Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлено с Solid Lubricant )
Перейти к навигации Перейти к поиску

Сухие смазочные материалы или твердые смазочные материалы - это материалы, которые, несмотря на то, что они находятся в твердой фазе, способны уменьшить трение между двумя скользящими поверхностями друг относительно друга без необходимости использования жидкой масляной среды. [1]

Двумя основными сухими смазками являются графит и дисульфид молибдена . Они обеспечивают смазку при температурах выше, чем работают в жидких и масляных смазках. Сухие смазочные материалы часто используются в замках или подшипниках с сухой смазкой. Такие материалы могут работать при температуре до 350 ° C (662 ° F) в окислительной среде и даже выше в восстановительной / неокисляющей среде (дисульфид молибдена до 1100 ° C, 2012 ° F). Характеристики низкого трения большинства сухих смазок объясняются слоистой структурой на молекулярном уровне со слабой связью между слоями. Такие слои могут скользить относительно друг друга с минимальной приложенной силой, что придает им низкие фрикционные свойства.

Однако одной слоистой кристаллической структуры не обязательно достаточно для смазки. Фактически, есть некоторые твердые вещества с неламеллярной структурой, которые хорошо работают в качестве сухих смазок в некоторых областях применения. К ним относятся некоторые мягкие металлы ( индий , свинец , серебро , олово ), политетрафторэтилен , некоторые твердые оксиды, фториды редкоземельных элементов и даже алмаз . [2]

Ограниченный интерес был проявлен к свойствам низкого трения уплотненных слоев оксидной глазури, сформированных при нескольких сотнях градусов Цельсия в металлических скользящих системах. Однако до практического использования еще много лет из-за их физически нестабильного характера.

Четыре наиболее часто используемых твердой смазки:

  1. Графит. Используется в воздушных компрессорах , пищевой промышленности, стыках железнодорожных путей, латунных инструментальных клапанах, механизмах фортепьяно , открытых зубчатых передачах, шариковых подшипниках , в механических цехах и т. Д. Это также очень распространено для смазки замков , поскольку жидкая смазка позволяет частицам застревать в замке усугубляет проблему. Его часто используют для смазки внутренних движущихся частей огнестрельного оружия в песчаной среде.
  2. Дисульфид молибдена (MoS 2 ). Применяется в ШРУСах и космических аппаратах. [3] Смазывает в вакууме.
  3. Гексагональный нитрид бора . Используется в космических аппаратах. Также называется «белый графит».
  4. Дисульфид вольфрама . Используется аналогично дисульфиду молибдена, но из-за высокой стоимости встречается только в некоторых подшипниках с сухой смазкой.

Графит и дисульфид молибдена являются преобладающими материалами, используемыми в качестве сухих смазок.

Взаимосвязь между структурой и функцией [ править ]

Смазывающую способность многих твердых веществ связано с пластинчатой структурой. Пластинки ориентированы параллельно поверхности в направлении движения и легко скользят друг по другу, что снижает трение и предотвращает контакт между скользящими компонентами даже при высоких нагрузках. Крупные частицы лучше всего работают на шероховатых поверхностях на низкой скорости, более мелкие частицы на более гладких поверхностях и на более высоких скоростях. Эти материалы могут быть добавлены в виде сухого порошка к жидким смазочным материалам для модификации или улучшения их свойств.

Другие компоненты, которые являются полезными твердыми смазочными материалами, включают нитрид бора, политетрафторэтилен (ПТФЭ), тальк, фторид кальция, фторид церия и дисульфид вольфрама.

Приложения [ править ]

Твердые смазочные материалы полезны в условиях, когда обычные смазочные материалы не подходят, например:

  • Возвратно-поступательное движение. Типичное применение - это скользящее или возвратно-поступательное движение, которое требует смазки для минимизации износа, например, при смазке шестерен и цепей. Жидкие смазочные материалы будут выдавливаться, в то время как твердые смазочные материалы не выходят, предотвращая истирание, коррозию и истирание.
  • Керамика. Другое применение - случаи, когда химически активные присадки к смазочным материалам не были обнаружены для конкретной поверхности, такой как полимеры и керамика.
  • Высокая температура. Графит и MoS 2 действуют как смазочные материалы при высокой температуре и в окислительной атмосфере, где жидкие смазочные материалы обычно не выдерживают. Типичное применение - это крепеж, который легко затягивается и откручивается после длительного пребывания при высоких температурах.
  • Экстремальные контактные давления. Пластинчатая структура ориентирована параллельно поверхности скольжения, что обеспечивает высокую несущую нагрузку в сочетании с низким напряжением сдвига . В большинстве случаев обработки металлов давлением, связанных с пластической деформацией, используются твердые смазки.

