Твердые смазочные материалы

Под влиянием синерезиса ухудшаются свойства и уменьшается эксплуатационный ресурс ПС. Наряду с этим определенная величина синерезиса полезна и необходима ─ благодаря синерезису происходит постоянная подпитка поверхностей трения свежим маслом, поступающим из "масляного резервуара", которым служит слой смазки, нанесенной на поверхность. 

Испаряемость  и коллоидную стабильность ПС определяют в стандартных условиях и оценивают  количеством испарившегося (при  оценке испаряемости) или выделившегося (при оценке коллоидной стабильности) масла. С увеличением температуры  ухудшаются механические свойства смазок. При достижении определенной, характерной  для каждого типа ПС температуры  нарушается структура каркаса и уменьшаются адгезионные силы, связывающие масло с загустителем. Этот процесс сопровождается нарушением коллоидной стабильности и выделением жидкой фазы ─ плавлением ПС.

Способность ПС сохранять свои свойства при увеличении температуры определяется ее температурной  стабильностью. Температурную стабильность ПС характеризует температура начала плавления, внешне определяемая по выделению  первой капли жидкости из нагреваемой ПС ─ температуре каплепадения.

Сползание ПС с  поверхностей, на которые она нанесена, может наступить под действием  объемных (инерционных, гравитационных) сил до достижения температуры каплепадения. Это явление называют пристенным синерезисом; оно объясняется повышением концентрации жидкого масла в пристенном слое. Вследствие пристенного синерезиса эксплуатационная температура ПС, длительно находящихся под действием объемных сил, должна быть ниже, чем температура каплепадения (примерно на 20 °С)

Соответствующую температуру называют температурой сползания. Эта температура зависит  от толщины наносимого на стенку слоя ПС, она понижается с его увеличением, поэтому ПС не следует наносить избыточно  толстым слоем.

Химическая стабильность ПС определяется ее способностью сохранять  свойства под действием химически  активных веществ. Наиболее распространенной причиной нарушения химической стабильности является окисление ПС. При окислении  происходит изменение механических свойств (предела прочности, вязкости и пр.) ПС и накопление в ней  коррозионно-агрессивных продуктов. Склонность ПС к окислению возрастает при уменьшении толщины слоя смазки, повышении температуры и в  контакте с цветными металлами (медь, олово, свинец и др.). Высокая химическая стабильность ГТС важна в узлах  трения при длительном (10─ 15 лет) использовании. Наиболее эффективный способ повышения химической стабильности ПС ─ введение антиокислительных присадок, в качестве которых используют, например, амино- и фенолсодержащие соединения, фосфор ─ и серосодержащие органические продукты.

Физическая структура  и особенности строения ПС обусловливают  их низкую радиационную стабильность (стойкость). Под действием относительно небольших доз радиационного  облучения 106 2 * 105 Гр происходит разрушение каркаса, приводящее к разжижению ПС. При увеличении суммарной дозы до 107 ─ 108 Гр интенсифицируется окисление и полимеризация жидкой фазы, в результате чего в предельном случае ПС превращается в твердую хрупкую массу. Металлы, содержащиеся в ПС, приобретают наведенную радиоактивность и способствуют увеличению дозы облучения, получаемой жидкой фазой после прекращения внешнего облучения.

Механические  свойства ПС, Особенности агрегатного  состояния ПС обусловливают наличие  у них специфических механических свойств, отличных от свойств твердых и жидких веществ. К характерным особенностям механических свойств ПС относятся: большая зависимость прочности от температуры, способность восстанавливать прочность после разрушения и зависимость прочности от интервала времени между последующими нагружениями ─ "времени отдыха". Эти свойства объясняются главным образом характером нарушения связей между частицами загустителя и последующим восстановлением структуры.

Способность ПС, как и всякой другой дисперсной системы, самопроизвольно восстанавливать  разрушенную структуру носит  название тиксотропии. Тиксотропные свойства ПС имеют большое эксплуатационное значение. Положительным качеством, обусловливаемым тиксотропией, является то, что при выбрасывании частиц разжиженной ПС из зоны трения и отложения их на неподвижных поверхностях они увеличивают вязкость и автоматически герметизируют узел трения от вытекания ПС.

Механические  свойства ПС характеризуются пределом прочности. При воздействии нагрузок относительно жесткий структурный  каркас ПС обладает способностью до определенного  предела обратимо деформироваться  подобно твердому веществу. Сначала  эти деформации находятся в пределах упругих деформаций структурного каркаса  и не вызывают его разрушения. При  дальнейшем увеличении деформации начинается разрушение каркаса , при этом свойства ПС начинают все сильнее приближаться к свойствам вязкой жидкости.

