При жестких режимах эксплуатации пожарных автомобилей (высокие температуры и удельные нагрузки) эффективность действия поверхностно активных веществ (ПАВ), содержащихся в мыльных антифрикционных смазках, низкая, и устойчивого граничного слоя смазки на поверхности металла, как правило, не образуется. В этих случаях триботехнические свойства смазочных материалов могут быть улучшены добавками – противоизносными и противозадирными присадками, а также высокодисперсными наполнителями [1–4].
Для улучшения триботехнических свойств масел и смазок существует целый ряд присадок различного вида. Каждый вид присадок имеет свои особенности и направлен на улучшение одной или нескольких триботехнических характеристик смазки или масла.
Виды присадок по механизму действия:
- Поверхностно-активные присадки. Присадки адсорбируются на поверхности трения, образуя прочные граничные слои, препятствующие непосредственному металлическому контакту поверхностей трения, их износу и заеданию [1].
- Химически активные присадки. Такие присадки наиболее широко применяются в современных тяжелонагруженных узлах трения. Вследствие фрикционного разогрева и влияния силового поля твердой фазы молекулы этих соединений при определенной температуре разлагаются, а активные компоненты молекулы вступают в химическое соединение с металлом поверхностей трения, образуя модифицированные слои, обладающие пониженным сопротивлением сдвигу и поэтому заметно снижающие коэффициент трения.
Виды присадок по функциональному признаку:
- Противоизносные присадки. Противоизносный эффект от применения современных присадок этого назначения частично связан с их способностью образовывать прочные адсорбционные пленки на трущихся поверхностях, которые препятствуют их непосредственному контакту.
- Противозадирные присадки. Целью применения противозадирных присадок является стремление избежать задира смазанных узлов трения. Такие присадки применяют в маслах для смазывания зубчатых и гипоидных передач.
- Антифрикционные присадки. Цель применения присадок такого типа – снижение энергетических потерь в трибосопряжениях, а также устранение релаксационных автоколебаний при трении.
Наряду с присадками для улучшения триботехнических свойств смазок используют слоистые порошкообразные наполнители: дисульфид молибдена, слюду, вермикулит, порошки полимеров, металлов и их сплавов, а также оксиды металлов [1 – 4].
Влияние наполнителей на структуру и свойства смазок определяется их взаимодействием с загустителями и дисперсионной средой, а также действием на твердые частицы присутствующих в смазках присадок и естественных (или технологических) ПАВ. Большое значение имеют концентрация и дисперсность наполнителей, их предварительное модифицирование. Использованию наполнителей в смазках обычно предшествует их обработка (процессы диспергирования, фракционирования, очистки и активации), что, как и ряд других факторов, может существенно влиять на смазочное действие наполнителей [5].
Эффективность наполнителей определяется поверхностными явлениями, возникающими на границе раздела фаз. С уменьшением размера частиц наполнителя увеличивается удельная поверхность и соответственно возрастает роль поверхностных явлений и связанная с ними активность добавок. Введение наполнителей в смазки приводит к уменьшению коэффициента трения [6].
Действие наполнителей более четко выражено в смазках, приготовленных на маловязких маслах или с малым содержанием загустителя. Увеличение вязкости дисперсионной среды и повышение массовой доли загустителя понижают восприимчивость смазок к наполнителям, что обусловлено ухудшением подвижности частиц в объеме смазки. Это создает менее благоприятвые условия для поступления частиц наполнителя к поверхностям трения и формирования прочной смазочной пленки [1 – 4].
Триботехнические свойства смазок значительно улучшаются при введении в них порошков мягких металлов, их оксидов и солей некоторых металлов. Смазки с такими добавками образуют на поверхности трения так называемый плакирующий слой из мягкого металла; они получили название металлоплакирующих [7, 8]. Формирование на поверхности трения металлоплакирующей пленки, обладающей высокой контактной прочностью и пластичностью, хорошей теплопроводностью, увеличивает фактическую площадь контакта, понижает коэффициент трения, уменьшает износ и предохраняет от схватывания [9, 10].
Высокая смазочная способность смазок с порошками металлов, например меди, основана на вдавливании ее частиц в неровности поверхности трения, на плакировании. Это увеличивает площадь контакта и приводит к другим указанным положительным эффектам. Однако в процессе трения происходит быстрое истирание пленок из мягкого металла. При использовании оксидов металлов хотя и получается, как правило, более прочная пленка, поскольку взаимодействие меди с поверхностью трения происходит в момент ее восстановления из оксида, но и такая пленка сильно повреждается при продолжительных испытаниях. По эффективности действия в смазках (особенно при длительных испытаниях) порошки мягких металлов и их оксиды уступают традиционным наполнителям MoS2 и графиту [1 – 4].
Наряду с графитом, MoS2, порошками металлов и их оксидами для улучшения смазочной (иногда и герметизирующей) способности смазок в них вводят органические наполнители – порошкообразные полимеры.
В качестве полимерных наполнителей применяют полиэтилен, полипропилен и их галоидопроизводные. В зависимости от агрегатного состояния, способа введения и растворимости в дисперсионной среде полимеры могут выполнять в смазках функции загустителей, наполнителей и присадок.
Таким образом, для надежной и долговечной работы узлов трения машин и механизмов необходимо использовать смазочные материалы. Не все смазочные материалы выпускаемые отечественной и зарубежной промышленностью обладают идеальными триботехническими свойствами. Для улучшения этих свойств смазок, возможности применения масел в более тяжелых условиях (давление, температура), применяют присадки и наполнители. Поиск и правильное применение наполнителей к маслам и смазкам является важной и актуальной задачей.