Файл: Износа и смазки.pdf

180 щения высоковязких жидких нефтяных масел церезинами и парафи- нами. Они обладают высокой химической стабильностью и влаго- стойкостью, что наряду с возможностью нанесения на поверхности в расплавленном состоянии (с последующим после охлаждения восста- новлением структуры и свойств) определяет область их преимущест- венного применения в качестве консервационных ПСМ.
Наиболее распространенной углеводородной ПСМ является консервационная смазка ПВК. Смазка предназначена для консерва- ции (до 10 лет) изделий из черных и цветных металлов при хранении на складах или на открытых площадках.
К углеводородным консервационным ПСМ относятся также смазки ГОИ-54; пушечная (УНЗ); вазелин технический волокнистый
(ВТВ-1) (применяется для смазывания зажимов аккумуляторов) и др.
Основными качественными характеристиками пластичных ма- териалов являются температура каплепадения, пенетрация и содер- жание механических примесей.
8.6.3. Органические пластичные смазочные материалы
Основной недостаток мыльных и углеводородных ПСМ – их от- носительно низкая термическая и химическая стабильность, ограни- чивающая область применения этих смазок. В настоящее время раз- работаны новые типы загустителей на основе органических веществ, обладающих высокой термической и химической стабильностью и не интенсифицирующих процесс окисления масел.
К органическим ПСМ относятся фталофианиновые, полимерные и фторуглеродные ПСМ.
Фталоцианиновые ПСМ обладают длительной работоспособно- стью при температурах свыше 180 °С, имеют высокие антиокисли- тельные свойства, высокую влагостойкость, отличаются хорошей кол- лоидной стабильностью. Это объясняется тем, что используемые в ка- честве загустителя в таких смазках фталоцианиновые пигменты явля- ются наиболее стабильными комплексными соединениями – они прак- тически не окисляются на воздухе при температурах ниже 330 °С.
Полимерные ПСМ – это пластичные смазки, в которых в качест- ве загустителей используют твердые высокомолекулярные полимеры: полиэтилен, полипропилен, политетрафторэтилен, политрифторхло- рэтилен и пр.

181
Фторуглеродные ПСМ – это пластичные смазки, полученные за- гущением жидких фторуглеродных полимеров тонкодисперсными твердыми фторуглеродными полимерами. Обладают наибольшей хи- мической стабильностью. Могут работать в прямом контакте с жид- ким и газообразным водородом, кислородом, окислами азота, галои- дами, галоидоводородами и пр.
8.6.4. Неорганические пластичные смазочные материалы
При повышенных температурах, в агрессивных средах практи- чески единственным работоспособным видом ПСМ являются смазки, загущаемые неорганическими материалами. В настоящее время из- вестно большое количество неорганических загустителей, многие из которых являются твердыми смазками. Например, используются гра- фит, двухсернистый молибден, глина, сажа, слюда, силикагель, сили- каты, сульфаты, сульфиды, окислы и гидроокиси металлов и др. К
ПСМ такого типа относятся, в частности, ВНИИНП-262, -264, -279.
Для обеспечения работоспособности неорганических смазок при высоких температурах в качестве дисперсионной среды в них исполь- зуют высококачественные синтетические масла. Для придания жид- кой фазе тех или иных свойств (или усиления имеющихся) в жидкую фазу вводят соответствующие присадки.
8.7. Металлоплакирующие смазочные материалы
Металлоплакирующие смазочные материалы (МСМ) – это пла- стичные смазки, масла и смазочно-охлаждающие жидкости, в состав которых входят металлсодержащие (по массе от 0,1 до 10 %) присад- ки: порошки металлов, их оксидов, сплавов, солей, комплексных со- единений металлов и др.
МСМ применяют в тяжелонагруженных узлах качения и сколь- жения самолетов, автомобилей, двигателей внутреннего сгорания, прокатного металлургического оборудования, текстильного, швей- ного и обувного оборудовании и др. Использование металлоплаки- рующих смазок позволяет повысить долговечность узлов трения в
2..3 раза, снизить потери на трение, уменьшить расход смазочных ма- териалов в 2..3 раза. МСМ являются одним из перспективных видов антифрикционных смазок.
Впервые в мире МСМ стали производить с СССР. По заказу авиационной промышленности были разработаны смазки Свинцоль-01

