Металлические и неметаллические антифрикционные материалы

Обновлено: 16.05.2024

Каждый человек, использующий в процессе своей деятельности механические устройства, хочет, чтобы эти устройства, надежно и долго работали, обходясь без серьезных поломок. Основная причина поломки подвижных деталей любого механизма, заключается в механическом трении, повышении температуры, деформации материала.

Антифрикционные материалы и добавки – это особые соединения, уменьшающие коэффициент трения между подвижными частями механизмов. Они могут различаться по составу и физическим свойствам, как например, металлический баббит, полимерные фторопласты, или неметаллический графитовый порошок. Но, общее назначение их – облегчение скольжения между подвижными поверхностями механизмов. Все подобные материалы должны иметь высокую теплопроводность, для снижения вероятности перегрева рабочих элементов, на которых они используются.

Виды и типы антифрикционных материалов

Прежде чем разбираться с разновидностями антифрикционной продукции, нужно сначала понять, какие бывают виды трения между механизмами и деталями любого механизма:

«Мокрое» трение, при котором между деталями автомобиля для их безопасного взаимодействия расположена тонкая масляная пленка. Из-за таких пленок детали в ходе своей работы практически не соприкасаются друг с другом, что делает этот вариант трения практически идеальным.
Граничное, являющееся самым распространенным типом трения. Специалисты характеризуют такой путь как рваный. Именно в таких ситуациях между узлами и механизмами образовывается тончайшая пленка из масла. Она лишь в небольшой степени защищает детали от трения, со временем они начинают изнашиваться и рано или поздно приходит в непригодность, повышая опасность поломки детали.
Сухое, или наиболее опасное состояние трения механизмов двигателя, которое за короткий промежуток времени приводит к серьезным неполадкам в моторе. Это произойдет, если недостаточно залить моторного масла в двигатель. В таком случае никакой защитной пленки не образуется, и детали в спокойном режиме начинают «травмировать» друг друга.

В зависимости от типа трения детали подбирается антифрикционный материал, покрывающий ее поверхность. Разделяются эти материалы на три основных класса:

Металлические — состоящие из металлических компонентов имеющих низкий коэффициент трения и высокую теплопроводность. Сюда относятся такие сплавы как баббит, латунь, цинковые сплавы. Применяются в основном в подшипниках и опорах.

Неметаллические — большая группа материалов, включает в себя все виды соединений не содержащих металл. Основные подгруппы на сегодня — графитовые и полимерные. Графитовые применяются в основном как дополнительный элемент в подшипниках и втулках. Полимерные — во втулках и в качестве присадок к смазочным материалам, для образования защитной пленки на деталях.

Комбинированные — соединения металлических и неметаллических компонентов, например, металла и графита. Используются для изготовления трущихся сменных деталей, например, вкладышей.

Виды антифрикционных добавок

Антифрикционные добавки — это соединения, добавляемые в основной смазочный материал для улучшения его качества, или образования на поверхности детали дополнительного покрытия, увеличивающего срок ее службы.

Среди антифрикционных добавок выделяют следующие виды:

Реметаллизаторы;

Добавки, имеющие в своем составе тефлон;

Восстановительные порошки минерального характера;

Присадки из полимеров;

Металлоорганические добавки (или эпиламные);

Принцип работы реметализаторов довольно прост для понимания. При попадании в моторное масло они переносятся вместе с ним к смазываемым узлам. Моторная жидкость с реметаллизаторами проникает вглубь царапин и повреждений двигателя, формируя защитный слой, который по-другому называется плакирующим.

Из-за этого металлы, входящие в состав реметаллизаторов, имеют больший показатель мягкости в отличие от тех, из которых сделана деталь агрегата. Со временем защитный слой будет изнашиваться, пока вовсе не исчезнет. В таких случаях придется снова производить добавку этих материалов в масло, иначе никакой пользы двигатель не получит.

Добавки на основе тефлона также должны постоянно присутствовать в составе масляной жидкости для двигателя. Такие автомобильные присадки оседают на неподвижных частях механизмов двигателя. Это объясняется способностью тефлона равномерно оседать на металлической поверхности.

Восстановительные порошки минерального характера имеют в своем химическом составе змеевик, т. е. разветвленную макромолекулу, содержащюю присоединенные атомы металла, например молибдена. При попадании в масло, связующая часть такой макромолекулы, начинает распадаться на составные элементы. Высвобождающиеся атомы металла притягиваются к горячим стенкам рабочего элемента, например, поршня, и заполняют имеющиеся на нем микротрещины. Не стоит злоупотреблять применением таких присадок, так как они могут накапливаться на рабочих поверхностях, изменяя их размеры.

Полимеры, как антифрикционная добавка, были изобретены для постоянного заливания в масляную систему двигателей. Они повышают защитные свойства масел, грубо говоря улучшая их качество. Помимо уменьшения трения и износа, они повышают уровень мощности двигателя, существенно снижая расход бензина при движении. Однако если постоянно пользоваться присадками из полимеров, то со временем они начинают скапливаться в излишнем количестве в масляном фильтре, что приводит к его «забивке» и, как следствие, возможному выходу из строя масляного насоса.

