Влияние дисульфида молибдена на трибологические свойства товарных смазок и масел

В статье приведено обобщение результатов теоретических и экспериментальных исследований влияния дисульфида молибдена и масляных дисперсий на их основе на трибологические показатели товарных масел и смазок.

1. Механизм смазочного действия дисульфида молибдена
2. Анализ состояния вопроса
3. Экспериментальные исследования
4. Выводы

 

1. Механизм смазочного действия дисульфида молибдена

Дисульфид молибдена MoS2 – природный минерал (молибденит). Его ярко выраженная слоистая структура придает дисульфиду молибдена уникальные антифрикционные свойства и позволяет эффективно использовать в качестве твердого смазочного материала.

Слабая связь между слоями и низкое сдвиговое сопротивление обуславливают низкий коэффициент трения, который остается практически неизменным даже при высоких нагрузках и нагреве.

Высокодисперсные частицы дисульфида молибдена, попадая в зону трения, заполняют впадины микронеровностей поверхностей и сглаживают их. В процессе трения частицы приобретают ориентацию параллельно направлению скольжения и образуют защитную пленку, выдерживающую значительные контактные давления.

Рис. 1. Формирование смазочной пленки  дисульфида молибдена в процессе трения

На нижней части фотографии (рис. 1) видна поверхность металла с ярко выраженными микронеровностями, на верхней части – та же поверхность, но покрытая смазочной пленкой дисульфида молибдена, сформировавшейся в процессе трения.

Применение дисульфида молибдена оказывается наиболее эффективным для граничного и смешанного режимов смазки, при которых твердый смазочный материал способствует снижению трения, предотвращению задиров и заеданий. За счет заполнения им впадин микронеровностей смазываемой поверхности значительно облегчается процесс приработки.

 

2. Анализ состояния вопроса

Для изучения влияния дисульфида молибдена на эксплуатационные свойства масел и пластичных смазок проводились экспериментальные исследования в лабораториях Московского государственного университета тонких химических технологий им. М.В. Ломоносова, Уфимского авиационного института, Новгородского государственного университета, корпорации Dow Corning в Германии и др. учреждениях

В таблице 1 приведены сводные результаты испытаний пластичной смазки ЦИАТИМ-201 и индустриального масла И-20А c добавками в них MoS2 в различных пропорциях, а также дисперсии дисульфида молибдена в минеральном масле Molykote M-55.

Таблица 1. Влияние MoS2 на трибологические свойства пластичных смазок и масел

Базовый смазочный материал

Относительное количество MoS2, % масс.

Нагрузка сваривания Pс, Н

Диаметр пятна износа Dи (мм) при нагрузке

196 Н

392 Н

800 Н

Пластичная смазка ЦИАТИМ-201

0

1235

0,73

-

-

10

2766

0,51

-

-

Масло индустриальное И-20А

0

1099

-

0,99

-

0,1

1167

-

0,66

-

1

1844

-

0,7

-

5

2325

-

0,88

-

Дисперсия Molykote M-55

10*

3000

-

-

1,35

* - содержание в товарном продукте

Анализ представленных результатов показывает, что добавление дисульфида молибдена в товарный смазочный материал позволяет увеличить несущую способность смазочного слоя в 1,1-2,2 раза и снизить износ в 1,1-1,5 раза.

Исследования индустриального масла И-20А с содержанием от 20 до 70 % дисульфида молибдена также показали, что при использовании чистого масла заедание наступает при удельной нагрузкке 2490 Н/мм2. При добавлении MoS2 диаметр пятна износа снижается почти в два раза, а заедания не наблюдается даже при нагрузках до 4520 Н/мм2.

Таким образом, дисульфид молибдена оказывает положительное влияние на противоизносные свойства масел и смазок, а также на их несущую способность.

 

3. Экспериментальные исследования

Испытания, результаты которых приведены выше, были проведены для узлов трения в режимах, далеких от реальных условий их эксплуатации. При этом влияние дисульфида молибдена на прирабатываемость и коэффициент трения оставалось невыясненным.

Комплексная оценка всех трибологических свойств была проведена в Брянском государственном техническом университете. В научно-исследовательской лаборатории «Триботехника»  сравнивались показатели чистого масла И-20А и масла И-20А с добавлением дисперсии дисульфида молибдена Molykote M-55 в количестве 5 % от объема. Испытания осуществлялись в режимах, максимально приближенных к реальным условиям эксплуатации большинства узлов (трение скольжения Ʋ = 1 м/с, контактное давление P = 70 Мпа).

Рис. 2. Схема трения

Схема трения «ролик – дисковый индентор» (рис. 2) была реализована на машине трения МИ-1М, оснащенной датчиками и автоматизированной системой сбора данных.

Смазывание осуществлялось постоянно в процессе экспериментов окунанием в емкость с маслом. Материал ролика – Сталь 45 без термической обработки, материал индентора – твердый сплав ВК8.

В таблице 2 приведены значения трибологических показателей, определенные по результатам испытаний.

 

Таблица 2. Значения трибологических показателей по результатам испытаний

Трибологическое свойство

Показатель

Значение показателя

Масло

масло + дисперсия Molykote M-55

Прирабатываемость

Время приработки t0, ч

1,33

1,58

Приработочный износ h0, мкм

7,50

6,50

Отношение коэффициентов трения f0/f

1,24

1,55

Антифрикционность

Установившийся коэффициент трения f

0,145

0,123

Износостойкость

Суммарный износ h, мкм

15,40

11,80

Скорость изнашивания в период нормального изнашивания ɣ, мкм/ч

1,69

1,20

Скорость изнашивания за общее время испытаний ɣΣ, мкм/ч

2,57

1,97

 

4. Выводы

Таким образом, анализ проведенных испытаний показал, что при добавлении в индустриальное масло И-20А 5% дисперсии дисульфида молибдена Molykote M-55
   • процесс приработки происходил более плавно и с меньшими потерями  на износ (до 14 %);
   • скорость изнашивания уменьшилась на 41 %;
   • потери на трение уменьшились в среднем на 18 %
.

Известно, что снижение температуры эксплуатации минеральных масел на 10-15 °С позволяет увеличить срок их замены вдвое. Так как около 90 % генерируемой при трении энергии рассеивается в виде тепла, то очевидно, что снижение коэффициента трения приведет к пропорциональному снижению температуры фрикционного разогрева масла, снижению интенсивности окисления и увеличении срока его службы.

 

 

Другие статьи