Исследование триботехнических свойств пластичных смазочных материал-лов наполненных порошками твердых смазок

УДК 621.893:669.058

ИССЛЕДОВАНИЕ ТРИБОТЕХНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПЛАСТИЧНЫХ СМАЗОЧНЫХ МАТЕРИАЛЛОВ НАПОЛНЕННЫХ ПОРОШКАМИ ТВЕРДЫХ СМАЗОК

В.Г.Мельников, Х.А. Аль-Cабти

Ивановский государственный химико-технологический университет

Разработана и исследована смазочная композиция на основе пластичной смазки. Установлено образование металлоплакирующей пленки на металлических поверхностях фрикционного контакта, ведущее к снижению коэффициента трения и интенсивности изнашивания. Выявлено влияние порошков твердых смазочных материалов, вводимых в пластичную смазку в качестве наполнителя, на коэффициенты трения и износ.

К настоящему времени создано огромное количество различных машин, охватывающих все сферы деятельности человека. Надежность и долговечность этих машин лимитируется работоспособностью узлов трения. Поэтому развитием научных основ трения, изнашивания и смазки механических систем, разработкой новых материалов триботехнического назначения, созданием высококачественных смазочных материалов занимаются ученые практически во всех странах мира. Кроме того, повышенная способность смазок снижать трение и износ, может обеспечивать существенную экономию топлива и электрической энергии в машинах.

Твердые тела могут производить смазочное действие, организуя и поддерживая режим трения при граничной смазке. Граничная пленка должна обладать высоким сопротивлением продавли-ванию и низким сопротивлением срезу. Исходя из таких требований, к твердым смазочным материалам можно отнести вещества слоисто-решетчатой пластинчатой структуры, мягкие металлы. Из веществ слоисто-решетчатой структуры свойствами, необходимыми для смазки металлических поверхностей, обладают графит, дисульфид молибдена (молибденит), сульфид серебра, пористый свинец.

Известно, что при трении без смазки (на воздухе) графит имеет хорошие антифрикционные свойства. Он обладает значительными силами молекулярного сцепления с металлами, образуя на их поверхности пленку, сохраняющую кристаллическую структуру и создающую условия трения графита по графиту. Толщина образующейся пленки графита около 100 ' 10- м, а коэффициент трения при этом очень мал (0,03-0,04) [1].

Влияние наполнителей на структуру и свойства смазок определяется их взаимодействием с загустителями и дисперсионной средой, а также действием на твердые частицы присутствующих в смазках присадок и естественных поверхностно-активных веществ.

Триботехнические свойства смазок значительно улучшаются при введении в них порошков мягких металлов, их оксидов и солей некоторых металлов. Для смазки можно использовать пленки металлов меди, свинца, олова и индия. Смазки с такими добавками образуют на поверхности трения так называемый плакирующий слой (металлоплакирующей пленки), обладающий высокой контактной прочностью и пластичностью, хорошей теплопроводностью, увеличивающий фактическую площадь контакта, понижающий коэффициент трения, уменьшающий износ [2].

Исследование триботехнических характеристик разработанного смазочного материала проводилось на машине трения модели СМТ-1.

Материал образцов - сталь 45, закаленная до твердости ИЯС 45^50. Пара трения: вращающийся диск (ролик) - неподвижный частичный вкладыш. Режим работы пары трения: постоянная скорость скольжения 1 м/с; нагрузка на образец повышалась ступенчато от 0,2 до 0,9 кН. максимальная площадь контакта в зоне трения составляла 0,8 см .

В ходе исследований фиксировалось изменение коэффициента трения в зависимости от нагрузки (рис. 1), изменение коэффициента трения в зависимости от пути трения (рис. 2), изменение интенсивности изнашивания образцов в зависимости от нагрузки (рис. 3) и пути

трения (рис. 4), а также определялась микротвердость поверхности трения в зависимости от пути трения (рис. 5).

К настоящему времени некоторые авторы [2,3] утверждают, что при работе узлов трения взаимодействие вводимых частиц (меди, бронзы и других) с поверхностью трущихся деталей будет значительно больше при тяжелых условиях трения, чем при легких. Поэтому некоторые исследователи для создания серво-витного слоя на трущихся поверхностях прибегают к более форсированным режимам работы узлов трения в период приработки, что противоречит сложившимся представлениям о более низких нагрузках в период приработки с постепенным их повышением.

Рис.1. Зависимость коэффициента трения f от нагрузки Р при смазке разработанной смазочной композицией с наполнителями: 1 -ЛИТОЛ-24 без наполнителя; 2 -ЛИТОЛ-24 с порошком меди

Рис. 2. Зависимость коэффициента трения f от пути трения S (нагрузка 0,4 кН) при смазке разработанной смазочной композицией с наполнителями:

1 - ЛИТОЛ-24 без наполнителя; 2 -ЛИТОЛ-24 с омедненным графитом(3 мас%).

Измерение линейного износа проводили методом «искусственных баз» по заранее нанесенным на поверхности контакта образцов отпечаткам на твердомере

ТКС-1М коническим твердосплавным индентором с углом при вершине а=120о Диаметры отпечатков определялись с помощью микроскопа МБС-10.

