Твердые смазки

Твердые смазки – это материалы, обеспечивающие смазывание двух поверхностей, работающих в условиях сухого или граничного трения. Твердая смазка может не наноситься ни на одну из трущихся сталей (например, порошкообразные твердые смазки) или она может быть наполнителем композиционного материала или покрытия на одной из этих деталей.

Высокая термостойкость, хорошая адгезия к металлам и низкая скорость испарения в вакууме делают возможным эффективное применение твердых смазок в вакууме, оптических и электронных системах.

Твердые смазки получили распространение в машиностроении, приборостроении и металлургии.

Слоистые твердые смазки подобны анизотропным композитам, в которых прочность межатомных связей в различных направлениях существенно различается. Наиболее важными твердыми смазками явля­ется графит, дисульфид молибдена и политетрафторэтилен.

Графит представляет собой модификацию углерода со слоистой структурой, обладающей очень хорошими смазывающими свойствами навоздухе. Он широко применяется как наполнитель для композици­онных материалов, таких как композиты на основе ПТФЭ.

Существуют также различные соединения тугоплавких металлов с серой, селеном, теллуром и другими халькогенами. Эти соедине­ния эффективно используются как вакуумные смазки в авиакосмической промышленности, а их применение продолжает расти. Свойства твердых смазок даны в табл. Наиболее известен из них триботехнические свойства. Это дисульфид молибдена и дисульфид вольфрама.

Дисульфид молибдена кристаллизуется в гексагональной системе. Атомы молибдена расположены между двумя слоями атомов серы. Рас­стояние между двумя ближайшими атомами молибдена и серы равно 2,41 А, наименьшее расстояние между атомами серы в параллельных слоях составляет 3 А.

На воздухе MoS₂ окисляется до МоО₃, a S – до SО₂. Такие оксидные пленки начинают формироваться при +350 °С, при температуре выше +480 °С происходит быстрое окисление MoS₂. В вакууме MoS₂ остается стабильным вплоть до +1100°С.

Фтор интенсивно реагирует с MoS₂, хлор превращает MoS₂ в МоСl₂ при нагреве, в то время как бромид практически не реагирует с MoS₂.

Дисульфид молибдена очень стоек к радиации: при облучении до­зой 5 • 10⁹ рад следы повреждений на его поверхности отсутствуют. Умеренный нагрев MoS₂ в электропечи в отсутствие воздуха приводит к образованию Mo₂S₃. Трение на воздухе при температуре поверхности выше +400°С приводит к частичному окислению MoS₂ до МоО₃.

Дисульфид вольфрама кристаллизуется в гексагональной системе. Кристаллическая решетка WS₂ подобна решетке MoS₂, в которой ато­мы молибдена заменены атомами вольфрама. Дисульфид вольфрама обладает большей термостойкостью (до +510°С на воздухе) и сопро­тивлением окислению, чем дисульфид молибдена. Его нагрузочная способность в три раза превышает нагрузочную способность MoS₂.

Дисульфид вольфрама химически нейтрален, он нерастворим прак­тически во всех средах, включая воду, масла, щелочи и почти все кислоты. Немногие химикаты, к которым он чувствителен, – это свободный газообразный фтор и горячие серная и плавиковая кислоты. Дисульфид вольфрама – нетоксичный материал и он не вызывает коррозию металлов.

Использование WS₂ ограничивается его стоимостью, которая в три раза превышает стоимость дисульфида молибдена. Применение ди­сульфида вольфрама в качестве присадки к маслам для образования коллоидных суспензий несколько затруднительно из-за его высокой плотности (р = 7,4 г/см³), в восемь раз превышающей плотность минеральных масел.

Например, в масляной суспензии, содержащей 50 % по массе графита, дисульфида молибдена и дисульфида воль­фрама, объем этих компонентов будет соответственно равен 36, 15,5 и 11 %.

Для использования при атмосферном давлении и температуре вы­ше +400 °С рекомендуется дисульфид вольфрама, а при более низкой температуре более предпочтителен дисульфид молибдена как более дешевый материал. В вакууме дисульфиды вольфрама и молибдена проявляют практически одинаковые свойства и обладают смазывающей способностью до +1320 °С.

Коэффициент трения твердых слоистых смазок