Графит [ править ]

Графит структурно состоит из плоскостей полициклических атомов углерода, имеющих гексагональную ориентацию. Расстояние атомов углерода между плоскостями больше и, следовательно, связь слабее.

Графит лучше всего подходит для смазки на воздухе. Водяной пар - необходимый компонент для графитовой смазки. Адсорбция воды снижает энергию связи между гексагональными плоскостями графита до более низкого уровня, чем энергия адгезии между подложкой и графитом. Поскольку для смазки необходим водяной пар, графит неэффективен в вакууме. [4] Поскольку графит является электропроводным, он может способствовать гальванической коррозии . В окислительной атмосфере графит эффективен при постоянных температурах до 450 ° C и может выдерживать гораздо более высокие температурные пики.

Графит можно разделить на две основные группы: натуральный и синтетический.

  • Синтетический графит - это продукт высокотемпературного спекания , характеризующийся высокой чистотой углерода (99,5-99,9%). Синтетический графит первичного сорта может приближаться к хорошей смазывающей способности качественного природного графита.
  • Природный графит получают в горнодобывающей промышленности. Качество природного графита варьируется в зависимости от качества руды и ее последующей обработки. Конечный продукт - графит с содержанием углерода (высококачественный графит 96-98% углерода), серы, SiO 2 и золы. Чем выше содержание углерода и степень графитации (высококристаллическая), тем лучше смазывающая способность и стойкость к окислению.

Для применений, где требуется лишь незначительная смазывающая способность и требуется более теплоизолирующее покрытие, будет выбран аморфный графит (80% углерода).

Дисульфид молибдена [ править ]

MoS 2 добывается из некоторых месторождений, богатых сульфидами, и очищается до чистоты, подходящей для смазочных материалов. Как и графит, MoS 2 имеет гексагональную кристаллическую структуру с присущим ему свойством легкого сдвига. Смазка MoS 2 часто превосходит характеристики графита и эффективна также в вакууме, тогда как графит - нет. Ограничение температуры MoS 2 при 400 ° C ограничивается окислением. Размер частиц и толщина пленки являются важными параметрами, которые следует согласовывать с шероховатостью поверхности основы. Крупные частицы могут привести к чрезмерному износу из-за абразивного износа, вызванного примесями в MoS 2 , а мелкие частицы могут привести к ускоренному окислению.

Нитрид бора [ править ]

Гексагональный нитрид бора - керамическая порошковая смазка. Самая интересная особенность смазочного материала - его высокая термостойкость при рабочей температуре 1200 ° C в окислительной атмосфере. Кроме того, нитрид бора обладает высокой теплопроводностью. (Кубический нитрид бора очень твердый и используется в качестве абразива и режущего инструмента.)

Политетрафторэтилен [ править ]

Политетрафторэтилен (ПТФЭ) широко используется в качестве присадки к смазочным маслам и консистентным смазкам. Благодаря низкой поверхностной энергии ПТФЭ могут быть получены стабильные нефлокулированные дисперсии ПТФЭ в масле или воде. В отличие от других обсуждаемых твердых смазочных материалов, ПТФЭ не имеет слоистой структуры. Макромолекулы ПТФЭ легко скользят друг по другу, подобно пластинчатым структурам. ПТФЭ показывает один из самых низких коэффициентов статического и динамического трения до 0,04. Рабочие температуры ограничены примерно 260 ° C.

Способы применения [ править ]

Распыление / окунание / чистка [ править ]

Чаще всего используется дисперсия твердой смазки в качестве присадки в масле, воде или консистентной смазке. Для деталей, недоступных для смазки после сборки, можно распылить сухую пленку смазки. После испарения растворителя покрытие затвердевает при комнатной температуре с образованием твердой смазки. Пасты представляют собой консистентные смазочные материалы, содержащие высокий процент твердых смазочных материалов, используемые для сборки и смазки высоконагруженных, медленно движущихся деталей. Черные пасты обычно содержат MoS 2 . Для высоких температур выше 500 ° C пасты состоят на основе металлических порошков для защиты металлических деталей от окисления, необходимого для облегчения разборки резьбовых соединений и других узлов. [ необходима цитата ]

Бесплатные порошки [ править ]

