What are anti-friction coatings and their advantages in comparison with greases?

The article lists the advantages of Molykote anti-friction coatings, presents typical examples of their application.

преимущества антифрикционных покрытий Molykote

Для снижения трения в подвижных узлах любого оборудования требуется их своевременное смазывание. Выбор вида и способа смазки производится с учетом конструкции и условий эксплуатации пары трения.

Механизм действия традиционных жидких и пластичных смазочных материалов состоит в образовании разделительной смазочной пленки между движущимися поверхностями при определенном сочетании нагрузки и скорости, необходимом для установления гидродинамического или полужидкостного режима трения.

Однако реальные условия работы механизмов далеки от идеальных. Некоторые из механизмов (например, оборудование кирпичного производства) предназначены для постоянной эксплуатации в пыльной среде под воздействием высоких температур, нагрузок. Узлы большинства машин и оборудования в отдельные моменты времени или в течение всей эксплуатации также работают в режиме, при котором происходят локальные нарушения смазочной пленки, приводящие к повышенному трению, изнашиванию и образованию задиров. В таком режиме находятся не только тяжелонагруженные тихоходные узлы, но и все механизмы в моменты пуска, останова, реверсирования движения и в процессе приработки. Наиболее очевидным подтверждением этого факта является износ, который сопровождает работу всех машин.

В последние годы получил распространение новый вид смазочных материалов – антифрикционные покрытия. Они существенно снижают износ, значительно повышают надежность работы и ресурс узлов и механизмов.

Антифрикционные покрытия (АФП) – это смазочные материалы, подобные краскам, но содержащие вместо красящего пигмента высокодисперсные частицы твердых смазочных веществ, равномерно распределенных в смеси связующих веществ и растворителей.

Твердые сухие смазки обладают стабильным низким коэффициентом трения и обеспечивают хороший смазочный эффект.

В зависимости от того, какая несущая способность требуется от покрытия, в качестве сухих смазочных веществ применяют:
   • для высоких нагрузок – дисульфид молибдена MoS2 и/или поляризованный графит;
   • для средних нагрузок – политетрафторэтилен (тефлон, PTFE, ПТФЭ) и/или другие полимеры.

Связующие элементы обеспечивают адгезию к субстрату, химическую стойкость и защиту от коррозии. В качестве связующих используют эпоксидные смолы, титанаты, полиуретаны, акриловые, фенольные, полиамид-имидные и специальные компоненты.

При использовании органических связующих элементов термостойкость антифрикционных покрытий достигает +250° С, а неорганические системы позволяют покрытиям работать  при экстремально высоких температурах - вплоть до +600° С.

Растворители предназначены для переноса и распределения твердых смазок и связующих на субстрате, а также для обеспечения нужной вязкости антифрикционного покрытия путем разбавления перед нанесением.

Для улучшения необходимых свойств, а также для модификации и придания  антифрикционным покрытиям новых свойств в них добавляют присадки.

снижение изнашивания покрытияАнтифрикционные покрытия наносятся на поверхность с помощью обычных технологий окрашивания, таких как распыление, трафаретная печать, окунание, нанесение кистью. После нанесения покрытия и сушки растворитель испаряется, а связующие вещества полимеризуются и обеспечивают надежное сцепление с основой. Выбор конкретного способа нанесения антифрикционных покрытий зависит от геометрии покрываемых деталей и желаемого результата с точки зрения равномерности и долговечности покрытий.

При нанесении покрытия на одну из деталей пары трения в процессе работы происходит частичный перенос твердых смазок на сопряженную поверхность. Таким образом, в процессе трения под нагрузкой формируются плотные и очень гладкие антифрикционные пленки, закрывающие неровности материала основы. В результате при работе пары трения скорость изнашивания покрытия сводится к минимуму.

Эти процессы иллюстрирует фотография, полученная с помощью сканирующего электронного микроскопа при увеличении 1000 раз. На левой части показано покрытие сразу после отверждения, а на правой – после приработки и формирования гладкой пленки из твердых смазок.

 

Преимущества антифрикционных покрытий перед другими видами смазочных материалов

Применение антифрикционных покрытий на сегодняшний день является самым перспективным способом решения многих проблем, связанных с потерями на трение в движущихся узлах.

