В сфере машиностроения все активнее используются антифрикционные твердосмазочные покрытия, во многих случаях заменяющие традиционные смазки.
Их возрастающая популярность обусловлена высокими эксплуатационными характеристиками, легкостью нанесения, свойствами ресурсной смазки и способностью создавать узлы трения, не требующие дальнейшего обслуживания.
В арматуростроении твердосмазочные покрытия применяют при производстве задвижек (в парах "шибер – седло"), ходовых винтов, подшипников скольжения, шаровых кранов, зубчатых приводов, резьбовых соединений и в других тяжелонагруженных узлов трения.
Рассмотрим преимущества покрытий и пути преодоления возможных ограничений по их использованию.
Классические антифрикционные покрытия: состав и области применения
Обычно антифрикционные твердосмазочные покрытия производятся на основе дисульфида молибдена – твердого смазочного материала слоистой кристаллической структуры. Помимо МоS2, они содержат органическое связующее вещество (эпоксидную, фенолформальдегидную, акриловую или другую смолу) и растворитель.
Дисульфид молибдена придает покрытию характерный серый цвет и металлический отблеск (рис. 1), обеспечивает низкий коэффициент трения и хорошие противозадирные свойства.
Рис. 1. Внешний вид покрытия с дисульфидом молибдена на деталях червячной пары
Несмотря на все достоинства дисульфидмолибденовых покрытий их применение существенно ограничено термически: при температурах выше +400 ºС происходит интенсивное окисление MoS2 и разрушение органических смол.
Триоксид молибдена, который образуется при окислении дисульфида, обладает уже не смазочными, а абразивными свойствами. Цвет покрытия при этом меняется с серого на желтый.
Большинство покрытий теряют свою адгезию в среде кислот и жидкого кислорода, очень быстро изнашиваются при увеличении скорости скольжения более 0,5 м/с.
Таким образом, классические антифрикционные покрытия эффективны только для обслуживания тихоходных узлов, работающих в определенном температурном диапазоне.
При этом существует множество деталей (например, в трубопроводной арматуре, турбинах и пр.), которые работают при температурах свыше +500 ºС. В таких узлах невозможно применять не только покрытия, но и любые традиционные смазки.
В связи с этим задача снижения трения и износа очень актуальна для предприятий, производственные процессы которых проходят в химически агрессивных средах, при высоких температурах и скоростях
Особенности и преимущества твердосмазочных покрытий MODENGY
В целях расширения сферы применения антифрикционных материалов отечественная компания "Моденжи" разработала серию инновационных твердосмазочных покрытий MODENGY.
Связующее вещество, которое в них используется, имеет неорганическую природу – создано на основе комбинации солей металлов. В качестве твердых антифрикционных компонентов, помимо дисульфида молибдена, используются композиции из графита, ПТФЭ, дисульфида вольфрама и др. веществ. Дополнительно в состав покрытий MODENGY введены армирующие и стабилизирующие элементы.
При производстве отечественной техники, предназначенной для применения в тяжелых условиях эксплуатации, широкое применение нашло покрытие MODENGY 2560.
Структура MODENGY 2560 и переходная зона "подложка – покрытие" хорошо видна при увеличении 500х (рис. 2).
Рис. 2. Структура покрытия MODENGY 2560 и переходная зона при увеличении 500х
От традиционных дисульфидмолибденовых покрытий MODENGY 2560 отличается:
- Термической стойкостью (выдерживает до +560 ºС)
- Химической стойкостью
- Работоспособностью в среде жидкого кислорода
- Повышенной износостойкостью
- Эффективностью при высоких скоростях скольжения (до 20 м/с)
Результаты испытаний и области применения покрытия MODENGY 2560
Лабораторные триботехнические испытания покрытия MODENGY 2560 проходили на деталях из сплава Инконель 750 при нагрузке 20 Н. Один из образцов был обработан MODENGY 2560, а остальные – другими покрытиями на основе дисульфида молибдена и эпоксидной связующей смолы.
В ходе испытаний были получены следующие результаты.
Верхний предел рабочих температур деталей с покрытием MODENGY составил +560 °С, в то время как изделия с другим покрытием теряли свойства при достижении +430 °С. Диаметр пятна износа с MODENGY 2560 – 0,7 мм, с другим – 1,3 мм. Коэффициент трения в деталях с покрытием MODENGY 2560 – всего 0,112, а в изделиях с материалом другого бренда – 0,159.
Испытания показали, что MODENGY 2560 превосходит существующие аналоги не только по термостойкости, но и по триботехническим свойствам.
Данное покрытие сегодня используется в лепестковых газодинамических подшипниках турбин, высокотемпературной трубопроводной арматуре (рис. 3).
Рис. 3. Шар и металлические седла крана с покрытием MODENGY 2560
Не менее эффективно оно для узлов трения, работающих в среде кислот, жидкого кислорода и других агрессивных веществ.