Сферы применения

Все области механики, любой механизм, имеющий подвижные детали. Даже в часовом производстве используют эти соединения, для уменьшения коэффициента трения между валами и шестеренками. Любые двигатели, подвижные шарниры, передаточные механизмы и редукторы будут иметь в своей конструкции элементы облегчающие скольжение.

Конкретный тип таких элементов определяется предприятием разработчиком и вноситься в конструкторскую документацию. В ней же указывается расчетный срок службы узлов содержащих антифрикционные материалы, условия их эксплуатации, порядок обслуживания и процесс замены.

Применение антифрикционных добавок, не входящих в изначальный состав механизма, может быть рекомендовано заводом изготовителем. Следует обратить внимание на рекомендации не только производителя детали или узла, но и на замечания изготовителя используемых в нем смазочных, или охлаждающих материалов.

Для подбора материалов, изменяющих коэффициент трения, самостоятельно, необходимо всесторонне изучить рекомендации разработчиков оборудования, определить максимальные значения параметров, влияющих на свойства материалов, а именно — температуру, рабочую нагрузки и т. д. Следует помнить, что неправильный выбор антифрикционного материала, скорее всего, приведет в заклиниванию или разрушению узла

Достоинства и недостатки

К несомненным плюсам использования антифрикционных добавок и материалов можно отнести следующие преимущества:

Использование таких составов существенно снижает общий уровень износа деталей и агрегатов, заметно увеличивая срок их эксплуатации.

Эти добавки снижают вероятность отказа механизма во время работы, надежно защищая поверхности деталей.

За счет более хорошего скольжения элементов, снижается шумовой эффект при работе агрегата.

Расход топлива, при правильном применении добавок в двигателях внутреннего сгорания уменьшается, что благоприятно сказывается на финансах владельца техники. Смазки также требуется в меньших объемах.

К недостаткам можно отнести тот факт, что отдельные составляющие антифрикционных добавок и материалов могут негативно влиять на некоторые другие элементы механизма, например, забивать каналы систем фильтрации, или технологические отверстия масло съемных устройств.

Таким образом, антифрикционные материалы и добавки являются важной частью отрасли промышленной химии и машиностроения. Они помогут повысить качество работы агрегатов и узлов техники, но использовать их или нет — личное дело каждого потребителя.

Антифрикционные материалы: обзор, свойства, применение

Процесс эксплуатации технических агрегатов, машин и отдельных элементных групп оборудования неизбежно сопровождается износом. Взаимное механическое воздействие деталей друг на друга с разной степенью интенсивности приводит к истиранию их поверхностей и разрушению внутренней структуры. К тому же подобное влияние нередко оказывает и окружающая среда в виде эрозии и кавитации. Как результат, наблюдается потеря работоспособности техники или как минимум снижение эксплуатационных свойств. Представленные ниже обзоры порошковых фрикционных и антифрикционных материалов помогут разобраться со способами, позволяющими минимизировать нежелательное трение. Такие материалы рекомендуются к использованию и для промышленного оборудования, и бытовой техники, а также для строительного инструмента.

Отличия фрикционных и антифрикционных материалов

Рассмотрение данных материалов в одном контексте обусловлено тем, что их функция связана с общей характеристикой работы механизмов – коэффициентом трения. Но если антифрикционные элементы и добавки отвечают за понижение данного значения, то фрикционные – напротив, повышают его. При этом, например, порошковые сплавы с повышенным коэффициентом трения обеспечивают сопротивление износу и механическую прочность целевой рабочей группы. Для достижения таких качеств в состав фрикционного сырья вносятся тугоплавкие оксиды, карбиды бора, кремния и др. В отличие от антифрикционных элементов, фрикционные нередко представляют собой и полноценные функциональные органы в механизмах. Это, в частности, могут быть тормоза и муфты.

Обеспечивая задачи повышения трения, они параллельно выполняют и конкретные технические задачи. В то же время и фрикционные, и антифрикционные материалы перед эксплуатацией проходят тщательные лабораторные испытания. Те же сплавы для тормозов проходят натурные и стендовые тесты, в ходе которых определяется целесообразность их применения на практике. Наиболее технологичные фрикционные материалы из полимеров сегодня изготавливаются разными методами. Так, для механизмов тормозной группы применяется техника прессования – на формах изготавливаются колодки, пластины и секторы. Ленточные материалы производят по тканой технике, а накладки – путем вальцевания.

Свойства антифрикционных материалов

Детали с антифрикционной функцией должны соответствовать широкому комплексу требований, определяющих их основные рабочие качества. В первую очередь материал должен быть совместимым и с сопряженной деталью, и с рабочей средой. В условиях совместимости до и после приработки материал обеспечивает необходимую степень понижения трения. Здесь же надо отметить прирабатываемость как таковую. Это свойство определяет способность элемента естественно корректировать геометрию поверхности под оптимальную форму, которая подходит для конкретного места эксплуатации. Иными словами, с детали стирается лишняя структура с микронеровностями, после чего приработка обеспечит условия работы с минимальными нагрузками.