В отличие от сухих смазок в виде натертых пленок частицы твердых веществ антифрикционных покрытий прочно удерживаются на поверхности с помощью связующего компонента.

По сравнению с применением традиционных смазочных материалов – пластичных и жидких смазок – антифрикционные покрытия имеют ряд преимуществ.

После нанесения антифрикционного покрытия образовавшаяся тонкая сухая смазочная пленка предотвращает налипание абразивной пыли и грязи на поверхность.

Благодаря тому, что твердые смазочные вещества удерживаются на поверхности связующими, антифрикционные покрытия в большинстве случаев обеспечивают смазку на весь срок службы. Сухие смазки в составе АФП обладают исключительной термической стабильностью и химической инертностью, стойкостью к окислению и влаге.  Они не стареют и не испаряются, способны эффективно работать в условиях радиации и вакуума даже после продолжительного простоя узла.

Толщина покрытия легко контролируется и может составлять от 5 до 20 мкм, что практически не влияет на исходную точность размеров детали. Возможно локальное нанесение антифрикционных покрытий на определенные участки поверхности. Обладая высокими противоизносными и антикоррозионными свойствами, АФП могут заменить хромирование, цинкование и другие виды обработки.

 

 Сравнение основных видов твердых смазок

Результаты испытаний антифрикционных покрытий Molykote показали их способность снижать трение до минимальных значений (см. рисунок 1).

Результаты испытаний АФП на машине трения Falex LFW1

Рис. 1. Результаты испытаний АФП на машине трения Falex LFW1 в соответствии с ASTM D2714

При применении покрытий на основе дисульфида молибдена коэффициент трения с ростом нагрузки снижается и стабилизируется на значении несколько сотых. Такое трение без применения антифрикционных покрытий возможно только в режиме жидкостной смазки, когда движущиеся поверхности полностью разделены слоем масла и не контактируют напрямую друг с другом.

Другие характеристики  антифрикционных покрытий также значительно различаются в зависимости от имеющихся в составе сухих смазок.

 

Сравнение некоторых  свойств сухих смазок приведено в таблице 1.

 

Таблица 1. Основные виды твердых смазок и их свойства

Свойства Дисульфид молибдена Графит ПТФЭ (тефлон)
Минимальный коэффициент трения 0,002 0,05 0,03
Несущая способность, отн.ед. 100 50 6
Теплопроводность низкая средняя очень низкая
Электропроводность низкая высокая очень низкая
Максимальная рабочая температура на воздухе, °С +450 +600 +260
Максимальная рабочая температура в вакууме, °С +1100 не используется зависит от прочих условий
Адгезия к металлам высокая средняя низкая
Химическая стойкость высокая высокая очень высокая
Влияние влаги на
эксплуатационные свойства
отрицательно положительно не влияет
Цвет темно-серый черный белый или прозрачный
Структура молекул структура молекулы дисульфида молибдена  структура молекулы графита структура молекулы птфэ

Существенным недостатком графита, ограничивающим сферу его применения по сравнению с дисульфидом молибдена, является его недостаточная адгезия к металлическим поверхностям. Его молекулы неполярны и проявляют смазочные свойства лишь в присутствии влаги.

Этот недостаток можно устранить путем внедрения в слоистую структуру графита поляризующих агентов. Высокая адгезия поляризованного графита к металлическим поверхностям, наряду с термической стабильностью, делают его одним из наиболее перспективных инновационных смазочных материалов.

Компания Dow Corning первой начала применять его при разработке составов новых смазок.


Типичные применения АФП Molykote

Линейка продуктов Molykote включает антифрикционные покрытия на основе различных видов твердых смазок, в том числе дисульфида молибдена, графита, политетрафторэтилена (тефлона), а также специальных композиций.

Связующее вещество в составе покрытия определяет его защитные свойства, химическую стойкость, а также тип отверждения (температуру полимеризации).

При выборе конкретного антифрикционного покрытия Molykote необходимо учитывать конструкцию узла трения, условия его работы и желаемый способ нанесения смазочного материала.

Антифрикционные покрытия Molykote способны работать при температурах от  -200° С до +450° С. Это позволяет предлагать решения для самых различных, в том числе экстремальных условий (см. табл. 2).

