщане и диария. Повечето информация относно токсичността на антимона са получени от промишлени експозиции. Професионалното облъчване обикновено се случва чрез вдишване на прах, съдържащ антимонови съединения. Работници, изложени на антимонов трисулфид (използван като пигмент и в производството на кибрит) при концентрации по-големи от 3,0 mg m-3, са получили сърдечни усложнения и са починали. В допълнение, временен кожен обрив, наречен „антимонови петна“, може да се появи при лица, хронично изложени на антимон на работното място. Вдишването на антимонов хидрид (газ стибин) може да доведе до хемолитична анемия, бъбречна недостатъчност и хематурия. Газът Stibine се получава, когато антимоновите сплави се обработват с киселини.

Въглеродни материали

7.8 Поведение на триене на въглеродните материали

Графитът изглежда работи добре в комбинация с метални сулфиди в балансирано съотношение. За неазбестова органична NAO формула Kim et al. намерено като адекватно съотношение 6 тегл.% графит към 3 тегл.% антимонов трисулфид [2]. Те откриха намалена чувствителност към налягане в интервала от 1–7 MPa и добра стабилност при скорости между 10 и 100 km h - 1 при тест за съпротивление с истинска спирачка, но инерция от 0,44 kg m 2. Подобни резултати са намерени от Cho et al. подчертавайки синергията между антимонов трисулфид и графит при стабилизиране на коефициента на триене [3]. Те приписват това поведение на триещия се филм. Не бяха представени обаче ясни доказателства.

Размерът на частиците изглежда важен за увеличаването на стабилността и намаляването на чувствителността както към скоростта, така и към налягането. В проучване е установено, че най-малкият тестван размер (21 μm) подобрява тези качества [4]. Този ефект на размера се подчертава и при появата на горещи точки. Още веднъж малките частици от 21 μm с по-висока топлопроводимост (2,83 W m - 1 K - 1) забавят появата на горещи точки и намаляват явлението на термична локализация [5].

Възможният ефект на сулфидите е, че тъй като те са окислени, те могат да предотвратят разрушителното окисление на графита до известна степен при високите температури на контактната повърхност, като по този начин благоприятстват адхезията на графитния основен план върху контактния слой (всяка подложка или ротор), съставен от смесени оксиди, включително окисления сулфид. В този случай графитът ще се смазва умерено, вместо да се отстранява бързо като износени отломки. В подкрепа на тази хипотеза е диапазонът на температурите на окисляване на Sb2S3, който е между 400 и 600 ° C, преди окисляването (изгарянето) на графита, започващо при 700 ° C. От друга страна, MoS2 се окислява около 600 ° C, но MoO3 сублимира около 700 ° C, точно преди окислението на графита, както е показано в термичните гравиметрични криви на Фигура 7.9 .

Фигура 7.9. TGA криви на MoS2, Sb2S3 и графитна проба.

М.Х. Cho, J. Ju, S.J. Kima, H. Jang, Трибологични свойства на твърдите смазочни материали (графит, Sb2S3, MoS2) за материали за триене на автомобилни спирачки, Wear 260 (2006) 855–860.

Този факт може да обясни защо поведението на MoS2 е толкова различно от това на Sb2S3 с графит. Сублимацията на MoO3 предизвиква подобен ефект като този на загубата на графит поради изгаряне: произвежда се газов филм, който драстично намалява коефициента на триене и материалните загуби не се заменят с друг продукт. Това е отразено в тестовете за триене, където не е открит почти никакъв ефект на MoS2 при стабилизиране на триенето или при намаляване на избледняването, както е показано на Фигура 7.10 .

Фигура 7.10. Промяната на коефициента на триене като функция от температурата на диска по време на теста за плъзгане за образци A, B и C.

М.Х. Cho, J. Ju, S.J. Kima, H. Jang, Трибологични свойства на твърдите смазочни материали (графит, Sb2S3, MoS2) за материали за триене на автомобилни спирачки, Wear 260 (2006) 855–860.

Забележително е да се отбележи, че това е синергичен ефект, тъй като графитът без сулфид или обратно не намалява ефективно нито скоростта, нито чувствителността към натиск.

Два аспекта изглеждат важни при графита: малък размер на частиците и синергия с метални сулфиди, особено тези, чиито оксиди се сублимират след окислението на графита. Ефектът от малкия размер на частиците вероятно е свързан с по-доброто разпределение на смазката върху контактната повърхност. Относно синергичния ефект трябва да се помни, че е добре известно, че по краищата на графеновите слоеве въглеродът е свързан с хетероатоми като кислород и водород. Ръбовете са много нестабилни и поради тази причина са склонни да реагират, например с кислород във въздуха. Хидроксидните групи и карбонилите са свързани към крайните крайни въглероди; от своя страна тези функционални групи могат по-нататък да реагират с металния сулфиден свързващ графит с окисления сулфид, залепен върху контактната повърхност. Фигура 7.11 изобразява кислорода, свързан с крайните въглеродни атоми на графитните слоеве, които могат да реагират с метални сулфиди, за да свържат двата материала.