Износостойкость – тоже немаловажное свойство, которым обладают данные материалы. Антифрикционные элементы должны иметь структуру, которая обеспечивает сопротивление разным видам изнашивания. В то же время деталь не должна быть чрезмерно жесткой и твердой, поскольку в этом случае увеличится риск заедания, что нежелательно для антифрикционного материала. Более того, технологи выделяют такое свойство, как поглощение твердотельных частиц. Дело в том, что трение в разной степени может способствовать выделению мелких элементов – нередко металлических. В свою очередь, антифрикционная поверхность обладает способностью «вдавливать» в себя такие частицы, устраняя их из рабочей области.

Металлические антифрикционные материалы

Изделия на металлической основе составляют наиболее обширный спектр элементов антифрикционной группы. Основная их часть ориентируется на эксплуатацию в режиме жидкостного трения, то есть в условиях, когда подшипники разделяются с валами тонкой масляной прослойкой. И все же при остановке и пуске агрегата неизбежно возникает так называемый граничный режим трения, при котором масляная пленка может разрушаться под действием высоких температур. Металлические детали, используемые в подшипниковых группах, можно подразделить на два типа: элементы с мягкой структурой и твердотельными вставками и сплавы с жесткой основой и мягкими вставками. Если говорить о первой группе, то в качестве антифрикционных материалов можно использовать баббиты, латунные и бронзовые сплавы. Благодаря мягкой структуре они быстро прирабатываются и длительное время сохраняют характеристики масляной пленки. С другой стороны, твердотельные включения обуславливают повышенную износостойкость при механических контактах со смежными элементами – например, с тем же валом.

Под баббитами подразумевают сплав, основу которого формирует свинец или олово. Также ради улучшения отдельных качеств в структуру могут добавляться легирующие сплавы. В числе повышаемых свойств можно отметить коррозийную стойкость, твердость, вязкость и прочность. Изменение той или иной характеристики определяется тем, какие использовались легирующие материалы. Антифрикционные баббиты могут модифицироваться кадмием, никелем, медью, сурьмой и т. д. Например, стандартный баббит содержит порядка 80% олова или свинца, 10% сурьмы, а остальное приходится на медь и кадмий.

Свинцовые сплавы как средство минимизации трения

Начальный уровень антифрикционных сплавов представляют свинцовые баббиты. Ценовая доступность определяет специфику эксплуатации данного материала – в наименее ответственных рабочих функциях. Свинцовая основа в сравнении с оловом обеспечивает баббитам менее высокую механическую стойкость и низкую коррозийную защиту. Правда, и в таких сплавах не обходится без олова – его содержание может достигать 18%. Кроме того, вносится в состав и медный компонент, который предотвращает процессы ликвации – неравномерное распределение разных по массе металлов в объеме изделия.

Простейшие свинцовые материалы с антифрикционным свойством характеризуются высокой степенью хрупкости, поэтому их используют в условиях с пониженными динамическими нагрузками. В частности, подшипники для путевых машин, тепловозов и элементы тяжелого машиностроения составляют целевую нишу, где применяются такие материалы. Антифрикционные сплавы с применением кальция можно назвать модификацией свинцовых сплавов. В данном случае отмечаются такие качества, как высокая плотность и низкая теплопроводность. Основу также представляет свинец, но в существенных долях его также дополняют включения натрия, кальция и сурьмы. Что касается слабых мест этого материала, то к ним относится окисляемость, поэтому в химически активных средах его использовать не рекомендуют.

Говоря в целом о баббитах, можно констатировать, что это далеко не самое эффективное решение для минимизации трения, но по совокупности качеств оно оказывается выгодным с точки зрения эксплуатации. Это материалы, антифрикционные свойства которых могут нивелироваться пониженным сопротивлением усталости, ухудшающим работоспособность элемента. Тем не менее, в ряде случаев недостаток прочности восполняется включением в конструкцию стальных или чугунных корпусов.

Особенности бронзовых антифрикционных сплавов

Физико-химические свойства бронзы органично сочетаются с требованиями для антифрикционных сплавов. Данный металл, в частности, обеспечивает достаточные показатели удельного давления, возможность эксплуатации в условиях ударных нагрузок, высокую скорость вращения подшипника и т. д. Но также выбор бронзы для тех или иных функций будет зависеть от ее марки. Тот же формат эксплуатации вкладышей при ударных нагрузках приемлем для марки БрОС30, но не рекомендуется для БрАЖ. Есть и различия в классе бронзовых материалов по механическим свойствам. Данная группа качеств будет зависеть от характера сопряжения с закаленными валами и от использования цапфы, которая может иметь дополнительное упрочнение. И вновь нельзя говорить о монолитности структуры сплава.