Таблица 2. Примеры применения антифрикционных покрытий Molykote

Описание антифрикционного покрытия Тип отверждения, цвет Применение
Molykote 106 (-70…+250° С)  
Сухая смазка на основе дисульфида молибдена и графита с эпоксидным связующим, с 
повышенной несущей способностью.
при нагреве,
темно-серый
- сильно нагруженные пары трения с умеренными скоростями или колебательным режимом движения;
- замки, петли, шарниры, якори магнето;
- детали двигателей и редукторов;
- лыжные крепления
Molykote 3400A (-200 …+430° С)  
Антифрикционное покрытие - сухая смазка серого цвета на основе дисульфида молибдена и графита с эпоксидным связующим, для высоких нагрузок при нагреве,
серый
- оси шарниров, подшипники скольжения, кулачки, шпоночные канавки, зубчатые соединения;
- штифты, пружины и направляющие поверхности тормозов автомобилей, движущиеся части замков, переключателей и регуляторов;
- специальные цепи;
- магнитная арматура
Molykote 3400A Leadfree (-200 …+430° С)  
Антифрикционное покрытие - дисульфидмолибденовая сухая смазка с эпоксидным связующим, не содержащая свинца, для высоких нагрузок. при нагреве,
серый
- шпильки, пружины, шлицы, направляющие, резьбовые соединения и крепежные детали,  движущиеся части в замках, зубчатые, червячные и цепные передаточные механизмы;
-  направляющие поверхности в тормозах автомобилей, петли дверей кузова,  рычажные механизмы, переключатели, механизмы управления, оси шарниров, подшипники скольжения и кулачки;
Molykote 3402C Leadfree (-200 …+310° С)  
Сухая смазка на основе дисульфида молибдена с органическим связующим, для повышенных нагрузок. при нормальной температуре, серый - резьба основных осей сверлильных головок ударного действия и шпинделей
Molykote 7400 (-70…+200° С)  
Антифрикционное покрытие – сухая смазка на основе дисульфида молибдена и графита с акриловым связующим, для умеренных нагрузок при нормальной температуре, темно-серый - скользящие контакты в сочетаниях металл/металл;
- детали коробок передач, подшипники скольжения, направляющих скольжения;
- резьбовые втулки в механизмах регулировки автомобильных сидений;
Molykote D-10 (-70…+380° С)  
Антифрикционнон покрытие – сухая графитовая смазка на основе полиамидного связующего,  для умеренных нагрузок при нагреве,
серо-черный
- долговременная смазка скользящих поверхностей, в том числе имеющих прямой контакт с маслами и пластичной смазкой;
- поршни бензиновых и дизельных двигателей, компрессоров и поршневых насосов, пневматических и гидравлических систем
Molykote D-106 (-70…+250° С)  
Антифрикционное покрытие на основе дисульфида молибдена и графита с эпоксидным связующим, для умеренных нагрузок при нагреве,
темно-серый
- автомобильные замки, петли, шарниры и арматура;
- детали двигателей и коробки передач;
- в качестве покрытия для листовой стали и алюминия в рулонах
Molykote D-21 (-180…+450° С)  
Антифрикционное покрытие - на основе особо чистых дисульфида молибдена и графита с титанатовым связующим.