182 и Свинцоль-02. В настоящее время номенклатура пластичных смазок расширилась. К вышеуказанным маркам прибавились МС Вымпел и
МС 1000. Наибольшее распространение получили металлоплаки- рующие смазки, образующие медную сервовитную пленку.
МС 1000 – это универсальная металлоплакирующая смазка для узлов трения всех типов: подшипников, крестовин, шестерен, нако- нечников рулевых тяг, шаровых опор, шарниров равных угловых скоростей. В качестве присадок используются цинк и дисульфид молибдена. Образующая металлическая защитная пленка обладает высокой износостойкостью и способностью к постоянному самовос- становлению из компонентов смазки. Смазка достаточно морозостой- ка – сохраняет свою работоспособность при температурах от минус
55 до плюс 150 °C.
При реализации эффекта безызносности на трущихся поверхно- стях деталей в процессе работы узлов трения формируется тонкая, трудноподдающаяся окислению защитная самовосстанавливающаяся металлическая пленка из введенных в смазку присадок. Толщина пленки составляет от нескольких атомных слоев до 1…2 мкм.
Металлическая сервовитная пленка, образующаяся в процессе трения, имеет рыхлую структуру, пориста, в ней почти отсутствуют дислокации и имеется большое количество вакансий.
Повышенная эффективность МСМ обусловлена следующими факторами.
1. При использовании металлоплакирующих МСМ контакт по- верхностей трения осуществляется через пластический деформи- рующийся мягкий и тонкий слой металла. При трении, как со смаз- кой, так и без смазки, детали контактируют на очень малой площади сопряженных поверхностей. В результате участки фактического кон- такта испытывают весьма высокие напряжения, что приводит к их взаимному внедрению, пластической деформации и к интенсифика- ции изнашивания. При наличии сервовитной пленки площадь факти- ческого контакта увеличивается в 10...100 раз, и материалы сопря- женных деталей испытывают лишь упругие деформации, а износ по- верхностей резко уменьшается.
2. Применение МСМ приводит к реализация эффекта Ребиндера.
Обычные смазочные материалы являются кислородоносителями, они окисляют поверхности трения и тем самым уменьшают возможность их схватывания. Однако окисные пленки препятствуют проникнове- нию среды к металлу, в результате чего эффект Ребиндера проявляет-

183 ся слабо, и пластической деформации подвергаются большие объемы металла. При использовании МСМ окисления поверхностей не про- исходит, трение носит восстановительный характер. Среда взаимо- действует с металлом, и в результате пластическая деформация лока- лизуется в тонком слое.
3. МСМ способствуют переносу частиц износа с одной поверх- ности трения на другую и удержанию этих частиц в зоне контакта электрическим полем. Продуктами износа при использовании обыч- ных смазочных материалов являются в основном окислы, которые не имеют электрического заряда и свободно уносятся из зоны контакта.
При наличии на поверхностях трения сервовитной пленки продукты износа состоят из частиц металла. Поверхность таких частиц порис- тая, за счет чего они покрываются адсорбционным слоем ПАВ, име- ют электрический заряд, под действием которого сосредотачиваются в зазорах.
4. Применение МСМ способствует защите поверхностей трения от проникновения водорода. Водород образуется в процессе трения как продукт разложения водяных паров, топлива, смазочных мате- риалов, смазочно-охлаждающих жидкостей, а также деструкции в зо- не контакта полимеров. Он проникает в глубь стали или чугуна и ус- коряет изнашивание деталей. Металлическая сервовитная пленка, об- разующаяся при использовании МСМ, защищает стальные поверхно- сти трения от проникновения водорода. Кроме того, она снижает удельные нагрузки на контакте, отчего водорода образуется значи- тельно меньше.
Использование МСМ дает следующие преимущества:
- возрастает срок службы деталей узлов трения;
- снижаются потери энергии на трение, увеличивается КПД ма- шины и механизма;
- уменьшается расход смазочных материалов и увеличивается интервал между заменами;
- исключается возникновение задиров и схватывания трущихся деталей;
- снижается шум;
- взаимозаменим с солидолами всех типов, смазочными мате- риалами общего назначения и некоторые другими пластичными смазки.
Основным недостатком МСМ является их стоимость.

