Твердые смазочные материалы, сухие смазки

Твердые смазочные материалы, сухие смазки
Обеспечение эффективного граничного и смешанного
режима смазки механизмов (особенно при таких условиях
эксплуатации как ударные нагрузки, прерывистые
движения,
прессовая
посадка)
невозможно
без
применения твердых смазочных материалов. Последние
способны работать в значительно более широком
диапазоне температур, чем «жидкие» смазки.
К их достоинствам также относится работоспособность
при комнатных температурах (в отличие от химически
реакционных технологий) и инертность по отношению к
пластикам
(ПТФЭ,
полиэтилен
и
полиамид),
используемым в конструкциях современных машин и
деталей. Дисульфид молибдена и сульфиды других металлов, фосфаты, оксиды, фториды металлов,
а также сами металлы, графит, нитрид бора и их смеси широко применяются в качестве компонентов
твердых смазок.
Твердые смазочные материалы применимы в виде порошка,
пасты, присадки/добавки к пластичным смазкам, масляной
дисперсии, и в виде пигмента в составе антифрикционного
покрытия.
Режим работы твердых смазочных материалов.
Твердые смазочные материалы хорошо зарекомендовали себя при работе в
условиях высоких нагрузок и низкой частоты вращения деталей. Количественные
значения нагрузок и частоты вращения определяется по диаграмме Страйбека (рис. 1). Пунктирная
линия характеризует работу гидростатического подшипника под внешней нагрузкой в условиях
недостаточных для разделения трущихся поверхностей частоты вращения и внутреннего сдвига (при
разделении поверхностей смазывающей жидкостью имеет место быть так называемое жидкостное
трение, соотношение толщины смазывающей пленки и суммарной площади шероховатостей обеих
шероховатости трущихся поверхностей вступают в контакт друг с другом. Cмешанный режим трения
(L/R 1–5) способствует только случайным зацеплениям выступов и мягкому износу. В условиях
значительному износу и даже к заклиниванию и свариванию поверхностей. Таким образом, при
низких скоростях вращения жидкие смазки не обеспечивают достаточного разделения трущихся
поверхностей, а случае возрастания нагрузок это становиться еще более трудновыполнимым. Уже
при сборке жидкие смазки зачастую не могут обеспечить разделение поверхностей. Смазка
испаряется под воздействием высоких температур и с течением времени. Все это также приводит к
заклиниванию деталей.
Твердые смазочные материалы значительно снижают трение (нижняя линия на рис. 1). При низких и
средних скоростях вращения их использование весьма эффективно.
Рис. 1. Зависимость коэффициента трения от частоты вращения в подшипнике скольжения.
На рис.2 для сравнения представлена фотография заклинившего и свободного резьбового соединения болтов
турбин, а на рис.3 фотография вала, в значительной степени подверженного фреттинг-коррозии, возникшей
при вибрации.
Колебательные движения, при которых скорость смены направления
равна нулю, вызывают сильную коррозию соприкасающихся деталей, и
только твердые смазочные материалы способны предотвратить ее.
Рис. 2. Болты турбин, эксплуатируемые с жидкой
смазкой (заклинивший болт) и твердой соответственно
Рис. 3. Поверхность вала, подверженная
фреттинг-коррозией
Материалы, используемые в качестве твердых смазок.
Более 60 лет твердые смазочные материалы Molykote успешно применяются в промышленности.
В течение этих лет все больше и больше материалов находили применение в качестве твердых
смазок, и несомненно, еще больше будет найдено в будущем. В то же время, многие используемые
сегодня материалы не будут применяться из-за соображений безопасности и заботы об окружающей
среде.
К наиболее распространенным химическим веществам, применяемым в качестве твердых смазок,
относятся молибден, цинк, олово, свинец, вольфрам, сурьма, графит (как природный, так и
синтетический). Следующая категория веществ представляет собой фториды и хлориды кальция и
других металлов. Оксиды циркония и некоторых других металлов (в отличие от их сульфидов),
порошки таких металлов как медь, олово, никель и их славы (латунь) хорошо зарекомендовали себя
в качестве сухих смазок.
В пластиковых деталях конструкций режим граничного трения (прерывистое скольжение) возникает
при гораздо меньших нагрузках. В этом случае термопластики, такие как полиэтилен и
политетрафторэтилен, могут быть использованы в качестве смазки.
Дисульфид молибдена, характеризующийся слоистой структурой и твердостью по Мосу всего лишь
1,5 (рис. 4-6), в силу легкой подвижности его тонких слоев является одним из самых мягких
минералов.