Бронзовые изделия могут также включать олово, латунь, свинец. При этом, если все перечисленные металлы могут использоваться в качестве основы баббита, антифрикционные материалы на основе меди применяются крайне редко. В данном случае медный компонент чаще выступает как та же добавка с коэффициентом содержания 2-3%. Оптимальными считаются оловяно-свинцовые комбинации включений. Они обеспечивают достаточные показатели сплава как антифрикционного компонента, хотя и проигрывают другим составам в отношении механической прочности. Комбинированные бронзовые материалы используют в изготовлении монолитных подшипников для электродвигателей, турбин, компрессорных установок и других агрегатов, которые работают при высоком давлении и малой скорости скольжения.

Порошковые фрикционные материалы

Такие материалы используются в составах, предназначенных для передаточных и тормозных узлов гусеничной техники, автомобилей, станков, строительных механизмов и т. д. Готовые изделия на основе порошковых компонентов выпускаются в форме секторных накладок, дисков и колодок. В то же время исходные материалы для антифрикционного типа порошковых сплавов формируются той же номенклатурой, что и в случае с фрикционными компонентами, – чаще всего используют железо и медь, но существуют и другие комбинации.

Например, материалы из алюминиевых и оловянистых бронз, в состав которых входят графит и свинец, эффективно себя проявляют в условиях трения при скорости скольжения деталей порядка 50 м/с. К слову, при работе подшипников на скорости 5 м/с металлические порошковые изделия могут заменяться металлопластмассовым сырьем. Это уже антифрикционный композиционный материал с гибкой рабочей структурой и пониженной прочностью. Наиболее же выгодными в плане использования в условиях повышенных нагрузок считаются материалы из железа и меди. В качестве добавок используется графит, кремниевый оксид или барий. Работа данных элементов возможна при давлении 300 МПа и скорости скольжения до 60 м/с.

Порошковые антифрикционные материалы

Из порошкового сырья производятся и антифрикционные изделия. Они характеризуются высокой износостойкостью, пониженным коэффициентом трения и способностью быстрой приработки к валу. Также антифрикционные порошковые материалы имеют целый ряд преимуществ по сравнению со сплавами, минимизирующими трение. Достаточно отметить, что показатели их износостойкости в среднем выше, чем у тех же баббитов. Пористая структура, сформированная порошковыми металлами, дает возможность эффективной пропитки смазочными средствами.

Изготовители имеют возможность формировать конечные изделия в разных видах. Это могут быть каркасные или матричные детали с промежуточными полостями, заполненными другим смягченным сырьем. И, напротив, в некоторых сферах больше востребованы антифрикционные порошковые материалы, имеющие мягкотельную каркасную основу. В специальных сотах предусматриваются твердые включения разного уровня дисперсности. Данное качество имеет большое значение именно с точки зрения возможности регуляции параметров, определяющих интенсивность трения деталей.

Антифрикционные полимерные материалы

Современное полимерное сырье дает возможность получать новые технико-эксплуатационные качества для деталей, понижающих трение. В качестве основы могут использоваться и композитные сплавы, и металлопластиковые порошки. Одним из главных отличительных свойств таких материалов является способность равномерно распределять добавки по всей структуре, которые в дальнейшем будут выполнять функцию твердой смазки. В списке таких веществ отмечают графиты, сульфиды, пластики и другие соединения. Рабочие свойства полимерных и антифрикционных материалов во многом сходятся и на базовом уровне без использования модификаторов: это и малый коэффициент трения, и стойкость к химически активным средам, и возможность эксплуатации в водной среде. Если говорить об уникальных качествах, то полимеры могут выполнять свои задачи даже без подкрепления специальной смазкой.

Применение материалов для защиты от трения

Большая часть антифрикционных элементов изначально рассчитывается на использование в подшипниковых группах. Среди них и детали, рассчитанные на повышение износостойкости, и компоненты, улучшающие скольжение. В машино- и станкостроении такие изделия применяют в изготовлении двигателей, поршней, узлов сцепки, турбин и т. д. Здесь же основу расходников составляют антифрикционные материалы подшипников скольжения, которые внедряются в структуру ходовой и стационарной техники.

Строительная отрасль тоже не обходится без антифрикционной функции. С помощью таких деталей укрепляются инженерные сооружения, монтажные конструкции и кладочные материалы. В строительстве железных дорог их используют при монтаже конструктивных элементов подвижного состава. Распространено и применение антифрикционных материалов на полимерной основе, которые находят свое место, например, в качестве связующей структуры шкивов, зубчатых колес, ременных передач и т. д.

Заключение

Задача снижения трения лишь на первый взгляд может казаться вторичной и зачастую необязательной. Совершенствование смазочных жидкостей действительно позволяет избавлять некоторые механизмы от вспомогательных технических элементов, сокращающих износы основной рабочей группы. Переходным звеном от классических баббит к модифицированной высокоэффективной смазке можно назвать антифрикционные полимерные материалы, отличающиеся более мягкой структурой и универсальностью с точки зрения условий работы. Тем не менее, работа металлических деталей при высоком давлении и физическом воздействии по-прежнему требует включения твердотельных антифрикционных вкладышей. Причем этот класс материалов не просто не уходит в прошлое, но и развивается за счет улучшения характеристик прочности, твердости и механической устойчивости.

