Engineering solutions in the field of
lubricants and sealants

Solid lubrication: innovative technology to reduce friction and wear

Solid lubrication solves tasks on reducing friction and wear in those units and mechanisms where greases and liquid materials don't manage. Solid lubricating substance have low friction coefficient, and retain operability under extreme operational conditions.

История развития технологии твердой смазки

Твердая смазка – это технология снижения трения и износа, основанная на применении частиц твердых смазочных веществ.

Первые эксперименты с твердой смазкой начали проводить в 20 веке, хотя антифрикционные свойства некоторых твердых материалов были открыты гораздо ранее. До этого времени для обслуживания механизмов использовали материалы на основе минеральных масел.

Однако с развитием науки и машиностроения, выходом человека в космос стало понятно, что применение пластичных и жидких смазок в экстремальных условиях (вакууме, при сверхвысоких и сверхнизких температурах, радиации, высоких нагрузках и при влиянии других неблагоприятных факторов) неэффективно. Они выдавливаются, испаряются, вымываются, замерзают, разрушаются. Детали, обработанные такими материалами, теряют защиту, например, металлы в вакууме начинают схватываться.


Множество примеров вышедшего из строя оборудования из-за отказов механизмов вследствие неэффективности смазки привели к необходимости поиска новых способов снижения трения сопряженных деталей. Внимание специалистов было направлено в сторону технологии твердой смазки.


Для снижения коэффициента трения сопряженных элементов стали использовать материалы в виде порошков.


Твердая смазка: основные составляющие

Одним из наиболее распространенных веществ, которые стали использоваться для реализации твердой смазки, стал графит. Он уже эффективно применялся в некоторых элементах электрических машин.

Однако в ходе испытаний было замечено, что коэффициент трения этого материала значительно возрастает при эксплуатации в вакууме или в условиях влияния инертных газов. Кроме того, для обеспечения смазывания материал требует наличия влаги. Во влажной среде коэффициент трения графита равен 0,03-0,05.


Графит
Рис. 1. Графит


Еще одним материалом кристаллической структуры, который начал широко применяться для снижения трения, стал дисульфид молибдена. Он работоспособен в вакууме и при экстремально высоких температурах, (коэффициент трения в таких условиях составляет 0,02-0,4), однако во влажной среде его свойства существенно ухудшаются.

Высокая несущая способность, стойкость к радиации и высоким температурам, работоспособность в вакууме сделали дисульфид молибдена основным материалом, используемым для узлов трения космической техники.


Дисульфид молибдена
Рис. 2. Дисульфид молибдена


Дисульфид вольфрама обладает еще большей термостойкостью и несущей способностью, чем дисульфид молибдена. Его слой выдерживает воздействие агрессивных сред, работоспособен в вакууме, коэффициент трения вещества менее 0,05. Однако стоимость данного материала в разы превышает вышеуказанные.


Дисульфид вольфрама
Рис. 3. Дисульфид вольфрама


Технологию твердой смазки реализуют и некоторые полимеры, например, политетрафторэтилен. Он обладает уникальным набором физических и химических свойств.

Политетрафторэтилен устойчив к воздействию агрессивных сред, работоспособен в широком диапазоне температур (от -100 °C до +250 °C), имеет очень низкий коэффициент трения (0,02 – 0,05). Кроме того, у данного вещества очень низкая адгезия, поэтому помимо антифрикционных функций он выполняет и антиадгезионные – предотвращение прилипания материалов.

С теми же задачами справляются мягкие металлы, однако их коэффициент трения в разы превышает значения обозначенных выше материалов. У золота и серебра он находится в диапазоне от 0,15 до 0,3, у свинца и олова – от 0,2 до 0,4.


Для обеспечения ресурсной смазки узлов и механизмов порошкообразной формы твердых смазок уже недостаточно. Поэтому были разработаны составы, интегрирующие смазочные материалы в поверхности трения.


Так, к порошкам добавляют органические или неорганические связующие и растворители. Слой таких материалов представляет собой матрицу связующего вещества, в ячейках которой расположены высокодисперсные частицы твердых смазочных материалов. Толщина пленки, образуемой на деталях, составляет всего 20-30 микрометров.

Это реализовано в виде твердосмазочных покрытий, которые наносятся на предварительно подготовленную поверхность деталей методами окрашивания.



Такие покрытия менее твердые, чем материалы, на которые они наносятся. Однако твердосмазочные вещества прочно сцепляются с поверхностью и характеризуются высоким сопротивлением сжатию и малым сопротивлением сдвигу.

Преимущества твердосмазочных покрытий перед традиционными смазками:

  • Низкий коэффициент трения (от 0,03)
  • Сухая текстура (не стимулирует налипания в узел пыли и другого абразива)
  • Работоспособность в экстремальных условиях (высокие и низкие температуры, большие нагрузки, вакуум, радиация, высокие скорости вращения, химически агрессивные среды и так далее)
  • Отсутствие вредных испарений
  • Высокая несущая способность и противозадирные свойства
  • Длительный срок службы (в некоторых узлах могут выполнять функцию ресурсной смазки)
  • Антикоррозионные свойства
  • Малая толщина слоя
  • Эффективность при эксплуатации в запыленных средах
  • Отсутствие необходимости механической обработки, после полимеризации покрытия сразу готовы к эксплуатации
  • Антиадгезионные и антипригарные свойства
  • Эстетичный внешний вид

Твердосмазочные покрытия выпускает всего несколько компаний, одна из которых расположена в России.


Кто производит твердую смазку в России?

Компания «Моденжи» – отечественный разработчик и производитель антифрикционных твердосмазочных покрытий (АТСП), которые выпускаются под маркой MODENGY.

В качестве твердых смазок в составе АТСП MODENGY содержатся дисульфид молибдена, дисульфид вольфрама, поляризованный графит, политетрафторэтилен, фториды кальция и бария. Они определяют антифрикционные характеристики материалов и их стойкость к истиранию.

В качестве связующих веществ, обеспечивающих сцепление покрытий с основой, их защитные свойства и физико-механические характеристики, используются модифицированная эпоксидная смола, полиамид-имидная смола, полиуретан, фенолформальдегидная смола, акриловая смола и модифицированная стирольная смола.

Материалы наносятся на поверхности деталей из металла, пластика, резины, дерева, керамики, стекла и др.


Металлическая деталь с покрытием MODENGY на основе политетрафторэтилена и дисульфида молибдена
Рис. 4. Металлическая деталь с покрытием MODENGY на основе политетрафторэтилена и дисульфида молибдена


В линейке насчитывается около 20 покрытий. Компания постоянно совершенствует свои составы и предлагает все более эффективные материалы для снижения трения и износа компонентов.

Так, инженеры «Моденжи» занимаются разработкой обратимо адаптирующихся покрытий, которые включают в себя комбинацию твердосмазочных веществ и могут менять свою структуру в зависимости от изменяющихся условий окружающей среды, таких как температура, влажность и так далее. Одним из направлений применения таких материалов является их нанесение на лепестковые газодинамические подшипники высокоскоростных энергетических установок.

Основные отрасли, в которых сегодня применяется твердая смазка

Твердосмазочные покрытия получили широкое распространение в машиностроении. Они используются в ДВС, подшипниках, зубчатых передачах, резьбовых соединениях и других узлах трения.

Кроме этого, твердая смазка применяется на предприятиях авиакосмической отрасли, робототехники, оборонно-промышленного комплекса, нефтегазовой промышленности, на производствах метизов, изделий из полимеров, в атомной энергетике и других областях промышленности.

Яндекс.Метрика