Содержание: Механизм смазочного действия дисульфида молибдена
Анализ состояния вопроса
Экспериментальные исследования
Выводы
Механизм смазочного действия дисульфида молибдена
Дисульфид молибдена MoS2 – природный минерал (молибденит). Его ярко выраженная слоистая структура придает дисульфиду молибдена уникальные антифрикционные свойства и позволяет эффективно использовать в качестве твердого смазочного материала.
Слабая связь между слоями и низкое сдвиговое сопротивление обуславливают низкий коэффициент трения, который остается практически неизменным даже при высоких нагрузках и нагреве.
Высокодисперсные частицы дисульфида молибдена, попадая в зону трения, заполняют впадины микронеровностей поверхностей и сглаживают их. В процессе трения частицы приобретают ориентацию параллельно направлению скольжения и образуют защитную пленку, выдерживающую значительные контактные давления.
На нижней части фотографии (рис. 1) видна поверхность металла с ярко выраженными микронеровностями, на верхней части – та же поверхность, но покрытая смазочной пленкой дисульфида молибдена, сформировавшейся в процессе трения.
Применение дисульфида молибдена оказывается наиболее эффективным для граничного и смешанного режимов смазки, при которых твердый смазочный материал способствует снижению трения, предотвращению задиров и заеданий. За счет заполнения им впадин микронеровностей смазываемой поверхности значительно облегчается процесс приработки.
Анализ состояния вопроса
Для изучения влияния дисульфида молибдена на эксплуатационные свойства масел и пластичных смазок проводились экспериментальные исследования в лабораториях Московского государственного университета тонких химических технологий им. М.В. Ломоносова, Уфимского авиационного института, Новгородского государственного университета, корпорации Dow Corning в Германии и др. учреждениях
В таблице 1 приведены сводные результаты испытаний пластичной смазки ЦИАТИМ-201 и индустриального масла И-20А c добавками в них MoS2 в различных пропорциях, а также дисперсии дисульфида молибдена в минеральном масле Molykote M-55.
Таблица 1. Влияние MoS2 на трибологические свойства пластичных смазок и масел
Базовый смазочный материал |
Относительное количество MoS2, % масс. |
Нагрузка сваривания Pс, Н |
Диаметр пятна износа Dи (мм) при нагрузке |
||
196 Н |
392 Н |
800 Н |
|||
Пластичная смазка ЦИАТИМ-201 |
0 |
1235 |
0,73 |
- |
- |
10 |
2766 |
0,51 |
- |
- |
|
Масло индустриальное И-20А |
0 |
1099 |
- |
0,99 |
- |
0,1 |
1167 |
- |
0,66 |
- |
|
1 |
1844 |
- |
0,7 |
- |
|
5 |
2325 |
- |
0,88 |
- |
|
Дисперсия Molykote M-55 |
10* |
3000 |
- |
- |
1,35 |
Анализ представленных результатов показывает, что добавление дисульфида молибдена в товарный смазочный материал позволяет увеличить несущую способность смазочного слоя в 1,1-2,2 раза и снизить износ в 1,1-1,5 раза.
Исследования индустриального масла И-20А с содержанием от 20 до 70 % дисульфида молибдена также показали, что при использовании чистого масла заедание наступает при удельной нагрузкке 2490 Н/мм2. При добавлении MoS2 диаметр пятна износа снижается почти в два раза, а заедания не наблюдается даже при нагрузках до 4520 Н/мм2.
Таким образом, дисульфид молибдена оказывает положительное влияние на противоизносные свойства масел и смазок, а также на их несущую способность.
Экспериментальные исследования
Испытания, результаты которых приведены выше, были проведены для узлов трения в режимах, далеких от реальных условий их эксплуатации. При этом влияние дисульфида молибдена на прирабатываемость и коэффициент трения оставалось невыясненным.
Комплексная оценка всех трибологических свойств была проведена в Брянском государственном техническом университете. В научно-исследовательской лаборатории «Триботехника» сравнивались показатели чистого масла И-20А и масла И-20А с добавлением дисперсии дисульфида молибдена Molykote M-55 в количестве 5 % от объема. Испытания осуществлялись в режимах, максимально приближенных к реальным условиям эксплуатации большинства узлов (трение скольжения Ʋ = 1 м/с, контактное давление P = 70 Мпа).
Схема трения «ролик – дисковый индентор» (рис. 2) была реализована на машине трения МИ-1М, оснащенной датчиками и автоматизированной системой сбора данных.
Смазывание осуществлялось постоянно в процессе экспериментов окунанием в емкость с маслом. Материал ролика – Сталь 45 без термической обработки, материал индентора – твердый сплав ВК8.
В таблице 2 приведены значения трибологических показателей, определенные по результатам испытаний.
Таблица 2. Значения трибологических показателей по результатам испытаний
Трибологическое свойство |
Показатель |
Значение показателя |
|
Масло |
масло + дисперсия Molykote M-55 |
||
Прирабатываемость |
Время приработки t0, ч |
1,33 |
1,58 |
Приработочный износ h0, мкм |
7,50 |
6,50 |
|
Отношение коэффициентов трения f0/f |
1,24 |
1,55 |
|
Антифрикционность |
Установившийся коэффициент трения f |
0,145 |
0,123 |
Износостойкость |
Суммарный износ h, мкм |
15,40 |
11,80 |
Скорость изнашивания в период нормального изнашивания ɣ, мкм/ч |
1,69 |
1,20 |
|
Скорость изнашивания за общее время испытаний ɣΣ, мкм/ч |
2,57 |
1,97 |
Выводы
Таким образом, анализ проведенных испытаний показал, что при добавлении в индустриальное масло И-20А 5% дисперсии дисульфида молибдена Molykote M-55
- процесс приработки происходил более плавно и с меньшими потерями на износ (до 14 %);
- скорость изнашивания уменьшилась на 41 %;
- потери на трение уменьшились в среднем на 18 %.
Известно, что снижение температуры эксплуатации минеральных масел на 10-15 °С позволяет увеличить срок их замены вдвое. Так как около 90 % генерируемой при трении энергии рассеивается в виде тепла, то очевидно, что снижение коэффициента трения приведет к пропорциональному снижению температуры фрикционного разогрева масла, снижению интенсивности окисления и увеличении срока его службы.