Улучшение триботехнических свойств смазочных материалов добавками

№54-3,

технические науки

В статье рассмотрены вопросы влияния смазочных материалов на процесс трения и способы улучшения их триботехнических свойств.

Похожие материалы

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:

  1. Поверхностно-активные присадки. Присадки адсорбируются на поверхности трения, образуя прочные граничные слои, препятствующие непосредственному металлическому контакту поверхностей трения, их износу и заеданию [1].
  2. 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:

  1. 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.
  2. Противозадирные присадки. Целью применения противозадирных присадок является стремление избежать задира смазанных узлов трения. Такие присадки применяют в маслах для смазывания зубчатых и гипоидных передач.
  3. 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.

Список литературы

  1. Смазочные материалы: Антифрикционные и противоизносные свойства. Методы испытаний / Р.М. Матвеевский, В.Л. Лашхин, И.А. Буяновский, И.Г. Фукс – М.: Машиностроение, 1989. – 224 с.
  2. Федорченко, И.М. Антифрикционные и фрикционные металлокерамические материалы / И.М. Федорченко // Современные проблемы порошковой металлургии. – Киев, 1970. – С. 141-152.
  3. Вязников, Н.Ф. Металлокерамические материалы и изделия / Н.Ф. Вязников, С.С. Ермаков. – Л.: Машиностроение, 1967. – 224 с.
  4. Грибайло, А.П. Повышение износостойкости поверхностей трения применением пластичных смазок с наполнителями / А.П. Грибайло // - Вестник машиностроения. – 1983. - №4. – С. 19-20.
  5. Демкин, Н.Б. Контактирование шероховатых поверхностей / Н.Б. Демкин, – М.: Наука, 1970. – 226 с.
  6. Жигаев, В.Д. Прочность кварцевого песка / В.Д. Жигаев // Машиноведение. – 1971. - №1. – С. 101-105.
  7. Кужаров, А.С., Свойства и применение металлоплакирующих смазок / А.С. Кужаров, Н.Ю. Онищук. – М.: ЦНИИТЭ Нефтехим, 1985. – 59 с.
  8. Пат. № 2131450 (РФ) 6 С 10 М 125/26. Смазочная композиция / Киселев П.В., Прохоров М.П., Козлов Л.К.; заявитель и патентообладатель Киселев П.В., Прохоров М.П., Козлов Л.К. - №96108723/04; заявл. 26.04.96; опубл. 10.06.99, Бюл. №35.
  9. Костецкий, Б.И. Механо-химические процессы при граничном трении / Б.И. Костецкий, М.Э. Натансон, Л.И. Бершадский – М.: Наука, 1972. – 170 с.
  10. Поляков, А.А. Трение на основе самоорганизации / А.А. Поляков, Ф.И. Рузанов – М.: Наука, 1992. – 135с.