Это то же самое покрытие, что D-321R, только с более чистыми сухими смазками: содержание галогенов (хлор и фтор) в растворе не превышает 200 частиц на миллион.
при нормальной температуре, серый - резьбовые соединения из специальных сплавов для ядерных электростанций (не первого контура, т.е. не контактирующих с радиацией);
- тяжелонагруженные узлы и механизмы, в которых применение традиционных масел и смазок невозможно из-за высокой концентрации пыли, грязи и абразива;
- высоконагруженные направляющие с низкими скоростями скольжения, колебательными движениями и прерывистым режимом работы;
- системы, работающие в высоком вакууме и при экстремальных температурах;
- болты головки блока цилиндров двигателей;
- направляющие в оборудовании пищевой промышленности;
- механизмы регулировки автомобильных зеркал, высоковольтные переключатели;
- тяжелонагруженные зубчатые передачи, цепные приводы;
- аварийная смазка для роторных головок ветроэнергетических установок;
- для холодной экструзии стали без образования задиров
Molykote D-321R (-180…+450° С)  
Антифрикционное покрытие – сухая смазка на основе дисульфида молибдена и графита с титанатовым связующим, для повышенных нагрузок. Выпускается в различных фасовках, в том числе - в виде аэрозольных баллонов. при нормальной температуре, серо-черный - для большинства узлов трения с металлическими деталями;
- тяжелонагруженные узлы и механизмы, в которых применение традиционных масел и смазок невозможно из-за высокой концентрации пыли, грязи и абразива;
- для постоянной смазки высоконагруженных направляющих с низкими скоростями скольжения, колебательными движениями и прерывистым режимом работы;
- системы, работающие в высоком вакууме и при экстремальных температурах;
- болты головки блока цилиндров двигателей;
- направляющие в оборудовании пищевой промышленности;
- механизмы регулировки автомобильных зеркал, высоковольтные переключатели;
тяжелонагруженные зубчатые передачи, цепные приводы;
- аварийная смазка для роторных головок ветроэнергетических установок и для холодной экструзии стали без образования задиров
Molykote D-3484 (-70…+250° С)  
Антифрикционное покрытие на основе дисульфида молибдена и графита с фенольным связующим, для повышенных нагрузок при нагреве,
серо-черный
- карбюраторные пружины, втулки сцепных устройств грузовиков;
- детали ремней безопасности, замков багажников;
- болты и рычаги в тягачах и строительных машинах;
- зубчатые передачи
Molykote D-708 (-180…+240° С)  
Антифрикционное покрытие - сухая смазка на основе тефлона (ПТФЭ) с эпоксидным связующим при нагреве,
черный
- дверные механизмы и замки, ремни безопасности,
- пружины, шарниры, штифты и шайбы;
- механизмы офисной техники и точных приборов;
- сухая смазка крепежных деталей
Molykote D-7405 (-70…+200° С)  
Антифрикционное покрытие на основе синтетических твердых смазок с полиамидным связующим, для повышенных нагрузок при нагреве, 
светлый (прозрачно-желтый)
- скользящие контакты в сочетаниях металл/металл;
- замки автомобильных дверей, болты головок цилиндров и самонарезающие винты
Molykote D-7409 (-70…+300° С)  
Антифрикционное покрытие на основе дисульфида молибдена и графита с полиамидным связующим, для умеренных нагрузок при нагреве,
серовато-черный
 - для улучшения процесса приработки;
- в качестве постоянной смазки при высоких температурах;
- для защиты деталей гидравлических и пневматических систем от коррозии;
- поршни; распределительные валы; толкатели и пружины клапанов, вкладыши подшипников; дроссельная заслонка и др.; детали автомобильных тормозов, замки, шарниры и насосы
Molykote D-7620 (-70…+300° С)  
Антифрикционное покрытие на основе дисульфида молибдена и графита с полиамидным связующим при нагреве,
серовато-черный
- высоконагруженные узлы трения при высоких температурах, низких скоростях скольжения, колебательных движениях;
- прокладки головки цилиндра, выпускного коллектора двигателей внутреннего сгорания
Molykote D-96 (-40…+80° С)
Антифрикционное покрытие – сухая смазка на основе тефлона (ПТФЭ) с полиуретановым связующим, имеет хорошие «противоскрипные» свойства, бесцветное при нормальной температуре, прозрачный - дверные панели, подлокотники, приборные доски, перчаточные ящики и др.;
- кожаные элементы (чехлы, декоративные элементы, вставки)
Molykote D-9610 (-40…+80° С)
Сухая смазка на основе ПТФЭ с полиуретановым связующим,  имеет хорошие «противоскрипные» свойства, черный цвет при нормальной температуре, черный - дверные панели, подлокотники, приборные доски, перчаточные ящики и др.;
- кожаные элементы (чехлы, декоративные элементы, вставки)
Molykote PTFE-N UV (-180…+240° С)  
Бесцветная сухая смазка на основе тефлона (ПТФЭ) с акриловым связующим и ультрафиолетовым индикатором. Выпускается также в форме аэрозольных баллонов при нормальной температуре, прозрачный с УФ-индикатором - резиновые направляющие, уплотнения сдвигающихся крыш;
- скользящие двери, мебельные петли, мелкие механизмы  офисной техники

Дополняя пластичные смазки и масла, а часто полностью заменяя их, антифрикционные покрытия Molykote надежно защищают от износа металлические и пластиковые поверхности в самых экстремальных условиях эксплуатации и часто используются в качестве аварийной смазки.

 

 

Other articles