Антифрикционные твердосмазочные покрытия для пар трения «резина-металл»

Наиболее распространенными уплотнительными устройствами в машиностроении являются эластомерные манжеты и кольца. Они используются в трубопроводной арматуре, погружных насосах, на валах, подшипниках и в других узлах с парами трения «резина-металл». В конструкцию многих винтовых насосов также входит металлический ротор, который при вращении контактирует с резиновой оболочкой.

Благодаря своей эластичности и упругости эластомерные уплотнения плотно прилегают к металлическим поверхностям и обеспечивать отличную герметизацию. В то же время при взаимном перемещении контактирующих элементов много энергии уходит на преодоление сил трения, что приводит к деформации и повышенному износу резины. В результате нарушается герметичность сопряжений, и ресурс оборудования снижается.

Такая проблема сегодня имеет современное решение еще на этапе проектирования и изготовления уплотнительных устройств. Обеспечить их герметичность, высокий ресурс и низкие потери на трение позволяют инновационные твердосмазочные покрытия, о которых пойдет речь в данной статье.

Механизм трения в парах «резина-металл»

Одной из актуальных проблем при работе эластомерных уплотнений является прилипание резины к сопряженным поверхностям из металла. Для страгивания таких деталей необходимо приложить значительные усилия и преодолеть силу трения f=1,0…1,2.

При этом на поверхности уплотнений часто образуются характерные повреждения, а резина выдавливается в зазоры. Локальные дефекты могут привести к разрыву уплотнений и разгерметизации узла.

Величина силы трения резины по металлу прямо пропорциональна коэффициенту трения, который имеет механическую и молекулярную составляющие. Механическая обусловлена деформацией контактирующих поверхностей при их взаимном перемещении. Молекулярная часть объясняется силами притяжения молекул конструкционных материалов.

В резино-металлических системах трение на механическом уровне преобладает. Снизить его можно путем различных методов финишной обработки металла: шлифования, полирования и др.

Механическая обработка позволяет сгладить микронеровности поверхностей и увеличить площадь контакта. При этом возрастает молекулярная составляющая трения.

Таким образом, снижение износа сопряженных поверхностей из резины и металла является сложной инженерной задачей. Она решается с учетом особенностей трения, конструкционных материалов и методов их обработки.

Существенно облегчает поиск решения применение антифрикционных твердосмазочных покрытий (АТСП). В России такие материалы производит компания «Моделирование и инжиниринг».

Покрытия MODENGY™ для снижения износа резино-металлических пар трения

АТСП MODENGY™ формируют на поверхностях металлических деталей тонкий композиционный слой (около 5-25 мкм). Связующее вещество в составе покрытий образует полимерную матрицу, ячейки которой заполнены частицами твердых смазочных материалов – дисульфида молибдена, политетрафторэтилена, графита и др.

При нанесении покрытия заполняются микронеровности поверхностей, а их опорная площадь увеличивается. Слоистая структура материала обеспечивает его малое сопротивление сдвигу и снижает механическую составляющую коэффициента трения. Сухая пленка АТСП выполняет разделительную функцию и препятствует налипанию резины на металл, что уменьшает молекулярную составляющую коэффициента трения.

Во многих случаях антифрикционные покрытия способны полностью заменить другие виды смазочных материалов. В отличие от пластичных смазок и масел АТСП выдерживают очень высокие нагрузки, не выдавливаются из зоны трения, инертны по отношению к химически агрессивным веществам. Кроме того, на покрытия не налипают абразивные загрязняющие частицы, что обеспечивает их эффективность в запыленных условиях.

В таблице ниже приведены состав и характеристики некоторых материалов MODENGY™ для пар трения «резина-металл».

Нанесение и отверждение АТСП

АТСП MODENGY™ наносятся на предварительно подготовленную путем очистки и обезжиривания поверхность методом распыления. Через 10 минут после нанесения жидкий состав высыхает, набирая начальную прочность. После этого детали можно транспортировать без риска повреждения покрытия. 

Для полной полимеризации АТСП необходима выдержка в течение 30…60 минут с нагревом до +150 …+200 °С. Точные условия отверждения у каждой конкретной марки покрытия свои.

Аэрозольные антифрикционные покрытия наиболее просты в нанесении. Они не требуют специального ручного инструмента или распылительного оборудования - только аккуратности и точности.

Примеры применения покрытий MODENGY™

Антифрикционные покрытия MODENGY™ разработаны с учетом всех триботехнических процессов, протекающих в парах трения «резина-металл».

Инженерами компании Modengy реализованы десятки проектов, основанных на применении твердосмазочных покрытий для снижения трения и износа резиновых уплотнений. Наиболее широкое использование АТСП нашли в узлах:

• Пневмо- и гидроцилиндров
• Вращающихся валов
• Трубопроводной арматуры
• Насосов (в роторах, подшипниках и других металлических деталях)

Ниже – примеры применения покрытия MODENGY™ 1010 на элементы пневмосистем.