Антифрикционные покрытия

Нанесение баббитового покрытия на подшипник

Нанесение баббитового покрытия на подшипник

Антифрикционные покрытия (от анти… и лат. frictio — трение), материалы, применяемые для деталей машин (подшипники, втулки и др.), работающих при трении скольжения и обладающие в определённых условиях низким коэффициентом трения. Материалы покрытий отличаются низкой способностью к адгезии, хорошей прирабатываемостью, теплопроводностью и стабильностью свойств.

В условиях гидродинамической смазки, когда детали (не деформирующиеся под влиянием давления в смазочном слое) полностью разделены сравнительно толстым слоем смазочного материала, свойства материала этих деталей не оказывают влияния на трение. Антифрикционность материалов проявляется в условиях несовершенной смазки (или при трении без смазки) и зависит от физических и химических свойств материала, к которым относятся: высокие теплопроводность и теплоёмкость; способность образовывать прочные граничные слои, уменьшающие трение; способность материала легко (упруго или пластически) деформироваться или изнашиваться, что способствует равномерному распределению нагрузки по поверхности соприкосновения (свойство прирабатываемости).

На фрикционные качества влияет также микроструктура поверхности, а именно определённая степень шероховатости или пористости, при которых масло удерживается в углублениях и порах, а так же способность материала покрытия «поглощать» твёрдые абразивные частицы, попавшие на поверхность трения, предохраняя тем самым от износа сопряжённую деталь. Проявлению антифрикционности в условиях сухого трения способствует наличие в материале таких компонентов, которые, сами обладая смазочным действием и присутствуя на поверхности трения, обеспечивают низкое трение (например, графит, дисульфид молибдена и др.). Одним из важных свойств антифрикционных покрытий, обусловливающих антифрикционность при всех условиях трения, является их малая склонность к «схватыванию» с материалом сопряжённой детали. Наиболее склонны к «схватыванию» при трении в паре одноимённые пластичные металлы, имеющие гранецентрированную и объёмноцентрированную кубической решётки. При трении по стали наименее склонны к «схватыванию» серебро, олово, свинец, медь, кадмий, сурьма, висмут, молибден и сплавы на их основе.

Нанесение антифрикционного покрытия на обе поверхности скольжения предотвращает контакт металлов, вплоть до микроконтактов.

Втулка защитная вала с наномодифицированным покрытием на основе твердого сплава

Втулка защитная вала с наномодифицированным покрытием на основе твердого сплава

Перспективы применения наномодифицированных покрытий в подшипниках скольжения

Процесс изнашивания в условиях трения скольжения охватывает совокупность сложных явлений, происходящих при взаимодействии поверхностных слоев металла с изнашивающей средой. При этом все компоненты этого процесса, включающие и металл, и изнашивающую среду, и внешние условия, взаимно связаны и каждый из них оказывает определенное влияние на конечный результат – процесс изнашивания и величину износа.

Увеличение срока службы подшипниковых узлов машин можно обеспечить путем нанесения на поверхности этих деталей покрытий, обладающих необходимым уровнем эксплуатационных свойств.

Фундаментальной основой разработанного метода послужили исследования термодинамики и химических процессов, происходящих с частицами исходного раствора наноматериалов, при их попадании в высокоскоростной тракт сверхзвуковой газовой струи, лежащие в основе высокоскоростного газопламенного напыления (HVOF). В результате применения вихревого инжектора, обеспечивается образование капель жидкости с размерами порядка 3 ?м. Посредством теплового воздействия обеспечивается ускоренное протекание физико-химического преобразования исходного раствора в агломерированные наноструктуры, внедряющиеся в напыляемое покрытие со скоростью порядка 800 м/c.

Разработанные защитные покрытия для подшипников скольжения (см. рисунок 1) характеризуются следующими улучшениями:

  • Снижение потерь энергии в подшипниках скольжения и повышению их надежности при работе в средах содержащих абразив.
  • Износостойкость подшипника скольжения с низкой диссипацией энергии в парах трения.
  • Высокая демпфирующая способность при воздействии циклических и ударных нагрузок.

Секрет уникального строения разработанного покрытия состоит в применении покрытий, содержащих износостойкие карбиды и оксиды, скрепленные вязкой матрицей, выступающей в роли твердой смазки и пластичной связки. Увеличение концентрации антифрикционной составляющей в покрытии при незначительном изменении износостойкости позволяет снизить коэффициент трения на 30-40% по сравнению с лучшими серийными подшипниками, выпускаемыми в настоящее время.

В качестве примера, промышленное освоение наноструктурированных износостойких покрытий даст увеличение КПД погружных нефтедобывающих установок на 1-2%, а ожидаемое увеличение износостойкости в 1, 5 — 2 раза приведет к соответствующему увеличению ресурса погружного оборудования.