Минимальное напряжение, при котором начинается разрушение каркаса, называют проделом прочности ПС . Величина предела прочности определяет способность ПС удерживаться в заданном месте под действием внешних сил, а также величину начального усилия сдвига в узле трения (например, усилия, которое необходимо приложить к подшипнику в начале СТО вращения). Предел прочности в определяющей степени зависит от вида и количества загустителя. При повторных нагружениях с уменьшением промежутка между ними величина последовательно замеряемого предела прочности уменьшается. При повышении температуры величина предела прочности большинства ПС снижается. Температура, при которой предел прочности приближается к нулю, соответствует переходу ПС из пластического состояния в жидкое. Эта температура определяет верхний температурный предел работоспособности ПС. Упругие свойства ПС зависят не только от значения прилагаемой нагрузки, но и от длительности ее воздействия. Период времени, в течение которого ПС под действием нагрузки сохраняет упругие свойства, называют периодом релаксации. 

Вязкость и  предел прочности ПС определяют на приборе, называемом пластовискозиметром. Метод основан на определении сопротивления, оказываемого смазкой, заключенной между неподвижным корпусом прибора и вращающимся сердечником.

Вязкостно-скоростные и вязкостно-температурные свойства ПС.

 Вязкостные  свойства ПС определяют потери  на трение на рабочих режимах,  условия начала движения в  узлах трения при низких температурах  и усилия (затраты энергии) на  подачу смазки по мазепроводам к узлам трения. При работе в узлах трения нагрузки, действующие на ПС, превышают предел прочности. При переходе за предел прочности начинается течение ПС. В этом диапазоне ее свойства можно охарактеризовать вязкостью. Однако понятие вязкости здесь имеет специфический характер. Для однородных жидкостей вязкость не зависит от градиента скорости сдвига и определяется только физико-химическими параметрами этих жидкостей. В отличие от них во внутреннем объеме ПС наряду с жидкостью (маслом) имеются твердые остатки разрушенного каркаса, между которыми постоянно возникают и разрушаются силовые связи. Условия динамического равновесия между возникновением и разрушением этих связей зависят от скорости деформации ─ с ее увеличением процессы разрушения связей начинают превалировать над их возникновением и обратно. Разрушение связей соответствует снижению вязкости, а возникновение связей ─ увеличению вязкости. Снижению вязкости при увеличении скорости деформации способствует также ориентация осколков структурного каркаса загустителя в направлении движения. При достаточно большой скорости течения связи между частицами загустителя прекращаются практически полностью и дальнейшее понижение вязкости с увеличением скорости прекращается. Вязкость становится независимой от скорости деформации, а ПС ведет себя как ньютоновская жидкость. Скорость деформации оценивается градиентом скорости сдвига dv/dA, где v ─ скорость относительного перемещения слоев смазки; h ─ расстояние между ними. Зависимость изменения вязкости от градиента скорости деформации называют вязкостно─скоростной характеристикой .Чем круче вязкостно-скоростная характеристика (больше отношение вязкости при различных скоростях сдвига), тем выше качество ПС.

Вязкость ПС зависит не только от градиента скорости деформации, но и от температуры  ─ при одной и той же скорости деформации вязкость тем ниже, чем выше температура. Соответствующая зависимость определяется вязкостно ─ температурной характеристикой ПС. Эта характеристика снимается при определенной постоянной скорости деформации. ПС обладают лучшими по сравнению с входящими в них маслами вязкостно ─ температурными характеристиками ─ вязкость ПС с понижением температуры увеличивается в сотни раз меньше, чем вязкость входящих в них масел.

Способность ПС сопротивляться выдавливанию из узла трения, а также "легкость" подачи КС к трущимся поверхностям характеризуется  ее консистенцией. 
 
 
 
 

2.2 Ассортимент  пластичных смазок

В зависимости  от вида загустителя ПС различают  мыльные, углеводородные, органические и неорганические ПС.

Мыльные ПС. В  них загустителем являются соли высших жирных кислот ─ мыла. Для изготовления этих ПС используют природные (растительные и животные) жиры или синтетические жирные кислоты. Соответственно мыльные ПС разделяют на жировые и синтетические. Мыла, получаемые из твердых (животных) природных жиров, имеют лучшие показатели. Мыльные загустители используют в основном для изготовления антифрикционных ПС. В зависимости от вида загустителя различают кальциевые, натриевые, литиевые, бариевые и некоторые другие ПС.

