Чтобы получить конкурентные преимущества, производители пытаются снизить себестоимость продукции за счет применения более современного, более компактного оборудования. При этом одной из главных задач остается возможность увеличения производительности труда и объемов производства. Таким образом, узлам оборудования приходится работать во все более жестких режимах. Чтобы предотвратить их ускоренный износ из-за повышенных скоростей и нагрузок, необходимо применять современные смазочные материалы, способные выполнять свою функцию в течение длительного времени в самых экстремальных условиях эксплуатации.
Для этого используются различные виды смазочных материалов, большую часть из которых составляют товарные масла, находящиеся при работе трибосопряжений в жидком агрегатном состоянии.
На сегодняшний день в промышленности наиболее часто применяются минеральные масла, имеющие невысокую стоимость, но в большинстве случаев применения достаточно хорошо выполняющие свои функции.
Для того, чтобы повысить смазывающие свойства, нагрузочную способность или другие рабочие характеристики в состав товарных масел на этапе их производства вводятся различные добавки в определенных комбинациях.
Такие масла, во-первых, значительно дороже, а во-вторых, они оптимизированы под определенные условия эксплуатации, поэтому область их применения – ограничена.
Очевидно, что добавление необходимых компонентов в нужных пропорциях пользователем непосредственно на месте эксплуатации существенно расширит область применения товарных масел. Использование присадок и добавок в виде сухих порошков для этих целей сопряжено с определенными трудностями – их высокодисперсные частицы склонны к образованию агломераций, что не дает возможности равномерно распределиться добавкам в объеме масла. Хорошим решением этой проблемы являются масляные дисперсии твердых смазок.
Для повышения несущей способности и энергоэффективности, облегчения приработки, снижения износа и шума при работе механизмов компания DuPont предлагает дисперсию дисульфида молибдена (MoS2) в минеральном масле Molykote M-55.
Дисульфид молибдена известен своими уникальными антифрикционными свойствами. Его активно используют при промышленном изготовлении пластичных смазок и масел в качестве наполнителя.
Дисперсия Molykote M-55 добавляется в масла в пропорции 5-10 % от объема. Высокодисперсные частицы дисульфида молибдена, входящие в состав дисперсии, настолько малы, что не задерживаются масляными фильтрами. Это позволяет добавлять дисперсию в трансмиссионные, индустриальные и моторные масла, существенно улучшая их эксплуатационные характеристики.
На сегодняшний день в России и за рубежом накоплено большое количество экспериментальных данных о влиянии дисульфида молибдена на трибологические свойства смазочных материалов. Как правило, такие испытания проводятся по стандартизованной методике на четырехшариковой машине трения. Такой подход дает возможность сравнить и проанализировать данные, полученные разными исследователями в разное время. Исследования свойств пластичной смазки ЦИАТИМ-201 и индустриального масла И-20А при добавлении в них дисульфида молибдена, а также 10%-й дисперсии дисульфида молибдена в минеральном масле, которые проводились в Московском государственном университете тонких химических технологий им. М.В. Ломоносова, Уфимском авиационном институте и в лаборатории DuPont показали следующее (Таблица 1).
Таблица 1. Результаты исследований влияния дисульфида молибдена на трибологические свойства смазочных материалов
| Исходный смазочный материал |
Кол-во добавок |
Нагрузка сваривания Pс, Н | Диаметр пятна износа Du (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 результатов исследования показывает, что добавление дисульфида молибдена в исходный смазочный материал при определенной концентрации позволяет снизить износ в 1,1-1,5 раза и повысить несущую способность смазочного слоя в 1,1-2,2 раза. Кроме того, в Новгородском государственном университете были проведены испытания по оценке трибологических характеристик индустриального масла И-20А при добавлении в него от 20 до 70 % дисульфида молибдена. Анализ полученных результатов позволил сделать вывод о том, что добавление дисульфида молибдена значительно улучшает все трибологические показатели индустриального масла – в 1,8 раза возросла удельная нагрузка, при которой происходит заедание, а диаметр пятна износа уменьшился почти в 2 раза.
Таким образом, четко прослеживается положительное влияние дисульфида молибдена на противоизносные свойства и несущую способность смазочных материалов.
Однако перечисленные испытания проводились в лабораторных условиях, далеких от реальных условий эксплуатации узлов трения, поэтому их результаты позволяют дать лишь общую сравнительную оценку. Влияние дисульфида молибдена на другие важные трибологические показатели, например, коэффициент трения и прирабатываемость, до недавнего времени оставалось невыясненным.
Комплексная оценка трибологических показателей была проведена в научно-исследовательской лаборатории «Триботехника» Брянского государственного технического университета. В ходе эксперимента исследовались чистое масло И-20А и масло И-20А с добавлением 5% от объема дисперсии дисульфида молибдена Molykote M-55.
Испытания осуществлялись в соответствии с нормализованным методом по схеме "ролик-дисковый индентор" (рис. 1) при трении скольжения со скоростью 1 м/с и контактном давлении P=70 МПа.
Этот режим, согласно статистическим данным, максимально соответствует реальным условиям эксплуатации узлов трения в большинстве случаев.
Указанная схема трения была реализована на автоматизированной машине трения МИ-1М с компьютеризированной системой сбора данных.
Результаты проведенного исследования образцов, смазанных чистым маслом И-20А и маслом И-20А с добавлением 5 % дисперсии дисульфида молибдена Molykote M-55, представлены на графиках (рис. 2, 3).
Рис. 2. Кривые изнашивания для образцов, смазываемых маслом И-20А и маслом И-20А с добавлением 5 % дисперсии дисульфида молибдена Molykote M-55
Рис. 3. Графики изменения коэффициента трения для образцов, смазываемых маслом И-20А и маслом И-20А с добавлением 5 % дисперсии дисульфида молибдена Molykote M-55
Проведенные испытания, а также расчеты, выполненные с учетом результатов измерений, показывают, что добавление 5 % дисперсии дисульфида молибдена Molykote M-55 в индустриальное масло И-20А несколько увеличивает длительность процесса приработки, однако при этом износ уменьшается на 15 %.
Таким образом, дисперсия Molykote M-55 способствует более плавному процессу приработки. Скорость нормального изнашивания уменьшилась на 41 %, а потери на трение уменьшились в среднем на 18 %.
В процессе трения подавляющая доля энергии выделяется в виде тепла. Снижение коэффициента трения при добавлении в масло дисперсии Molykote M-55 приведет к снижению потерь на трение и, соответственно, снижению температуры масла при эксплуатации и интенсивности его окисления. Это, в свою очередь, существенно увеличит срок службы масла.
Таким образом, проведенные исследования показали, что дисперсия дисульфида молибдена в минеральном масле Molykote M-55 в качестве добавки к минеральным индустриальным маслам позволяет достичь положительного комплексного эффекта (рис. 5).
Рис. 4. Комплексный эффект от применения дисперсии Molykote M-55 в редукторе