5.
Слоистая
структура Рис.
6. Слоистая
структура
Рис.
4.
Слоистая
структура Рис.
дисульфида
молибдена
(увеличение
1
дисульфида
молибдена
(увеличение
10
дисульфида молибдена (увеличение 20
мкм)
мкм)
мкм)
Графит – материал со схожей слоистой структурой. Однако он не обладает настолько хорошей
адгезией к металлическим поверхностям как дисульфид молибдена, поскольку его молекулы
неполярны, и проявляют свойства твердого смазочного материала лишь в присутствии влаги. Это
можно устранить путем внедрения поляризующих агентов в слоистую структуру графита и
получением так называемого поляризованного графита (рис. 7).
Рис. 7. Адгезия различных твердых смазок к металлической поверхности
Высокая адгезия поляризованного графита к металлическим поверхностям, наряду с его термической
стабильностью, делают его одним из наиболее перспективных инновационных смазочных
материалов.
Товарные формы твердых смазывающих материалов.
Зависимость Страйбека не может учесть все возможные трибологические случаи, поэтому и твердые
смазочные материалы выпускаются в различных видах.
Твердые смазочные материалы включают в состав различных
продуктов, в т.ч. и жидких смазок в случае невозможности
использования
условий.
химических
присадок
из-за
температурных
Порошки
Чистый дисульфид молибдена производится с различным средним размером частиц. Он хорошо
заполировывается в поверхность в течение времени или под воздействием повышенной внешней
нагрузки. Порошок дисульфида молибдена обычно используется в тех случаях, когда жидкость или
покрытие нежелательны.
Смеси твердых смазочных материалов обычно используются в тормозных колодках. Это
обеспечивает высокое трение и малый износ. Тормозная колодка обычно состоит из волокна,
придающего структуру, смолы – для склеивания компонентов, абразива – для создания высокого
коэффициента трения, наполнителя – для экономичности изделия и смазывающего материала – для
обеспечения комфорта путем стабилизации трения, снижения износа диска, вибрации и шума.
Дисперсии
Высококонцентрированные дисперсии твердых смазочных материалов применяются в качестве
добавок к маслам, таким как редукторные, трансмиссионные для двухтактных мотоциклов, дизельные
для двигателей без системы тонкой очистки. Дисперсии также используются в особых процессах
формования металла и в качестве высокотемпературных цепных масел (маслоноситель испаряется,
оставляя на поверхности твердый смазочный материал).
Пластичные смазки
Твердые смазочные материалы добавляются к пластичным смазкам в количестве примерно 3%. Их
преимущество перед химически реактивными присадками высокого давления заключается в
отсутствии необходимости обеспечения температуры реакции. Кроме металлургии такие продукты
применяются также в автомобилестроении, например в шаровых шарнирах и шарнирах для передачи
постоянной частоты вращения.
Пасты
Количество твердых смазочных материалов в составе паст значительно выше, чем в пластичных
смазках и может достигать 70% в зависимости, как от типа твердого смазочного материала, так и от
вязкости масла-носителя. В зависимости от области применения пасты разделяются на три
категории:
 резьбовые – обеспечивают коэффициент трения порядка 0,1 с очень низким разбросом. Они
обеспечивают разборку оборудования после длительного простоя, а также выдерживают
ультравысокие температуры. Пасты также обладают совместимостью с высокопрочными
сплавами, что используется при в производстве турбин;
 сборочные – предотвращают фреттинг-коррозию, позволяют проводить безаварийную
разборку при снятии подшипников с вала, обеспечивают очень низкий коэффициент трения и
повышенную защиту от коррозии;
 смазочные («смазки-пасты») – обеспечивают долговременное смазывание. При этом по
таким параметрам как адгезия, защита от коррозии и температурная стойкость
значительно превосходят жидкие смазки.
Антифрикционные покрытия, (так называемая «смазывающая краска»
Краска, в которых цветовой пигмент заменен на твердый смазочный материал. Покрытия состоят из
твердых смазочных материалов, смол, тип которых зависит от желаемого метода полимеризации или
устойчивости к среде, а также растворителя. Как и для большинства «красок» добавки, улучшающие
пленкообразование и повышающие коррозионную стойкость, также входят в композицию.
В зависимости от геометрии покрываемых деталей, антифрикционные покрытия могут быть нанесены
различными способами: аэрозоль, трафаретная печать, погружение, центрифугирование или
электролитическое осаждение. Обычно нанесенная пленка не требует дополнительной смазки и
обеспечивает защиту от коррозии, помимо снижения трения и защиты от износа