Управление трением для повышения износостойкости

Управление трением и износом

Чтобы справиться с проблемой износа трибообъектов, важно управлять трением, то есть правильно подбирать материалы в зависимости от их трения и износостойкости и оптимизировать условия эксплуатации.

Тем не менее, управление трением становится сложной задачей из-за разных условий, в которых проходят процессы. Следовательно, одним из самых перспективных направлений повышения износостойкости является исследование самоорганизующихся процессов.

С экономической точки зрения эффективность новых технологий с оптимальными конструкциями трибоузлов будет проявляться постепенно, по мере замены устаревших систем.

Поэтому наиболее многообещающим является повышение износостойкости трибообъектов через разработку присадок для смазочных материалов.

Типы антифрикционных присадок

Все антифрикционные и противоизносные присадки в смазочные масла делятся на:

• Присадки, которые формируют на поверхности трения тонкий слой мягких металлов, разделяющий поверхности в процессе работы.
• Присадки, активизирующие сцепление смазочного масла с поверхностью трения.

Методы добавления мягких металлов

Мягкие металлы (молибден, олово, медь, серебро и др.) могут добавляться в зону трения следующими методами:

• В молекулярном тонкодисперсном виде.
• На ионном уровне через химические реакции компонентов смазочного масла с источником мягкого металла.

Проблемы первого метода

Первый метод связан с двумя проблемами:

• Создание устойчивой взвеси тонких частиц мягких металлов.
• Соотношение между допустимой концентрацией таких металлов в циркулирующем масле и концентрацией, достаточной для обеспечения эффекта плакирования на весь срок служения смазочного масла.

Даже при успешном решении этих проблем, эффективность таких присадок ограничена по времени. Более того, тонкий разделительный слой мягких металлов не защищает поверхность трения от задиров в экстремальных случаях, то есть при остановке циркуляции смазки.

Второй метод связан с избирательным переносом, управление которым пока случайно и редко проявляется.

Присадки, активизирующие сцепление смазочного масла с поверхностью трения, могут быть весьма эффективными с точки зрения противоизносных и, особенно, противозадирных характеристик.

Однако у них есть и недостатки:

• Воздействие таких присадок продолжается до тех пор, пока они присутствуют в смазочном масле в достаточной концентрации.
• Чаще всего такие присадки не только не являются антифрикционными, но и могут увеличивать сопротивление трению, тем самым ухудшая эффективность смазочного масла.

Геомодификаторы трения

Принципиально иные по воздействию присадки основаны на природных ассоциациях силикатных минералов из забалансовых руд.

Эти присадки (геомодификаторы трения), попадая в зону трения, вносят изменения в структуру поверхности трения, модифицируя её в заданном направлении.

Основные преимущества геомодификаторов трения:

• Способность создавать динамические защитные пленки, образованные тонкодисперсными продуктами износа и самого геомодификатора, которые сохраняются на длительный срок (не менее двух ресурсов смазочного масла).
• Снижение коэффициента трения, а соответственно, снижение механических потерь.
• Низкая стоимость геомодификатора.
• Экологическая чистота природного продукта.

Поверхности трения

Как правило, структура поверхностей трения трущихся деталей машин зависит от условий трения, включая вид трения, давление, смазку, скорость трения и физико-механические свойства пар трения.

Эти поверхности подвержены напряжению и в случае воздействия внешних сил и недостаточной смазки при высокой скорости трения подвергаются значительным температурным изменениям, влияющим на структуру слоя.

Металлографический анализ состояния поверхностей трения образцов, испытуемых на машинах трения, был проведен с использованием стандартной методики и микрофотографирования шлифов.

Результаты показали следующее:

• Геомодификатор трения влияет на перлитную структуру углеродистой конструкционной стали, изменяя вид и форму пластинчатого перлита, закручивая его в «рулет» или вытягивая зерна.
• Он изменяет микротвердость поверхностного слоя толщиной до 0,055 мм, при этом поверхность становится более твердой, разница с сердцевиной составляет около 10-14% для стали марки 30.
• Также было отмечено влияние геомодификатора трения на форму поверхности трения мягких углеродистых сталей, основной геометрией является волна со средним шагом примерно 0,035-0,065 мм (данные получены с помощью металлографического микроскопа).