Как работают твердосмазочные покрытия?
Для снижения трения и износа узлов оборудования применяются смазочные материалы. На протяжении длительного времени требованиям разработчиков механизмов удовлетворяли традиционные смазки – пластичные и жидкие составы.
Однако по мере усложнения узлов и расширения условий их эксплуатации, в частности повышения контактных давлений, увеличения скорости относительного перемещения элементов, помещения оборудования в вакуум и другие экстремальные условия, применение классических смазок становится недостаточно эффективным решением.
Кроме того, инженеры стремятся снизить либо исключить необходимость в обслуживании механизмов. Это значит, что смазочные материалы, применяемые на деталях, должны иметь длительный ресурс и не требовать обновления на протяжении всего срока службы деталей.
Все это привело к применению нового класса материалов для снижения трения – твердых смазочных веществ. Они характеризуются способностью работать в экстремальных условиях эксплуатации.
Изначально такие материалы использовались только в виде порошков. Позже стали разрабатываться методы интеграции твердых веществ в поверхности деталей.
Один из наиболее эффективных способов заключается в создании антифрикционных твердосмазочных покрытий, состоящих из твердых смазочных веществ, связующих материалов и растворителей.
Технология твердых смазочных покрытий позволяет создавать на деталях тонкий слой, который отлично удерживается на поверхности и обладает длительным сроком службы.
В России такие покрытия разрабатывает и реализует компания «Моденжи». В линейке продукции под брендом MODENGY насчитывается более 16 марок материалов.
Чаще всего твердые смазочные покрытия наносятся на металлические детали. Однако возрастает потребность их использования в парах трения «полимер по металлу».
С этой целью был проведен ряд экспериментов, результаты которых показали высокую эффективность использования покрытий в сравнении с традиционными смазочными составами.
Испытания смазочных материалов в паре трения «металл-полимер» на машине трения
Для проверки работоспособности и сравнения эффективности использования твердых смазочных покрытий и пластичных смазок были проведены триботехнические испытания по международному стандарту ASTM G99 на машине трения со схемой трения «шар-диск».
Данные испытания осуществлялись по инициативе производителя автомобильных компонентов, а именно шаровых шарниров. Шаровые пальцы для них изготавливаются из стали, а вкладыши – из полиоксиметилена.
Смазочные материалы наносились на диски из стали. В испытаниях были использованы 4 марки покрытий MODENGY, а также 13 образцов пластичных смазок, которые рекомендованы для применения в шаровых шарнирах.
Контр-телом для дисков со смазками была сфера, изготовленная из полиоксиметилена, установленная в держатель.
В качестве первого этапа лабораторных испытаний были испытаны твердосмазочные покрытия, а также образец без покрытия.
После этого в тех же условиях были проведены испытания пластичных смазок.
Было зафиксировано, что замена пластичных смазок антифрикционными твердосмазочными покрытиями позволяет уменьшить коэффициент трения до 2,2 раза, а износ узла – до 8,9 раза.
Последним этапом лабораторных испытаний стала проверка эффективности комплексной работы пластичных смазок и антифрикционных твердосмазочных составов. Для этого на машине трения были протестированы разные комбинации материалов.
Данное решение оказалось самым эффективным в вопросе снижения коэффициента трения и износа узлов с деталями из металлов и полимеров. Смазочные материалы разных видов в комплексе работают лучше, чем отдельно.
Результаты исследований
В зависимости от марок покрытия уменьшают коэффициент трения в 1,3-3,8 раза, а износ – в 4,4-9,4 раза.
Традиционные смазки способны уменьшить коэффициент трения деталей по сравнению с их работой без смазки до 1,3-2,9 раза, а износ – до 2,3 раза. В то же время применение некоторых разновидностей пластичных смазок показывает увеличение износа образцов в 2 раза.
Наилучшие результаты в уменьшении коэффициента трения (до 7,6 раза) и изнашивания (до 15 раз) демонстрирует комплексное применение оптимально подобранных твердых и пластичных смазок.
Лабораторные испытания стали очень показательными для сравнения работоспособности пластичных и твердых смазок в металлополимерных узлах трения. Однако данных результатов недостаточно для подбора оптимальных составов для реальных условий работы.
Поэтому следующим этапом исследований станут стендовые испытания антифрикционных твердосмазочных покрытий и пластичных смазок в паре трения «металл-полимер».