Кальциевые ПС обладают хорошей влагостойкостью (используются в условиях с повышенной влажностью и в контакте с водой) и хорошей коллоидной стабильностью. Вследствие сравнительно плохих показателей по ряду эксплуатационных свойств они вытесняются более качественными ПС. К кальциевым ПС относят солидолы, используемые как смазки массового назначения.

Натриевые ПС работоспособны при более высокой, чем кальциевые, температуре. По объему производства натриевые ПС стоят на втором месте после кальциевых. Основнымнедостатком натриевых ПС является низкая влагостойкость (они хорошо растворяются в воде) и плохие низкотемпературные свойства (не рекомендуется применять при температурах ниже --20 С). К на грисвым

Литиевые ПС обладают хорошими высоко- и низкотемпературными  свойствами (температурный диапазон работоспособности от --50 до +130 °С) и  механическими характеристиками, нерастворимы в воде, что дает возможность использования  литиевых ПС в разнообразных областях техники. Особенно перспективны литиевые ПС на синтетических маслах. 

Свинцовые ПС с добавкой сернистых соединений отличаются высокими противозадирными свойствами. 

Недостаток, сужающий область применения всех мыльных  ПС, состоит в том, что после  расплавления при последующем охлаждении они не способны восстанавливать  структуру. Это исключает возможность  их повторного (после расплавления) использования, поэтому мыльные  ПС нельзя наносить на поверхности  трения и подавать к ним в расплавленном  состоянии. Этого недостатка лишены углеводородные ПС. 

Углеводородные  ПС. Принципиально этот вид ПС можно  рассматривать как масла, содержащие определенное количество высокоплавких  углеводородов. Их получают путем загущения высоковязких жидких нефтяных масел церезинами и парафинами. Они обладают высокой химической стабильностью и влагостойкостью, что наряду с возможностью нанесения на поверхности в расплавленном состоянии(с последующим после охлаждения восстановлением структуры и свойств) определяет область их преимущественного применения в качестве консервационных ПС. 

Наиболее распространенной углеводородной ПС является консер-вационная смазка ПВК. Температурный диапазон работоспособности 50 С. Смазка предназначена для консервации (до 10 лет) изделий из черных и цветных металлов при хранении на складах или на открытых площадках.

Органические  ПС. Основной недостаток мыльных и углеводородных ПС ─ их относительно низкая термическая и химическая стабильность ─ ограничивает область применения этих смазок. В настоящее время разработаны новые типы загустителей на основе органических веществ, обладающих высокой термической и химической стабильностью и не интенсифицирующих процесс окисления масел.

К органическим ПС относятся фталофианиновые, полимерные и фторуглеродные ПС.

Фталоцианиновые ПС обладают длительной работоспособностью при температурах свыше 180 °С, имеют лучшие антиокислительные свойства по сравнению со всеми другими ПС, высокую влагостойкость, отличаются хорошей коллоидной стабильностью. Это объясняется тем, что используемые в качестве загустителя в таких смазках фталоцианиновые пигменты являются наиболее стабильными комплексными соединениями ─ они практически не окисляются на воздухе при температурах ниже 330 °С. На основе этих смазок предполагается создание "вечных" бессменных смазок, закладываемых в узел трения на весь период эксплуатации.

Полимерные ПС ─ это пластичные смазки, в которых в качестве загустителей используют твердые высокомолекулярные полимеры: полиэтилен, полипропилен, политетрафторэтилен, политрифторхлорэтилен и пр.

Фторуглеродные  ПС ─ это пластичные смазки, полученные загущением жидких фторуглеродных полимеров тонкодисперсными твердыми фторуглеродными полимерами. Обладают наибольшей химической стабильностью. Могут работать в прямом контакте с жидким и газообразным водородом, кислородом, окислами азота, галоидами, галоидоводородами и пр.

Неорганические  ПС. При повышенных температурах, в  агрессивных средах практически  единственным работоспособным видом  ПС являются смазки, загущаемые неорганическими  материалами. В настоящее время  известно большое количество неорганических загустителей, многие из которых являются твердыми смазками. Например, графит, двухсернистый молибден, глина, сажа, слюда, силикагель, силикаты, сульфаты, сульфиды, окислы и гидроокиси металлов и др. К смазкам такого типа относятся, в частности, ВНИИНП-262, -264, -279.