Фигура 7.11. Окислена графенова ламела, свързана с металния оксид, получен от сулфида. Кислородните атоми, свързани към крайните въглеродни атоми, са тези, които реагират с металния сулфид.

Хипотезата на този механизъм може да бъде обобщена по следния начин: (а) металните сулфиди се прилепват към повърхността на диска поради тяхната мека ламеларна или верижна структура; б) сулфидите обикновено са окислени, като запазват доста меки характеристики; в) окислените ръбове на графита се свързват с металния сулфид/оксид и се изплъзват; (г) графитът най-накрая се разрушава чрез окисляване или се включва в композитния филм като наночастици.

Тази възможност е по-известна поради неотдавнашните проучвания, фокусирани върху графена, които показаха доказателства за реакцията на крайно висящите връзки на графен с метални оксиди [6].

В описания случай синергията между графит и метални сулфиди се интерпретира от гледна точка на пряко взаимодействие между графит и сулфиди (образуват се връзки). Въпреки това как това взаимодействие причинява наблюдаваните свойства на крайното триене все още е отворено за дискусия. Това може да се дължи основно на две различни явления: (i) предотвратяване на окисляване на графит от металния сулфид, който заема най-активните места на графита или (ii) закрепване на равнината на основния графит към металния сулфид (оксид), за да се благоприятства междупланарното приплъзване.

Антимон

Човек

Случайните отравяния могат да доведат до остра токсичност, която води до повръщане и диария, подобни на отравяне с арсен. Повечето информация относно токсичността на антимона са получени от промишлени експозиции. Професионалното облъчване обикновено се случва чрез вдишване на прах, съдържащ антимонови съединения. Шестима работници, изложени на антимонов трисулфид (използван като пигмент и за производство на кибрит) при концентрации, по-големи от 3,0 mg m −3 във фабрика, която произвежда шлифовъчни колела, са претърпели сърдечни усложнения и са починали, а останалата част от населението, работещо в околната среда, показва ограничено сърдечно-съдови промени. Вдишването на антимонов хидрид (газ стибин) може да доведе до хемолитична анемия, бъбречна недостатъчност и хематурия. Газът Stibine се получава, когато антимоновите сплави се обработват с киселини. Счита се, че минималните орални летални дози APT при деца са 300 mg, а при възрастни 1200 mg.

Екологични композити за спирачни накладки от агро отпадъци: преглед

4.10 Конопени влакна

Модифицирана формула, състояща се от естествени конопени влакна и екологично чист геополимер като заместител на фракция съответно за синтетични кевларови влакна и фенолна смола, е докладвана от Lee и Filip (2013). Пробата от Т-базова линия се състои от 3,4 тегл.% Кевларови влакна, 9,5 тегл.% Фенолна смола, 3,6 тегл.% Антимонт трисулфид и 8,0 тегл.% Мед. Модифицираните проби се състоят от 0% от антимонов трисулфид, 0% от мед и 1,7 тегловни% конопени влакна. Пробите T 403 и T 303 имат съответно 3,8 и 2,9 тегл.% Геополимер. Резултатът от Dyno показва, че производителността на модифицираните проби е по-добра в сравнение с T-baseline, когато температурата на спирачката се повиши в изчезващия участък от теста SAE 2430. Типичната ефективност в секцията за избледняване на T303, T403 и T-baseline са съответно 0,41, 0,37 и 0,33. И все пак модифицираните проби разкриват по-голяма скорост на износване от Т-базовата линия. Т-базовата линия има дебелина 0,37 mm, докато пробите T403 и T303 са загубили съответно 2,36 mm и 1,43 mm дебелина, както е показано на фиг. 15 .

Фиг. 15. Средната (а) дебелина и (б) загуба на тегло на тестваните проби след тестове Dyno.

Възпроизведено от Lee, P.W., Filip, P., 2013. Триене и износване на екологично чисти автомобилни спирачни материали без Cu и Sb. Носете 302, 1404–1413.

В допълнение, изследователите от Инициативата за устойчиви технологии (STI) в Обединеното кралство са измислили начин за производство на спирачни накладки, които са по-устойчиви чрез използването на възобновяеми, устойчиви култури, включително коноп (Morley, 2007). Новото средство за производство използва коноп вместо арамидни влакна, но без влошаване на производителността и по-малко въздействие върху околната среда при по-ниски разходи. Проектът е съвместно с нов устойчив лубрикант, наречен Enviro-Lube, произведен от партньора PBW Metal Products Ltd. Новият материал е проектиран в подкрепа на проекта Tibrake и не съдържа тежки метали.