Твердые смазочные материалы: обзор

Твердые смазочные материалы: обзор


В последние годы требования к снижению трения и износа, механические сбои в движущихся механических системах получили повышенное внимание из-за неблагоприятного воздействия трения на эффективность, долговечность и экологичность систем. Продолжаются исследования новых материалов, покрытий и смазочных материалов (как жидких, так и твердых), которые потенциально могут уменьшить трение и износ материалов. В этой статье рассматриваются основные свойства твердых смазок наряду с их влиянием на механические и трибологические свойства. Смазки с твердыми компонентами наносятся либо как покрытия, либо используются в составе смазок. Твердые смазочные покрытия дают чрезвычайно низкий коэффициент трения и длительный срок службы. Основной механизм, ответственный за снижение трения, обычно регулируется межфазным скольжением между изношенным покрытием и образованной пленкой.

 

I.            ВВЕДЕНИЕ

 

Большинство компонентов в движущихся механических системах изготовлены из металлических материалов, которые должны, прежде всего, соответствовать механическим и физическим свойствам, таким как прочность, жесткость, усталостная прочность, тепловое расширение и демпфирование, в дополнение к трибологическим свойствам. Твердое смазывание в современном мире стало неотъемлемой частью материаловедения и машиностроение. Смазочные материалы могут использоваться в различных формах для достижения поставленных целей. Основные способы применения твердых смазочных материалов:

 

1). Смешение с маслами – это дисперсии твердых смазок в маслах или суспензиях. Иногда твердые компоненты также добавляются в пластичную смазку, чтобы улучшить необходимые свойства.

2) Сухое покрытие. При сухом покрытии твердые смазочные материалы наносятся или распыляются на поверхности, а затем высушиваются. Распыление это еще один процесс, используемый для сухого покрытия. Это делается в вакууме; Твердые смазки, такие как дисульфид молибдена, помещают на катод и бомбардируют ионами инертного газа для накопления выброшенных частиц на твердых поверхностях для нанесения на покрытия. Ионное покрытие является еще одним методом обработки сухого покрытия. Этот процесс также выполняется в вакуумной среде. Материал покрытия (такой как золото или серебро) ионизируется и ускоряется электрическим полем для нанесения металлического покрытия.

3) Композитные материалы: В композитах твердые смазочные материалы используются для заполнения неровностей поверхности смол и керамики.

4) Твердые смазочные материалы наносятся непосредственно на поверхности скольжения.

 

Методы минимизации потерь на трение имеют большое значение; Смазки на основе минеральных или синтетических масел являются наиболее популярным решением проблем, связанных с трением и износом, для многих применений в стационарном режиме. В оптимальных условиях масла могут значительно снизить потери на трение, а также минимизировать износ. Снижение трения и износа обычно достигается путем введения сдвигающей тонкой пленки жидкого слоя между контактирующими поверхностями. Но сейчас, когда рабочие условия становятся более жесткими, твердые смазочные материалы привлекают внимание к тем рабочим условиям, в которых жидкая смазка не срабатывает, т.е. при высокой температуре или в условиях вакуума, когда жидкость не может быть введена (вакуум).

 

II.            ПОВЕРХНОСТИ И ПЛОЩАДИ КОНТАКТА

Поверхности представляют различные типы слоев, которые могут быть «шероховатыми» на разных масштабах, независимо от того, как они были изготовлены (обработаны, отшлифованы и отполированы). На уровне шероховатости реальная площадь (Ar) контакта намного меньше, порядка от 10-2 до 10-6, чем видимая площадь (Aa) контактирующих тел. Ar является функцией рельефа поверхности, свойств материала и условий межфазной нагрузки. Величина Ar обычно должна быть более низкой степени взаимодействия для низкой адгезии. Даже когда кажущиеся контактные напряжения являются упругими, локализованные напряжения могут превышать предел упругости на кончиках неровностей, где происходит фактический контакт, что приводит к локальной пластической деформации. Таким образом, считается, что адгезия является компонентом пластической деформации неровностей, которые сильно влияют на величину и характер общей деформации. Поверхность составляет   несколько зон, имеющих различные физические и химические свойства, которые отличаются от остальных свойств выпуклости. Фрикционные адгезивные контакты могут привести к значительным микроструктурным изменениям в подповерхностных зонах. В случае контакта металл-металл, природные оксиды могут стираться во время периода начальной обкатки, приводящей к нежелательному переходу контакта металла в металл. Рассмотрим пример трибопары шарика из алюминия и стали.

 

 Рис. 1 (a.) Типичные полированные металлические поверхности и подповерхностные слои с приблизительной толщиной, (b) адгезивный контакт металл-металл между двумя твердыми поверхностями, показывающий Ar по сравнению с Aa под L. (c) Адгезия и трение могут привести к образованию в третьих. [1]

 

 

 

Испытания на трение и износ на шарике с помощью адгезионного трения и процессов износа. В отсутствие внешней жидкости или твердой смазки алюминий может течь и прилипать к твердой рабочей поверхности, создавая поверхность раздела с более низкой прочностью на сдвиг, что приводит к снижению трения.

 

 

 

III.            ОСНОВЫ ТВЕРДЫХ СМАЗОК

Сила трения, F, является произведением реальной площади контакта и прочности на сдвиг смазочного материала, Ar • τ. Таким образом, коэффициент трения µ может быть выражен как


Возврат к списку