Актуальность применения и этапы развития технологии твердой смазки
В настоящее время развитие и постоянное совершенствование узлов трения машин напрямую связано с ужесточением условий их работы.
Уменьшаются габариты с соответствующим увеличением контактных давлений, возрастают скорости относительного перемещения деталей, расширяется температурный диапазон эксплуатации в стороны криогенных или, наоборот, экстремально высоких температур.
Одновременно с этим инженеры стремятся создавать машины, не требующие обслуживания. Поэтому все чаще при создании узлов трения использования жидких и пластичных смазочных материалов уже не достаточно.
Возникает потребность в твердых смазочных материалах, характерными представителями которых являются дисульфиды молибдена и вольфрама, графит, политетрафторэтилен, нитрид бора, оксиды некоторых металлов. Они способны работать в гораздо более широком диапазоне условий, особенно это касается температур и контактных давлений.
Следующим этапом развития применения твердых смазочных материалов являются различные способы их интеграции в поверхность трения. Один из таких способов – антифрикционные твердосмазочные покрытия (АТСП). Они представляют собой тонкий (15-20 мкм) композиционный слой из матрицы связующего вещества, в ячейках которой удерживаются высокодисперсные частицы твердых смазочных материалов.
Компания Моденжи (г. Брянск, Россия) разработала серию составов (более 16 наименований) для формирования таких покрытий и выпускает их под торговой маркой MODENGY. Покрытия серийно применяются в узлах трения трубопроводной арматуры, на поршнях двигателей внутреннего сгорания, на резьбовых соединениях обсадных и насосно-компрессорных труб, в пневмоцилиндрах, подшипниках скольжения строительной техники.
Рис. 1. Примеры применения покрытий MODENGY
Лабораторные испытания смазочных материалов в металлополимерной паре трения
Представляет практический интерес применение АТСП в металлополимерных парах. По инициативе нескольких отечественных заводов-изготовителей шаровых шарниров для легковых автомобилей в инженерном центре «Моденжи» проведены исследования эффективности АТСП в паре трения «Сталь 40Х-полиоксиметилен (ПОМ)». Из ПОМ изготавливают вкладыши шарниров, которые работают в паре с металлическим сферическим пальцем.
Лабораторные испытания проводились по стандарту ASTM G99 по схеме «сфера-плоскость» на специальном трибометре.
Рис. 2. Машина трения. Общий вид и блок испытаний
Рис. 3. Схема трения при испытаниях
Рис. 4. Держатель со сферическим контр-телом, изготовленным из ПОМ
Испытания АТСП
Покрытия MODENGY 1014, MODENGY 1009, MODENGY 1066 и
Рис. 5. График сравнения образцов с АТСП. Коэффициент трения
Рис. 6. График сравнения образцов с АТСП. Износ, мкм
Испытания пластичных смазок
Также в идентичных условиях был проведен ряд экспериментов с пластичными смазками разных производителей, которые рекомендуются и традиционно применяются для смазывания шаровых шарниров.
Рис. 7. Сравнение образцов с пластичными смазками. Коэффициент трения
Рис. 8. Сравнение образцов с пластичными смазками. Износ, мкм
По результатам проведенных испытаний установлено, что применение АТСП вместо штатной пластичной смазки позволяет уменьшить коэффициент трения до 2,2 раз, а износ до 8,9 раз.
Испытания сочетаний АТСП и пластичных смазок
В рамках заключительного этапа лабораторных испытаний на стальные диски были нанесены различные комбинации АТСП и пластичных смазок для исследования эффективности взаимодействия разных типов смазочных материалов.
Рис. 9. Сравнение некоторых комбинаций АТСП + пластичная смазка. Коэффициент трения
Рис. 10. Сравнение некоторых комбинаций АТСП + пластичная смазка. Износ, мкм
В рамках этого этапа удалось установить, что определенные пластичные смазки и покрытия в паре работают лучше, чем по отдельности.
Результаты испытаний металлополимерной пары
Применение АТСП позволяет снизить износ контр-тела в 4,4-9,4 раза, а коэффициент трения в 1,3-3,8 раза в зависимости от марки покрытия.
Применение пластичных смазок позволяет как снизить износ до 2,3 раза, так и может вызвать его увеличение до 2,0 раз, при этом коэффициент трения снижается в 1,3-2,9 раза.
Путем выбора оптимального сочетания АТСП и пластичной смазки можно снизить износ контр-тела до 15,0 раз, а коэффициент трения – до 7,6 раза.
Лучшие результаты в снижении трения и износа демонстрируют АТСП на основе MoS2 и/или ПТФЭ и пластичные смазки на основе ПАО вязкостью при 40 °С 25-32 сСт, литиевого мыла с ПТФЭ-наполнителем или без него.
Результаты данного исследования представил генеральный директор «Моденжи» кандидат технических наук Прудников М.И. в рамках международной научно-технической конференции «Поликомтриб-2022».
Следующим этапом запланированы стендовые испытания шарниров с АТСП.
Эффективность применения антифрикционных твердосмазочных покрытий MODENGY в парах трения «металл-полимер» и описанные испытания стали темой статьи в авторитетном международном журнале «Трение и Износ». С текстом статьи можно ознакомиться в приложенном ниже файле.
Обращайтесь в компанию «Моденжи» за решением задач по снижению трения и износа в вашем оборудовании!
Запросить информацию