Р, к

Рис.3. Зависимость интенсивности изнашивания I от нагрузки Р при смазке разработанной смазочной композицией с наполнителями: 1-ЛИТОЛ-24 без наполнителя; 2-ЛИТОЛ-24 с порошком графита

Рис. 4. Зависимость интенсивности изнашивания I образца от пути трения S (нагрузка 0,4 кН) при смазке композицией с наполнителями: 1- ЛИТОЛ-24 без наполнителя;

2- ЛИТОЛ-24 с омедненным графитом(3 мас%).

Рис. 5. Зависимость микротвердости поверхности трения Н от пути трения S (нагрузка 0,4 кН):

а) до испытания, б) после 20 км пути трения

Исследования микротвердости поверхностей образцов проводились на приборе ПМТ 3 (рис.5).

Образование пленок металлов при трении на металлических поверхностях фрикционного контакта ролика и вкладыша фиксировалась на микроскопе (рис. 6). Предполагается, что такие пленки образуются на локальных участках шероховатостей трущихся поверхностей, испытывающих максимальное контактное взаимодействие при взаимном перемещении.

В процессе трибоиспытаний, по видимому, происходит приработка поверхностей трения, увеличивается площадь контактного взаимодействия, что приводит к развитию металлоплакирующей пленки, т.е. к увеличению площади поверхности, покрытой пленкой и, как следствие, снижению момента трения.

Следует отметить, что образованные пленки имеют очень высокую прочность и адгезию к поверхностям трения, крайне трудно удаляются механическим путем.

а) б)

Рис. 6. Поверхность трения образцов до испытаний (а) и после испытания в смазочной композиции с наполнителем омедненным графитом (3 мас.% ) (б).

В первой серии испытаний в качестве наполнителей были выбраны порошок графита коллоидного - С2, порошок меди (пМС-1, ГОСТ 4960), их сочетания и омедненный порошок этого графита. На рис. 1, 3 представлены триботехнические свойства исследованных смазочных композиций. Очевидно, что основа смазочной композиции - ЛИТОЛ-24, работоспособна при нагрузках до 0,3-0,4 кН. Введение в эту основу порошка меди (3 мас.%) несколько снизило коэффициент трения от давления и минимуме его

при нагрузке 0,3 кН, как и для ЛИТОЛА-24 без наполнителя, интенсивность изнашивания при этой снижается в 1,7 раза.

Введение в литол-24 того же (3 мас.%) количества коллоидного порошка графита марки С-2, снижает коэффициент трения в 1,5 раза. Очевидно, что граничная пленка графита, намазанная на поверхность металлического образца, обеспечивает скольжение внутри этой пленки, что приводит к малым значениям силы трения.

Одновременное введение в ЛИТОЛ-24 (3 мас.% суммарно) порошка меди и графита обеспечивает минимальное значение коэффициента трения 0,056 при нагрузке 0,3 кН, при этом смазочная композиция стабильно работает при нагрузке свыше 0,8 кН. Коэффициент трения снижается в 1,65 раза, интенсивность изнашивания уменьшается в 2,5 раза, по сравнению с трением в ЛИТОЛ-24 без наполнителей.

Одновременное введение в пластичный смазочный материал порошков твердой смазки (коллоидного графита) и мягкого металла (меди) приводит к значительному снижению коэффициента трения и повышению нагрузочной способности.

Добавление в смазку ЛИТОЛ-24 (3 мас.%) омедненного порошка графита улучшает триботехнические свойства смазки при данных условиях трения. Путем химического восстановления из раствора на поверхность частиц графита восстанавливалась металлическая медь в количестве 50% мас. от суммарной массы графита и меди. Применение в качестве смазки композиции, содержащей омедненный порошок графита, снижает коэффициент трения в 3 раза при нагрузке 0,3 кН, интенсивность изнашивания при этом снижается в 3,5 раза при нагрузке 0,6 кН.

Применение в качестве смазки, содержащей омедненный порошок графита, в узлах трения приводит к образованию на контактирующих поверхностях металлоплакирующих пленок из меди, способных оказывать выраженное антифрикционное и противоизносное действие.

Можно предположить, что значительное снижение интенсивности изнашивания происходит за счет образования на поверхности трения деталей слоя с повышенной микротвердостью. Микротвердость поверхностного слоя пары трения увеличилась более чем в 1,5 раза.

Таким образом, введение в базовую пластичную смазку ЛИТОЛ-24 твердых смазок графита и антифрикционного металла меди позволило снизить коэффициент трения и износ пары трения, особенно резко это проявилось при использовании в качестве наполнителя порошка омедненного графита.

ЛИТЕРАТУРА

1. Боуден Ф.П., Тейбор Д. Трение и смазка твердых тел / Под ред. И.В. Крагельского - М.: Машиностроение. 1968. - 542 с.

2. Курнаков А.С. // Эффект безызностности и триботехнологии. 1992. №2. с. 3

3. Мельников В.Г., Терентьев В.В., Зарубин В.П., Юдина Т.Ф .// Эффект безызностности и триботехнологии.2004.№1. с.33.

INESTEGATION OF TRIBOTECHNICAL CHARACTERIZATION OF LABRICATING MATERIALS

WITH THE POWDERED ADDITIVES

W.Melnikov, H.Alsabti

The results of new compositions of materials elaboration by means of new technologies during the formation of metallic layer on the contacting surfaces by means of adding non-metallic and metallic powders to the lubricating materials, are given/ Method of powder metallurgy was applied to obtain the influences of these additives on friction and wear.