Що таке тверде мастило?
В останні роки вимоги до зниження тертя і зносу, механічні збої в рухомих механічних системах отримали підвищену увагу через несприятливий вплив тертя на ефективність, довговічність і екологічність систем. Тривають дослідження нових матеріалів, покриттів і мастильних матеріалів (як рідких, так і твердих), які потенційно можуть зменшити тертя і зношення матеріалів. В даному шкільному рефераті я розкажу про основні властивості твердих мастил та розгляну їх вплив на механічні та трибологічні властивості. Мастила з твердими компонентами наносяться або як покриття, або використовуються в складі мастил. Тверді мастильні матеріали дають надзвичайно низький коефіцієнт тертя і тривалий термін служби. Основний механізм, відповідальний за зниження тертя, зазвичай регулюється міжфазним ковзанням між зношеним покриттям і освіченою плівкою.
Тверді мастильні матеріали являють собою клас трибоматеріалів, які використовуються для зменшення тертя і зносу рухомих протидіючих деталей шляхом запобігання прямого контакту між їх поверхнями в різних умовах експлуатації. Твердий мастильний матеріал вирівнює западини та піки поверхневих нерівностей і прилипає до підкладки. В екстремальних умовах експлуатації тверді мастильні матеріали мають тенденцію забезпечувати ефективне граничне мастило, тим самим покращуючи тертя і зводячи до мінімуму знос. Підшипники, використовувані в вакуумі, при дуже високих температурах або при дуже високій радіації, не можна змащувати рідкими мастилами. У цих випадках використовуються тверді мастила, до яких належать будь-які тверді матеріали, що використовуються для зменшення тертя і зносу між двома рухомими поверхнями. Загалом, твердий матеріал розташований у вигляді плівки між поверхнями ковзання/кочення. Простіше кажучи, потрібно взяти адекватний твердий матеріал для особливих вимог мастила в екстремальних умовах експлуатації, таких як дуже високі або дуже низькі температури в широкому діапазоні, наприклад від -200 до 850⁰C та агресивні середовища. Такі матеріали зазвичай мають шарувату кристалічну структуру, яка забезпечує низьку міцність на зрушення, тим самим зводячи до мінімуму тертя. Міцність на зсув між кристалічними шарами є слабкою і встановлює слабкий механізм низького тертя шляхом проковзування кристалічних шарів при низьких зусиллях зсуву. Як тверді мастила використовуються тверді речовини шаруватої решітки, такі як дисульфід молібдену, графіт, нітрид бору, йодид кадмію. Хороша тверда плівкова змазка має сильну адгезію до матеріалу підкладки підшипника, повністю покриває поверхню та має гарну пластичність. Він також повинен бути хімічно стабільним і запобігати корозію з урахуванням умов експлуатації та навколишнього середовища.
Класифікація твердих мастильних матеріалів
Тверді мастила в основному поділяються на чотири категорії:
(А) Вуглецеві матеріали (графіт, алмази);
(B) Сполуки діхалькогенідів перехідних металів;
(C) Полімери (PTFE);
(D) М`які метали, наприклад срібло, олово, індій, золото
Ключові показники твердих мастил
Тверді мастильні матеріали використовуються в багатьох інженерних областях в незмащуваних контактах або в поєднанні з рідинами або іншими мастилами. В останньому випадку для підвищення продуктивності підшипники, зубчасті колеса і магнітні жорсткі диски часто використовують DLC або леговані DLC покриття з рідкими мастилами (PFPE). Леговані покриття з низьким коефіцієнтом тертя MoS2 / Sb2O3 / Au використовуються в сателітних компонентах, валах, зубчастих передачах і втулках. Покриття UNCD використовуються в торцевих ущільненнях валів та обертаючого обладнання, такого як насоси і змішувачі. Чисті і леговані Si-DLC покриття також вивчаються для потенційного використання в автомобільній промисловості, тобто в розподільних валах, штовхачах клапанів і поршневих пальцях/кільцях, в біомедичній промисловості.
В останні кілька десятиліть застосування наукових знань про тверде змащення швидко зросло для задоволення потреб аерокосмічної та автомобільної промисловості. Тверді мастильні матеріали переважно використовуються там, де є ймовірність утримання рідких мастил або в тих місцях, де рідкі мастила не відповідають експлуатаційним вимогам. Тверді мастила, як доведено, є кращими для високого вакууму, високих робочих температур, кріогенних температур, радіації, пилу, чистих середовищ або корозійних середовищ чи їх комбінацій. Матеріали, які повинні бути розраховані на тверде мастило, повинні мати не тільки низькі коефіцієнти тертя, але й повинні зберігати чудову непроникність в різних умовах експлуатації. Отже, успішне і правильне використання матеріалів і покриттів в якості твердих мастильних матеріалів вимагає розуміння цих матеріалів, їх трибологічних властивостей та знання того, який твердий мастильний матеріал найкраще підходить для конкретного застосування.