184
8.8. Твердые смазочные материалы
Твердые смазочные материалы (ТСМ) – это материалы, которые обеспечивают смазку между двумя поверхностями в условиях сухого или граничного трения в экстремальных условиях.
Основные типы ТСМ: графит, дисульфиды молибдена и вольф- рама, нитрид бора, бромиды олова и кадмия, сульфат серебра, иоди- ды висмута, никеля и кадмия, фталоцианин, селениды и теллуриды вольфрама, титана и пр.
Графит обладает антифрикционными свойствами в паре трения со сталью, чугуном и хромом (несколько хуже эти свойства с медью и алюминием). В присутствии воздуха и воды графитная смазка улуч- шает свои показатели.
Для графита характерна способность адсорбироваться на по- верхностях трения с образованием прочной пленки, ориентированной в направлении скольжения. Наличие на поверхности металла пленки оксидов облегчает адсорбцию графита, поэтому использование гра- фита особенно эффективно для металлов, образующих прочную ок- сидную пленку (хром, титан, в меньшей степени сталь).
Температурный предел работоспособности графитной смазки равен плюс 600 о
С. Коэффициент трения графита по стали составляет
0,04…0,08. С увеличением нагрузки и повышением температуры ко- эффициент трения возрастает.
Дисульфид молибдена (MоS
2
) – синевато-серый порошок с ме- таллическим блеском, обладает хорошими адсорбционными способ- ностями по отношению к большинству черных и цветных металлов.
Смазочная способность MоS
2
обусловлена выраженным слоистым строением кристаллов и сильной поляризацией атомов серы в про- цессе трения. В отличие от графита при увеличении нагрузки и тем- пературы коэффициент трения дисульфида молибдена уменьшается
(средняя величина 0,05…0,095).
Несущая способность граничной смазочной пленки дисульфида молибдена выше, чем у любых смазочных масел. При температурах выше 500 °С он окисляется с выделением диоксида серы (SO
2
). Ди- сульфид молибдена обладает высокой радиационной стойкостью. Его можно использовать как смазочный материал при низких температу- рах, а также в вакууме.
К недостаткам дисульфида молибдена относится то, что он об- ладает высокой химической активностью и относительно легко всту-

185 пает в реакцию с водой и кислородом. Вследствие этого при контакте с воздухом максимально допустимая температура не более 450 °С.
Водород способен восстанавливать дисульфид молибдена до металла.
Дисульфид вольфрама (WS
2
) по сравнению с дисульфидом мо- либдена обладает большей термостойкостью (плюс 580 °С), стойко- стью к окислению и в 3 раза большей несущей способностью. Хими- чески инертен (кроме фтора и его соединений), коррозионно неагрес- сивен и нетоксичен. Его применение ограничено высокой стоимо- стью. Использование дисульфида вольфрама в качестве добавки к маслам осложнено его высокой плотностью (р = 7,4•103 кг/м
3
), что затрудняет получение однородной смеси с маслом. Рекомендуется использовать при температурах свыше 450 °С.
Нитрид кремния (Si
3
N
4
) имеет низкий коэффициент трения в па- рах со стальными деталями и некоторыми металлокерамическими материалами. Обладает хорошими механическими характеристиками, высокой термической и термоокислительной устойчивостью (до
1200 °С). Благодаря сочетанию этих качеств нитрид кремния рас- сматривают как перспективный материал при изготовлении деталей цилиндропоршневой группы теплонапряженных двигателей.
Нитрид бора (BN) обладает высокой термической и термоокисли- тельной устойчивостью (разлагается при температуре свыше 1000 °С).
Фталоцианины (меди C
32
H
16
N
6
C
11
, железа C
32
H
16
N
8
Fe и пр.) – металлосодержащие полициклические органические соединения, об- ладающие крупными плоскими молекулами со слабыми межмолеку- лярными связями. Характерной особенностью этих веществ является то, что наряду с физической адсорбцией они образуют хемосорбиро- ванные пленки на поверхностях металлов. Фталоцианины обладают хорошей термической (плюс 650 °С) и радиационной стойкостью, стабильны при контакте с воздухом и водой. При температурах до плюс 300 °С коэффициент трения у них выше, чем у графита и ди- сульфида молибдена, но понижается до 0,03…0,05 с увеличением температуры до плюс 500 °С.
Из фталоцианинов делают защитный слой на юбках поршней перспективных двигателей. Такие поршни повышают механический
КПД и обладают повышенной стойкостью к заклиниванию.
В таблице 8.5 приведены средние величины коэффициентов трения для некоторых ТСМ.
К достоинствам твердых смазочных материалов относятся:
- широкий диапазон рабочих температур;

186
- возможность смазывания негерметичных узлов трения (сма- зочный материал не выдавливается и не вытекает);
- отсутствие необходимости в непрерывном подводе смазочного материала;
- малый расход смазочных материалов;
- низкие эксплуатационные расходы.
Недостатком ТСМ является более низкий отвод теплоты от по- верхностей трения, чем у жидких масел, а также малая долговеч- ность. Пополнение ТСМ часто сопряжено с трудностями конструкци- онного и эксплуатационного характера. Однако в некоторых узлах, работающих в условиях вакуума, единственным способом смазыва- ния является применение только этих смазочных материалов. Также к недостаткам можно отнести худшую физическую и химическую ста- бильность, а также большую разницу в величинах коэффициентов трения покоя и движения.
Таблица 8.5
Значения коэффициентов трения для ТСМ
Твердый смазочный материал
Коэффициент трения
Дисульфид молибдена
0,05
Йодистый кадмий
0,06
Хлористый кадмий
0,07
Сернокислый вольфрам
0,08
Сернокислое серебро
0,14
Йодистый свинец
0,28
Графит (приработка во влажном воздухе)
0,10
Хлористый кобальт
0,10
Йодистая ртуть
0,18
Бромистая ртуть
0,06
Йодистое серебро
0,25
При использовании ТСМ необходимо, чтобы сопряженные по- верхности трения имели необходимые антифрикционные свойства
(прирабатываемость, отсутствие склонности к задирам и схватыванию).
Твердые смазочные материалы выпускаются в виде порошков, дисперсий, паст, покрытий. Их включают в состав различных продук-