Антифрикционные свойства материалов и их состав

В деятельности человека нередко используются механические устройства. Надежность работы подвижных деталей в любом механизме обеспечивается уменьшением трения и деформации. Для этого применяют особые материалы, называемые антифрикционными. Основное их назначение – уменьшать коэффициент трения, облегчая скольжение подвижных поверхностей механизмов. В этой статье будут рассмотрены антифрикционные свойства различных материалов, используемых для этих целей.

Виды трения

Трение возникает при движении тел, которые соприкасаются друг с другом. Различают два основных вида:

Сухое – поверхности твердых тел напрямую соприкасаются. Оно наблюдается в ременных и фрикционных передачах.
Жидкостное – когда между деталями механизмов находится масляный слой жидкости и тела не соприкасаются. Встречается в подпятниках, подшипниках.

А также различают промежуточные виды трения: полусухое и полужидкостное.

Относительно движения тел отмечаются следующие типы трения:

покоя – возникает при относительном покое тел;
скольжения – проявляется при относительном движении механизмов;
качения – внешнее трение при качении тел.

В зависимости от вида трения для поверхностей тел подбирается материал с определенными антифрикционными свойствами.

Виды материалов, которые используют для уменьшения трения

Все антифрикционные материалы, обеспечивающие низкий коэффициент трения, подразделяют на:

Металлические – используются сплавы из трех металлов, в составе которых присутствует медь (баббиты). Предназначаются для работы в режиме жидкого трения.
Порошковые – создаются на основе железа и меди с добавлением графита и сульфидов. Используются в подшипниках скольжения.
Самосмазывающиеся спеченные – для изготовления применяют материалы разных комбинаций из железа с графитом, медью и бронзой. Служат для производства подшипников скольжения при небольших скоростях и при отсутствии ударных нагрузок. Хорошие антифрикционные свойства позволяют их устанавливать в местах, где сложно проводить смазку.
С твердыми смазочными составляющими – в качестве тонкого слоя на поверхность деталей наносятся частицы твердого смазочного вещества, состоящего из хлоридов, оксидов металлов, фторидов, пластмассы. Изделия работают при повышенных скоростях скольжения.
Неметаллические – изготовляют из пластмасс: термопластичных и термореактивных. Используют для подшипников гребных винтов, прокатных станов.
Металлополимерные – состоят из неоднородных компонентов. Их подразделяют на матричные, дисперсные и слоистые. Применяются для производства подшипников скольжения, зубчатых колес и звездочек.
Минералы – используют естественные (агат) и искусственные (корунд). Изготовляют маленькие износостойкие подшипники для тахометров, часов, гироскопов.

Каждый материал находит свое применение для производства деталей согласно его антифрикционным свойствам.

Сплавы с малым коэффициентом трения

Из таких сплавов изготовляют вкладыши подшипников трения, поэтому они обязаны иметь:

Малый коэффициент трения по сравнению с материалом вала, который чаще всего делают из закаленной стали.
Хорошую теплопроводность.
Стойкость к коррозии.
Небольшую твердость.
Свойство, позволяющее удерживать смазку.

Для удовлетворения перечисленных свойств в структуру сплава должны входить металлы с антифрикционными свойствами, обладающие повышенной мягкостью и пластичностью основы. А в нее уже вкрапляются твердые частицы, состоящие из химических соединений. В таком случае вал быстро прирабатывается к подшипнику, на нем от твердых частиц появляются маленькие канавки, которые заполняются смазкой и по которым удаляются продукты износа. За основу берутся олово, свинец, медь, кадмий, висмут, а вкрапления делают из сплавов сурьмы и меди.

Использование бронзовых сплавов в узлах трения

Бронзой называют сплав меди с различными металлами, в состав которых может входить олово, алюминий, кремний, свинец, бериллий и множество других добавок. В зависимости от процентного содержания того или иного входящего в ее состав элемента бронзу называют оловянной, алюминиевой, свинцовой. Бронзы имеют достаточно широкое применение при изготовлении изделий, которые используются при повышенном трении. Самыми лучшими считаются бронзы с антифрикционными свойствами, изготовленные на основе олова.

Особенно хорошо себя заявили олово-фосфористые, из которых изготовляют вкладыши опор, работающие под значительной нагрузкой и на высокой скорости. Единственный недостаток – это их дороговизна, поэтому на смену им приходят алюминиевые и свинцовые бронзы. При работе в агрессивной среде нередко используют для втулок подшипников бронзы из алюминия. Они, кроме устойчивости к трению, обладают хорошей коррозийной стойкостью. Малый коэффициент трения обеспечивает свинец. Из таких материалов изготовляют вкладыши подшипников для работы при повышенном давлении и большой скорости.