Галтовка сухого порошка - эффективный метод нанесения. Склеивание можно улучшить предварительным фосфатированием основы. Использование свободных порошков имеет свои ограничения, поскольку адгезия твердых частиц к субстрату обычно недостаточна для обеспечения какого-либо срока службы при непрерывном применении. Однако для улучшения условий приработки или в процессах обработки металлов давлением может быть достаточно короткой продолжительности улучшенных условий скольжения. [ необходима цитата ]

Покрытия антифрикционные [ править ]

Антифрикционные (AF) покрытия представляют собой «смазочные краски», состоящие из мелких частиц смазывающих пигментов, таких как молидисульфид, политетрафторэтилен или графит, смешанных со связующим. После нанесения и надлежащего отверждения эти «скользкие» или сухие смазочные материалы сцепляются с металлической поверхностью и образуют темно-серую твердую пленку. Многие смазочные материалы с сухой пленкой содержат специальные ингибиторы коррозии, которые обеспечивают исключительную защиту от коррозии. Большинство долговечных пленок относятся к клеевому типу, но они по-прежнему ограничены применениями, в которых расстояние скольжения не слишком велико. Покрытия AF применяются там, где возникает проблема истирания и истирания (например, шлицы , универсальные шарнирыи шпоночные подшипники), где рабочее давление превышает допустимую нагрузку обычных масел и консистентных смазок, где желательна плавная работа (поршень, распределительный вал), где желательна чистая работа (покрытия AF не будут собирать грязь и мусор, такие как смазки и масла ), и где детали могут храниться в течение длительного времени. [5]

Композиты [ править ]

Самосмазывающиеся композиты: твердые смазочные материалы, такие как PTFE, графит, MoS 2 и некоторые другие антифрикционные и противоизносные присадки, часто входят в состав полимеров и всех видов спеченных материалов. MoS 2 , например, входит в состав материалов для подшипников скольжения, эластомерных уплотнительных колец , угольных щеток и т. Д. Твердые смазочные материалы входят в состав пластмасс с образованием «самосмазывающегося» или «смазываемого изнутри» термопластичного композита. Например, частицы ПТФЭ, смешанные с пластиком, образуют пленку ПТФЭ на сопрягаемой поверхности, что приводит к снижению трения и износа. MoS 2 на основе нейлонауменьшает износ, трение и прерывистое скольжение. Кроме того, он действует как зародышеобразователь, создавая очень мелкую кристаллическую структуру. В основном термопласты с графитовой смазкой используются в водных средах. [ необходима цитата ]

Ссылки [ править ]

  1. ^ Торстен Бартельс и др. «Смазочные материалы и смазка» в Энциклопедии промышленной химии Ульмана , 2005 г., Вайнхайм. DOI : 10.1002 / 14356007.a15_423
  2. ^ Шарф, TW; Прасад, SV (1 января 2013 г.). «Твердые смазочные материалы: обзор» . Журнал материаловедения . 48 (2): 511–531. DOI : 10.1007 / s10853-012-7038-2 . ISSN  1573-4803 .
  3. ^ harshvs (2016-10-28). «Космическая трибология - Обзор применения трибологии в космосе ...» трибонет . Архивировано из оригинала на 2016-12-03 . Проверено 2 декабря 2016 .
  4. ^ "Подшипники SKF DryLube" . Подшипники SKF с сухой смазкой . SKF . Проверено 2 декабря 2011 года . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )[ постоянная мертвая ссылка ]
  5. ^ «Терминология покрытия» . DECC .


Дальнейшее чтение [ править ]

  • Слини, Харнольд Э., Твердые смазочные материалы , Технический меморандум НАСА TM-103803, 1991. Доступно на hdl.handle.net/2060/19910013083 .

[1] [2]

  1. ^ Сингх, H .; Mutyala, KC; Mohseni, H .; Шарф, TW; Evans, RD; Doll, GL (июль 2015 г.). "Трибологические характеристики и характеристики покрытия легированного титаном MoS2, нанесенного распылением при контакте качения и скольжения". Трибологические труды . 58 (5): 767–777. DOI : 10.1080 / 10402004.2015.1015758 .
  2. ^ Сингх, H .; Mutyala, KC; Evans, RD; Doll, GL (декабрь 2015 г.). «Исследование материалов и трибологических свойств пленок твердого смазочного материала MoS2, легированного Sb2O3 / Au при контакте скольжения и качения в различных средах». Технология поверхностей и покрытий . 284 : 281–289. DOI : 10.1016 / j.surfcoat.2015.05.049 .