Перспективные направления в создании антифрикционных материалов

На принципе самосмазывания изготавливают износостойкие материалы для узлов трения, работающих при высокой температуре. Такие материалы обладают хорошей жаропрочностью, сопротивлением коррозии, термической усталости и теплопроводностью, а при работе без смазки на их поверхности образуется тонкая и прочная защитная пленка, предохраняющая поверхность от схватывания и служащая твердой смазкой. Определяющим свойством материала для деталей подшипников качения в таких условиях является твердость. При прочих равных условиях наименьшее трение и износ проявляются в паре, в которой, по крайней мере, на одной из поверхностей образуется с достаточной скоростью плотная окисная пленка. Для работы при высоких температурах используются тугоплавкие материалы, специальные сплавы, керамические материалы твердые сплавы, а также защитные покрытия деталей машин тугоплавкими соединениями. Использование окисных пленок в качестве смазки позволяет изготавливать детали некоторых пар трения, работающих при высокой температуре, из одинаковых материалов.

Для уменьшения трения и износа в условиях слабого образования защитных пленок применяют различные смазки – дисульфид молибдена, графит, тонкие покрытия из мягких металлов (меди, серебра), соединения вольфрама, молибдена, фтора и др.

Для пар скольжения и качения целесообразно применять твердые сплавы из карбидов металлов и окиси алюминия. Хорошие результаты для работы в подшипниках при температурах до 870°С показал сплав на основе карбида титана с содержанием 17 % Ni и 3.2 % Mo. Сплавы из окиси алюминия Al₂O₃, хрома и молибдена могут работать до температуры 1200°С с высоким сопротивлением окислению. При температуре около 1100°С удовлетворительно работают пары из керамических материалов MgO–SiC; MgO–Al₂O₃; Al₂O₃–TiC; SiC–TiO.

В условиях вакуума образование защитных окисных пленок исключается или затруднено, поэтому узлы трения необходимо смазывать или применять самосмазывающиеся материалы. Применяются следующие пары: металл–твердый сплав на основе окислов или карбидов, металл–пластик, металл–самосмазывающиеся композиции, металл по металлическому покрытию и металл–алмаз. Тефлон и нейлон удовлетворительно работают по закаленной стали, металлокерамике, а также в паре с золотом и серебром. Самосмазывающиеся композиции составляются на основе меди или серебра; другими компонентами являются тефлон и смазывающие вещества типа дисульфида молибдена MoS₂.

В условиях повышенных температур в качестве твердой смазки возможно применение порошков легкоплавких металлов: свинца, олова, цинка, кадмия, сплава Вуда. Свинец в паре с нержавеющей сталью обеспечивает минимальный коэффициент трения. Использование титана как конструкционного материала при его низких антифрикционных свойствах возможно при нанесении на его рабочие поверхности диффузионным способом металлических покрытий из хрома, кобальта, железа, золота, серебра, платины и олова.

В области технологических процессов обработки деталей для борь­бы с изнашиванием используются, в частности, методы повышения прочности материала детали и ее поверхностной твердости в сочетании со снижением шероховатости поверхностей трения. Применяются разные методы обработки: изменение структуры поверхностного слоя металла детали (цементация, закалка, пластическое деформирование, термомеханическая обработка, лазерная обработка и др.); изменение состава и структуры поверхностного слоя (азотирование, фосфатирование, цианирование, ионная имплантация и др.). Применяют также нанесение износостойких покрытий (гальванические покрытия – хромовые, никелевые, наплавка твердыми сплавами, напыление и др.), абразивную обработку поверхностей для снижения их шероховатости (тонкое шлифование, хонингование, суперфиниширование), отделочно–упрочняющую обработку (алмазное выглаживание, обработку шариками и др.). Это позволяет значительно повысить износостойкость поверхностей трения и надежность машин в целом.

Контрольные вопросы

1. Какие требования предъявляются к антифрикционным материалам?

2. Каковы принципы легирования, роль легирующих элементов и области применения?

3. Какие существуют металлические антифрикционные материалы? Каков их химический состав, структура и свойства?

4. Какие существуют неметаллические и комбинированные антифрикционные материалы?

5. Каковы их преимущества и недостатки перед металлическими антифрикционными материалами?

6. Каковы современные направления в создании рассматриваемых сталей?