1. Общие сведения о твердых смазочных материалах
Для снижения трения сопряженных деталей применяются смазочные материалы, находящиеся в различных агрегатных состояниях: жидких (масла, дисперсии), пластичных (смазки, компаунды), пастообразных (пасты) или твердых. Твердые смазочные материалы сохраняют стабильность свойств даже в напряженных условиях эксплуатации: под действием экстремально высоких и низких температур, больших удельных давлений, агрессивных сред, радиационного излучения, в высоком вакууме.
Именно поэтому твердая смазка широко применяется в тех случаях, когда использование других материалов (в иных агрегатных состояниях) неэффективно или невозможно.
Твердые смазочные материалы могут наноситься на поверхности деталей в виде порошка или тонкой смазочной пленки (антифрикционного покрытия). По консистенции и принципу действия они подразделяются на следующие категории:
- структурные смазочные материалы – неорганические вещества со слоистой структурой кристаллической решетки (графит, дисульфид молибдена, тальк, слюда, различные неорганические соли и пр.) или с низким сопротивлением сдвигу (хлорид серебра I, хлорид меди, йодид серебра I и др.);
- твердые органические соединения – мягкие полимеры с низким коэффициентом трения (политетрафторэтилен, нейлон, полиэтилен и др.), мыла, воски;
- протекторные механические смазочные материалы – мягкие металлы, способные к упорядоченному износу (индий, свинец, олово, кальций, цинк, серебро, барий и др.) или пластмассы, образующие на поверхностях трения непрерывную пленку.
2. Особенности применения твердых порошковых смазочных материалов
Порошки – самый простой и древний тип твердых смазочных материалов. Они наносятся на поверхности трения путем натирания. Изначально в смазочных целях использовался только графит, в настоящее время список порошкообразных смазочных материалов существенно расширился.
Графит имеет кристаллическую структуру и является самым стабильным состоянием углерода (при высоких температурах все углероды превращаются в графит). Природа смазывающего действия графита окончательно не установлена, для его объяснения существует множество теорий. Бесспорно только то, что важную роль в смазывании графитом играет его слоистая структура и небольшие силы связи между слоями. Адгезию между плоскостями графита, скользящими относительно друг друга, ослабляет присутствие атмосферной влаги.
Уникальные антифрикционные свойства молибдена и его соединений были выявлены 250 лет назад, однако широкое применение этот материал получил лишь в середине XX века в связи с научно-техническим прогрессом. Серийное промышленное производство смазочных материалов на основе дисульфида молибдена наладила компания Alpha Molykote, учрежденная в 1948 году в США. Свое название будущая крупнейшая корпорация получила от сочетания слов «moly-coating» (дисульфидмолибденовое покрытие).
Материалы на основе дисульфида молибдена показали отличную работоспособность в тех условиях, в которых традиционные смазочные масла и пластичные смазки были неприменимы: при экстремально высоких нагрузках, высоких и низких эксплуатационных температурах, в пыльной и абразивной среде.
В настоящее время дисульфид молибдена (MoS2) используется в виде твердого порошкового смазочного материала, в качестве противозадирного и противоизносного компонента масел, пластичных смазок и аэрозолей, для создания твердой смазочной пленки со связующими элементами (смолами или керамикой). Дисульфид молибдена применяется также в качестве антифрикционного наполнителя композиционных материалов.
Смеси порошкообразного графита и дисульфида молибдена проявляют значительный синергетический эффект за счет взаимной компенсации слабых сторон и усиления имеющихся преимуществ.
Политетрафторэтилен (ПТФЭ) был открыт в 1938 году в результате спонтанной полимеризации газообразного тетрафторэтилена под давлением в белый парафиноподобный порошок. Исследования нового материала показали, что при малых скоростях скольжения и нагрузках он обеспечивает наименьший коэффициент трения по сравнению со всеми ранее известными материалами. Однако трудность нанесения ПТФЭ, низкая способность отводить тепло из зоны трения, склонность к холодной текучести спрессованных пленок и низкое сопротивление сжатию ограничивают его применение для твердой смазки пар трения.
В общем случае механизм действия порошкообразных твердых смазочных материалов можно представить следующим образом.
Под действием нагрузки и сдвиговых деформаций высокодисперсные частицы твердых смазочных материалов заполняют микронеровности поверхностей трения и, связываясь с металлом на молекулярном уровне, образуют защитную пленку. В результате устранения микродефектов резко снижаются коэффициент трения и температура в зоне сопряжения поверхностей.
Основные свойства и характеристики порошкообразных твердых смазочных материалов представлены в таблице 1.
Таблица 1.
Графит | Дисульфид молибдена | Политетрафторэтилен (ПТФЭ) |
|
|
|
3. Твердые порошковые смазочные материалы Molykote
В зависимости от сферы и способа применения твердые порошкообразные смазочные материалы Molykote можно разделить на несколько категорий.
1)Твердые порошковые смазочные материалы, применяемые в роли наполнителей при изготовлении жидких и пластичных смазок Molykote.
На основе порошков с функциями твердой смазки производятся:
- дисперсии Molykote A Dispersion, Molykote M-30, Molykote M-55, Molykote W 15;
- пластичные графитные смазочные материалы Molykote 1122, Molykote BR2 Plus, Molykote Longterm 00, Molykote Longterm 2 Plus;
- пластичные дисульфидмолибденовые смазочные материалы Molykote 165-LT, Molykote G-4700, Molykote Longterm 2/78 G;
Политетрафторэтилен используется в качестве загустителя при производстве смазочных материалов Molykote на основе силиконовых масел (Molykote 7508, Molykote G-5032, Molykote G-5008), фторсиликоновых масел (Molykote 3451, Molykote 3452) и перфтолполиэфирных масел (Molykote HP-300, Molykote HP-870).
2) Твердые порошковые смазочные материалы Molykote, применяемые в качестве твердой сухой смазки (дисульфидмолибденовые порошки Molykote Microsize, Molykote D-1000).
3) Аэрозоли твердых порошковых смазочных материалов Molykote, применяемые в качестве твердой смазки (порошок дисульфида молибдена в аэрозольной упаковке Molykote Powder Spray).
4) Твердые порошковые смазочные материалы Molykote, применяемые в качестве добавок при производстве фрикционных устройств (серия материалов Molykote Lubolid).