Антифрикционные сплавы: состав и свойства

В промышленности для изготовления трущихся деталей механизмов используются различные сплавы, обладающие небольшим коэффициентом трения:

Латунь – это сплав, основными компонентами которого является медь и цинк. В ее состав могут входить составляющие в виде алюминия, олова, свинца, марганца и других элементов. По прочности и маленькому коэффициенту трения она уступает бронзе и находит применение в изготовлении подшипников скольжения, работающих на малых скоростях.
Баббит – сложные сплавы, имеющие разный состав и физические свойства, но состоящие из одной мягкой основы: олова или свинца с твердыми добавками из сплавов щелочных металлов, меди или сурьмы. Благодаря мягкой основе, подшипники хорошо прирабатываются к валу, а твердые добавки увеличивают износостойкость. Высокие антифрикционные качества баббита, но более низкая прочность, чем у бронзы и чугуна дает возможность их использовать только для нанесения тонким слоем на поверхность изделий.

Свойства масел

Для того чтобы гарантировать надежность и эффективность работы трущихся деталей, снижение трения скольжения используют смазочные масла. Все они классифицируются по:

происхождению;
способу получения;
назначению.

Смазочные масла выполняют следующие функции:

снижают трение между соприкасающимися поверхностями деталей;
уменьшают износ и предупреждают задиры;
обеспечивают отвод тепла от трущихся деталей;
защищают от коррозии.

Антифрикционные свойства масел заключаются в их способности уменьшать количество энергии на трение. Вязкость является основным показателем этих свойств и определяется углеродным и фракционным составом. Для улучшения качества масел выпускаются различные антифрикционные присадки, позволяющие повысить мощность, продлить работу агрегата, снизить нагрузки. Они усиливают свойства масел, увеличивая сроки замены смазочного состава. Антифрикционные присадки способствуют созданию защитного слоя при взаимодействии деталей, выравнивают их поверхности и сглаживают трение. Создавая маслянистую прочную пленку, они снижают износ деталей.

Антифрикционные свойства эпоксиполимеров

Эпоксидные полимеры представляют собой вязкие жидкости, которые затвердевают при добавлении в них различных органических веществ. Они имеют высокую механическую прочность, используются для сцепления бетона, металла, стекла и дерева. Благодаря таким свойствам их применяют для производства металлополимерных деталей, производя втулки, ролики, шестерни, подшипники и муфты.

Наполнители придают изделиям из эпоксидных полимеров высокие антифрикционные характеристики. Детали могут работать без смазки, если использовать смачивание водой. Покрытия устойчивы к атмосферным условиям и к химическим средам.

Неметаллические антифрикционные материалы

Для подшипников скольжения нередко используют пластмассы двух видов:

Термореактивные – к ним относится текстолит, который идет на изготовление подшипников прокатных станов, гребных винтов и гидравлических машин. Детали способны выдерживать тяжелые условия, смазываются и охлаждаются водой.
Термопластичные – широкое использование получили полиамиды: фторопласт, капрон, анид. Достоинства – это высокие антифрикционные свойства материалов, стойкость к коррозии и хорошее сопротивление к износу при высоких нагрузках и скоростях скольжения.

Для уменьшения трения между деталями вводят различные наполнители в виде твердых смазочных материалов, которые при эксплуатации на поверхности создают структуру из жидких кристаллов. Стоит заметить, что у фторопласта очень маленький коэффициент трения, но недостатком считается плохой отвод тепла и текучесть под нагрузкой, поэтому его применяют совместно с другими материалами.

Антифрикционные материалы годятся для изготовления вкладышей и подшипников, которые легко заменяются при их износе. Сырье для изделия должно иметь больший коэффициент трения, т. е. при соприкосновении деталей трудно заменимая часть механизма остается без повреждений. Это происходит только в том случае, когда материал ценной детали наделен отличными антифрикционными свойствами перед аналогом.

Антифрикционные материалы

Антифрикционные материалы - это специальные материалы, которые применяются для деталей машин, подвергающихся при работе трению и скольжения, но обладающих низким коэффициентом трения. Антифрикционные материалы отличаются низкой способностью к адгезии, теплопроводностью и стабильностью свойств, а самое главное хорошей прирабатываемостью (т.е. способностью трущихся тел в начальный период трения постепенно улучшать контактирование поверхностей за счет их сглаживания).

Антифрикционные материалы используются в различных конструктивных типах узлов трения машин и двигателей. Поэтому в процессе применения подобных материалов в конкретных узлах и условиях приводило к созданию разнообразных антифрикционных материалов. Выделяются такие антифрикционные материалы как сплавы на основе олова или свинца - баббиты, меди - бронза, железа - серый чугун, металлокерамические сплавы - бронзографит, железографит, а также пластмассы текстолит, фторопласт-4, древесноложные пластики и сложные композиции типа "металл-пластмасса".

Подшипниковые материалы - это наиболее распространенные антифрикционные материалы, которые применяемые для различных видов подшипников скольжения. При этом очень важно, чтобы кроме антифрикционных свойств, они обладали необходимой прочностью, сопротивлением коррозии в среде смазки, технологичностью и экономичностью.