187 тов, в т.ч. и жидких смазок в случае невозможности использования химических присадок из-за температурных условий.
Порошки. Чистый дисульфид молибдена производится с различ- ным средним размером частиц. Он хорошо заполировывается в по- верхность в течение времени или под воздействием повышенной внешней нагрузки, обладает хорошей адгезией к металлическим по- верхностям. Смеси твердых смазочных материалов обычно исполь- зуются в тормозных колодках, что обеспечивает высокое трение и малый износ.
Дисперсии. Высококонцентрированные дисперсии ТСМ приме- няются в качестве добавок к маслам, таким как редукторные, транс- миссионные для двухтактных мотоциклов, дизельные. Дисперсии также используются в особых процессах формования металла и в ка- честве высокотемпературных цепных масел (маслоноситель испаря- ется, оставляя на поверхности твердый смазочный материал).
Пластичные смазки. ТСМ добавляются к пластичным смазкам в количестве примерно 3 %. Их преимущество перед химически реак- тивными присадками высокого давления заключается в отсутствии необходимости обеспечения температуры реакции. Кроме металлур- гии такие продукты применяются также в автомобилестроении, на- пример, в шаровых шарнирах и шарнирах для передачи постоянной частоты вращения.
Пасты. Количество ТСМ в составе паст значительно выше, чем в пластичных смазках, и может достигать 70 % в зависимости как от типа твердого смазочного материала, так и от вязкости масла- носителя. В зависимости от области применения пасты разделяются на три категории:
- резьбовые – обеспечивают коэффициент трения порядка 0,1.
Они обеспечивают разборку оборудования после длительного про- стоя, а также выдерживают ультравысокие температуры. Пасты также обладают совместимостью с высокопрочными сплавами, что исполь- зуется при производстве турбин;
- сборочные – предотвращают фреттинг-коррозию, позволяют проводить безаварийную разборку при снятии подшипников с вала, обеспечивают очень низкий коэффициент трения и повышенную за- щиту от коррозии;
- смазочные – обеспечивают долговременное смазывание. При этом по таким параметрам, как адгезия защита от коррозии и темпе- ратурная стойкость значительно превосходят жидкие смазки.

188
Антифрикционные покрытия («смазывающая краска») – это по- крытия (краски), в которых цветовой пигмент заменен на твердый сма- зочный материал. Покрытия состоят из ТСМ, смол, тип которых зави- сит от желаемого метода полимеризации или устойчивости к среде, а также растворителя. Кроме этого в состав входят добавки, улучшаю- щие пленкообразование и повышающие коррозионную стойкость.
В зависимости от геометрии покрываемых деталей, антифрикци- онные покрытия могут быть нанесены различными способами: аэро- золь, трафаретная печать, погружение, центрифугирование или элек- тролитическое осаждение. Смазочные покрытия применяют только при трении без смазочного материала; в жидкостях они отслаиваются.
Помимо снижения трения и защиты от износа они защищают поверх- ность от коррозии. Толщина пленки должна быть равна 5…15 мкм, более толстый слой подвержен растрескиванию и скалыванию.
Ряд твердых смазочных полимерных пленок (в виде суспензий) разработан во ВНИИНП. Их наносят распылением или погружением детали в суспензию. Отверждение производят при температуре плюс
120...300°С в течение 2...3 ч.
В агрессивных газах и парах применяют антифрикционные по- крытия в виде фторопластовых лаков и суспензий. Наиболее распро- страненными являются антифрикционные лаки ВАФ-31, ФБФ-74Д, фторопластовая композиция ФК-33 и др. Эти композиции состоят из порошка фторопласта ЧД или ЧДП и связующего типа БФ. Суспен- зии и лаки наносят кистью, распылителем или погружением.
Мягкие металлы (свинец, индий, олово, кадмий, медь, серебро, золото и др.) могут применяться в качестве смазок, наносимых в виде тонких слоев (пленок) на более прочные основы. Поведение пленок этих металлов во многом сходно с маслами. Кроме того, они обладают свойством облегчать и ускорять процесс приработки. Например, плен- ка серебра толщиной 100...200 мкм, наносимая на основу гальваниче- скими методами, обладает высокими антифрикционными свойствами и обеспечивает интенсивный отвод теплоты от поверхности трения.