Наиболее распространенным видом подшипника является стальной подшипник, у которого основа состоит из прочного конструкционного материала - стали, а поверхность трения состоит из слоя антифрикционного материала - оловянного или свинцового баббита. Подшипники, а также вкладыши и втулки изготовляют методом штамповки, а антифрикционный материал наносится литейным способом на заготовку подшипника или на непрерывно движущуюся стальную ленту. Важно, что процесс нанесения антифрикционных покрытий должен обеспечивать выполнение ряда требований, при этом не ограничивается только толщина покрытия.

Подшипниковые материалы разделяются на металлические и неметаллические. Металлические подшипниковые материалы - это сплавы на основе олова, свинца, меди, цинка, алюминия, а также некоторые чугуны. Неметаллические подшипниковые материалы - это некоторые виды пластмасс, материалы на основе древесины, графито-угольные материалы, резина. Также отдельно выделяются подшипниковые материалы которые сочетают металл и пластмассу.

Чаще всего встречается использование антифрикционных материалов на основе олова или свинца (их называют баббиты). Они применяются в подшипниках в виде слоя, заливающего основу детали из стали. Важно, чтобы сталь прошла специальную очистку и желательно имела углубления или пазы для лучшего сцепления. Именно такие подшипники используются в автомобильной промышленности.

Также в качестве антифрикционных сплавов могут выступать различные виды бронзы (оловянные и безоловянные) и латуни. Бронзовые подшипники бывают 2 видов: монометаллические (используются оловянистые бронзы) и биметаллические.

Менее распространенные, но все же востребованные антифрикционные материалы бывают на основе стали. Их используют в легких условиях работы, когда в процессе работы механизма есть небольшое давление и невысокие скорости скольжения. Сталь более твердый материал и имеет высокую температуру плавления, поэтому она плохо прирабатываются и легко схватывается с сопряженной поверхностью, из-за чего образуются задиры.

Встречается среди антифрикционных материалов и чугун. Некоторые чугуны имеют высокие антифрикционные свойства, благодаря графитовой составляющей ее структуре. Например, чугун с глобоидальной формой графита и с толстыми пластинками более износостоек, чем чугун с тонкими пластинками. Включения графита в чугунах выполняют роль мягкой составляющей. К их недостаткам следует отнести плохую прирабатываемость, чувствительность к недостатку смазки, пониженную стойкость к воздействию ударной нагрузки.

В заключении хотелось отметить, что ряд антифрикционных материалов очень широк, также как и его применение и самым распространенным из всех видов является олово и свинец, а также их сплавы в виде баббитов.

Антифрикционные покрытия

Антифрикционное покрытие – важнейший элемент в конструкции различных механизмов. Специальные вещества, наносимые на поверхность деталей, помогают стабилизировать работу сложного оборудования, упрощают проведение ремонтных и монтажных работ, обеспечивают элементы техники смазкой, необходимой для их взаимодействия и длительного функционирования без сбоев и поломок.

Понятие и назначение

Антифрикционные покрытия – особые смазочные материалы, снижающие коэффициент трения между движущимися частями механизмов. В их составе задействуют высокодисперсные частицы твердых смазочных материалов. Смеси обладают стабильно невысоким уровнем трения и обеспечивают необходимый смазочный эффект.

Условия эксплуатации различных механизмов неодинаковые. Техника используется в пыли, при высоких температурах и механических нагрузках. Смазывающая масляная пленка, предусмотренная между подвижными деталями, быстро повреждается и перестает выполнять свои функции. В результате повышается коэффициент трения, механизмы изнашиваются значительно быстрее, что приводит к остановке или к полной поломке оборудования. Использование антифрикционных материалов в подвижных узлах снижает вероятность износа компонентов, повышается надежность, срок эксплуатации деталей и механизмов в целом.

Преимущества

увеличение периода эксплуатации оборудования;
стабилизация коэффициента трения – разброс значений сводится к минимуму;
устойчивость к агрессивным средам – высокая и экстремально низкая температура, сильная запыленность, безвоздушное пространство и т.д.;
возможность работы техники без добавления масла и других смазочных материалов в течение всего срока эксплуатации оборудования;
возможность использования в качестве вспомогательного средства наряду со стационарной смазкой для улучшения показателей функционирования оборудования и предотвращения образования на поверхностях задиров, в случае аварийной остановки;
совместимость с различными материалами, включая металл и резину;
пресечение появления коррозии при обработке металлических поверхностей;
отсутствие загрязнения узлов трения – покрытие наносится тонким слоем;
предотвращение разрушения деталей в процессе длительного хранения;
снижение расходов на техническое обслуживание техники.

Разновидности

Антифрикционное покрытие подбирается исходя их типа трения, существующего в том или ином механизме:

Мокрое – минимальное трение, образуемое компонентами, между которыми находится масляная пленка. Толщины слоя достаточно для длительного использования механизма. Детали фактически не соприкасаются - такое трение считается оптимальным.
Граничное – между поверхностями образуется тонкая пленка, которая снижает коэффициент трения, но не минимизирует его. Компоненты быстрее изнашиваются, что приводит к поломке оборудования.
Сухое – самый опасный вид трения, которое быстро приводит к поломкам техники. Защита фактически отсутствует, и детали постепенно выходят из строя.

Антифрикционные покрытия также делятся на 3 класса.

Металлические

Создаются на основе металлических частиц, характеризующихся низкими показателями трения и высокой теплопроводностью. Предназначены для использования в сфере жидкостного трения. Материалы состоят из 2 разновидностей сплавов: с мягкой матрицей и твердыми включениями, с твердой матрицей и мягкими включениями. К первой группе относятся баббиты и сплавы на основе меди, бронзы и латуни. Ко второму – свинцовая бронза и сплавы алюминия с оловом.

Неметаллические

Большая группа веществ, включающая разновидности соединений, в которых не содержится металл. Все составы делятся на графитовые и полимерные. Графитовые вещества используются в качестве дополнительного компонента во втулках и подшипниках. В их состав также входит текстолит, из которого делают подшипники прокатных станков, гребных винтов и гидравлических машин. Они могут функционировать в тяжелых условиях, быстро охлаждаясь с помощью воды.

Полимерные вещества используются во втулках, в качестве присадок к смазкам для формирования защитного слоя на деталях. Достоинства полимеров: невысокий коэффициент трения, устойчивость к износу и коррозии.

Комбинированные

В состав входят металлические и неметаллические компоненты. Вещества чаще всего используются при производстве сменных деталей. Например, вкладышей, металлофторопластовых подшипников и т.д. Компоненты совмещают прочность и теплопроводность металлической основы, высокую теплопроводность и противозадирные показатели напеченного пористого слоя, сделанного из сферических частиц антифрикционного сплава.

Антифрикционные добавки

Это соединения, которые добавляются в смазочный состав для улучшения свойств и образования дополнительного покрытия, продлевающего срок службы деталей. Существует несколько разновидностей добавок:

Реметаллизаторы – образуют плакирующий защитный слой внутри царапин и повреждений механизмов. Металлы, включенные в состав добавки, обладают более высоким уровнем мягкости, чем у материалов, из которых изготовлена деталь.
Добавки с тефлоном – оседают на неподвижных поверхностях механизмов, обеспечивая им дополнительную защиту.
Восстановительные смеси из минералов – содержат разветвленные макромолекулы, в которых есть атомы металла. При попадании в масло, связывающая часть молекулы распадается. Освободившиеся атомы металла прилипают к горячим поверхностям рабочих компонентов, заполняя существующие микротрещины.
Полимеры – увеличивают защитные характеристики веществ и улучшают их качество. При использовании полимеров уменьшается коэффициент трения, увеличивается мощность автомобильных двигателей и снижается расход бензина.

Сфера применения

Антифрикционные покрытия могут задействоваться в любом механизме, где есть подвижные компоненты. Практически все двигатели, шарниры, редукторы и передаточные устройства должны иметь в конструкции вещества, улучшающие скольжение. Конкретный состав материалов устанавливается разработчиками оборудования и вносится в конструкторские бумаги. Применение антифрикционных веществ, не входящих в базовую комплектацию механизмов, также рекомендуется производителями.

Производители

Многие компании занимают выпуском антифрикционных покрытий, но самые качественные составы производят следующие бренды.

Molykote

Антифрикционные покрытия Molykote образуют на поверхности соприкасающихся деталей скользкую пленку, которая покрывает неровности, оптимизируя коэффициент трения в парах: металл/металл, металл/пластик или пластик/пластик. Использование веществ Molykote эффективно в условиях сверхвысокого давления и других агрессивных воздействий внутренней и внешней среды. Составы отличаются высокой несущей способностью, широким температурным диапазоном работы, отличной адгезией и надежной защитой от коррозийного истирания. Покрытия наносятся с помощью традиционных способов окрашивания: распыление, погружение, обработка щеткой.

Efele

Антифрикционные составы Efele эффективны в условиях сильных нагрузок, высоких и низких температур. Покрытия снижают уровень трения между соприкасающимися деталями, характеризуются высокими показателями адгезии, быстрой полимеризацией (застывают за 10 минут в виде тонкой пленки, толщиной 15-20 микрон) без снижения свойств и производительности. Под брендом Efele выпускаются не только жидкие, но и твердые смазочные составы, которые эффективно препятствует прямому контакту соприкасающихся поверхностей, минимизируя износ. Сухая смазка предотвращает налипание пыли и абразивных частиц. Область применения – большинство существующих механизмов.

Weicon

Покрытия Weicon отличаются устойчивостью, эффективной работой в условиях высоких температур и давления, препятствует воздействию большинства агрессивных химических соединений. В отдельных составах используется молибден, с помощью которого вещество создает на поверхности пыле-, грязе- и водозащитный слой, обеспечивающий чистое скольжение, снижение трения и шума от работы деталей. Смазки данной марки могут использоваться в механизмах, где запрещено применение масляных веществ. Чаще всего составы используются в ходовых и направляющих транспортных средств, конвейерных лентах, роликах режущих инструментов, секционных ворот и погрузочных мостов.

Читайте также: