Súrlódásgátló anyagok: áttekintés, tulajdonságok, alkalmazás

2024 Szerző: Howard Calhoun | [email protected]. Utoljára módosítva: 2023-12-17 10:30

A műszaki egységek, gépek, berendezések egyes elemcsoportjainak működési folyamata elkerülhetetlenül együtt jár a kopással. Az alkatrészek egymásra gyakorolt, eltérő intenzitású kölcsönös mechanikai hatása felületeik kopásához és a belső szerkezet tönkremeneteléhez vezet. Ezenkívül a környezet gyakran hasonló hatást fejt ki erózió és kavitáció formájában. Ennek eredményeként a berendezés teljesítménye csökken, vagy legalábbis az üzemi tulajdonságok csökkennek. A por alakú súrlódást és súrlódásgátló anyagokat tartalmazó alábbi áttekintések segítenek megérteni a nem kívánt súrlódás minimalizálásának módjait. Az ilyen anyagokat ipari berendezésekhez és háztartási gépekhez, valamint építőipari szerszámokhoz ajánljuk.

Különbségek a súrlódó és súrlódásgátló anyagok között

Ezen anyagok egy összefüggésben való figyelembevétele annak a ténynek köszönhető, hogy funkciójuk a mechanizmusok működésének általános jellemzőjéhez - a súrlódási együtthatóhoz - kapcsolódik. De ha a súrlódásgátló elemek és adalékok felelősek ennek az értéknek a csökkentéséért, akkor a súrlódó elemek éppen ellenkezőleg, növelik azt. Ebben az esetben például porötvözetek fokozottsúrlódási együttható biztosítja a célmunkacsoport kopásállóságát és mechanikai szilárdságát. Az ilyen tulajdonságok elérése érdekében a súrlódó alapanyagok összetételébe tűzálló oxidokat, bórt, szilícium-karbidokat stb. vezetnek be, A súrlódásgátló elemektől eltérően a súrlódó elemek gyakran teljes értékű funkcionális szerveket képviselnek a mechanizmusokban. Ez különösen a fékek és a tengelykapcsolók lehetnek.

A súrlódás növelésének feladatait biztosítva egyidejűleg konkrét műszaki feladatokat látnak el. Ugyanakkor mind a súrlódó, mind a súrlódásgátló anyagokat szigorú laboratóriumi vizsgálatnak vetik alá használat előtt. Ugyanezek a fékötvözetek teljes körű és próbapadi teszteken esnek át, amelyek során meghatározzák a gyakorlati alkalmazásuk célszerűségét. A technológiailag legfejlettebb polimerekből készült súrlódó anyagokat ma különféle módszerekkel gyártják. Tehát a fékcsoport mechanizmusaihoz a préselési technikát használják - blokkok, lemezek és szektorok készülnek az űrlapokon. A szalaganyagok szőtt technikával, a rátétek pedig hengerléssel készülnek.

Súrlódásgátló anyagok tulajdonságai

A súrlódásgátló funkcióval rendelkező alkatrészeknek számos követelménynek kell megfelelniük, amelyek meghatározzák alapvető teljesítményüket. Mindenekelőtt az anyagnak kompatibilisnek kell lennie mind a párosító résszel, mind a munkakörnyezettel. Kompatibilitási feltételek mellett bejáratás előtt és után az anyag biztosítja a szükséges súrlódáscsökkentést. Itt kell megjegyezni a befutást mint olyat. Ez a tulajdonság határozza meg az elem azon képességét, hogy természetes módon módosítsa a felület geometriáját.az optimális forma alatt, amely egy adott működési helyre alkalmas. Vagyis egy extra mikroérdességekkel rendelkező szerkezet törlődik az alkatrészről, ami után a bejáratás minimális terhelés mellett biztosítja a munkakörülményeket.

A kopásállóság szintén fontos tulajdonsága ezeknek az anyagoknak. A súrlódásgátló elemeknek olyan szerkezettel kell rendelkezniük, amely ellenáll a különféle kopásnak. Ugyanakkor az alkatrész nem lehet túl merev és kemény, mert ez növeli a beragadás veszélyét, ami nem kívánatos a súrlódásgátló anyagoknál. Ezenkívül a technológusok olyan tulajdonságot emelnek ki, mint a szilárd részecskék abszorpciója. A tény az, hogy a különböző mértékű súrlódás hozzájárulhat a kis elemek - gyakran fém - felszabadulásához. A súrlódásgátló felület viszont képes „benyomni” az ilyen részecskéket, és eltávolítja őket a munkaterületről.

Fém súrlódásgátló anyagok

A fém alapú termékek alkotják a súrlódásgátló csoport elemeinek legszélesebb körét. Legtöbbjük folyadéksúrlódási üzemmódban való működésre összpontosít, vagyis olyan körülmények között, amikor a csapágyakat vékony olajréteg választja el a tengelyektől. És mégis, amikor az egységet leállítják és elindítják, elkerülhetetlenül fellép az úgynevezett határsúrlódási mód, amelyben az olajfilm tönkremehet a magas hőmérséklet hatására. A csapágycsoportokban használt fém alkatrészek két típusra oszthatók: puha elemekreszerkezet és tömör betétek és ötvözetek merev alappal és puha betétekkel. Ha az első csoportról beszélünk, akkor babbit, sárgaréz és bronzötvözetek használhatók súrlódásgátló anyagként. Puha szerkezetüknek köszönhetően gyorsan befutnak, és hosszú ideig megőrzik olajréteg tulajdonságaikat. Másrészt a szilárd zárványok megnövekedett kopásállóságot okoznak a szomszédos elemekkel való mechanikai érintkezésben – például ugyanazzal a tengellyel.

A Babbits ólom- vagy ónalapú ötvözet. Az egyedi tulajdonságok javítása érdekében ötvözőötvözetek is hozzáadhatók a szerkezethez. A javított tulajdonságok közül kiemelhető a korrózióállóság, a keménység, a szívósság és a szilárdság. Az egyik vagy másik jellemző változását az határozza meg, hogy milyen ötvözőanyagokat használtak. A súrlódásgátló babbitok módosíthatók kadmiummal, nikkellel, rézzel, antimonnal stb. A szabványos babbit például körülbelül 80% ónt vagy ólmot, 10% antimont, a többi réz és kadmium.

Ólomötvözetek a súrlódás minimalizálásának eszközeként

A súrlódásgátló ötvözetek belépőszintje ólom babbit. A megfizethetőség határozza meg ennek az anyagnak a működésének sajátosságait - a legkevésbé kritikus munkafunkciókban. Az ólom alap az ónhoz képest kevésbé magas mechanikai ellenállást és alacsony korrózióvédelmet biztosít a babbitoknak. Igaz, még az ilyen ötvözetekben sem nélkülözheti az ónt - a tartalma igeneléri a 18%-ot. Ezenkívül egy rézkomponenst is hozzáadnak a készítményhez, amely megakadályozza a szegregációs folyamatokat - a különböző tömegű fémek egyenetlen eloszlását a termék térfogatában.

A legegyszerűbb súrlódásgátló tulajdonságokkal rendelkező ólomanyagokat nagyfokú ridegség jellemzi, ezért csökkentett dinamikus terhelésű körülmények között használják őket. Különösen a pályagépek, dízelmozdonyok és nehézgépészeti alkatrészek csapágyai jelentik az ilyen anyagok felhasználásának célterületét. A kalciumot használó súrlódásgátló ötvözetek az ólomötvözetek módosításának nevezhetők. Ebben az esetben olyan tulajdonságok figyelhetők meg, mint a nagy sűrűség és az alacsony hővezetőképesség. Az alap szintén ólom, de jelentős arányban nátrium, kalcium és antimon zárványokkal is kiegészítik. Ami ennek az anyagnak a gyenge pontjait illeti, ezek közé tartozik az oxidálhatóság, ezért nem ajánlott kémiailag aktív környezetben használni.

Ha általánosságban beszélünk a babbitokról, kijelenthetjük, hogy ez közel sem a leghatékonyabb megoldás a súrlódás minimalizálására, de a minőségi kombinációját tekintve a működés szempontjából előnyösnek bizonyul. Ezek olyan anyagok, amelyek súrlódáscsökkentő tulajdonságai kiegyenlíthetők csökkentett fáradtsági ellenállással, ami rontja az elem teljesítményét. Egyes esetekben azonban a szilárdság hiányát kompenzálja az acél vagy öntöttvas hajótest bevonása a tervezésbe.

A bronz súrlódásgátló ötvözetek jellemzői

A bronz fizikai és kémiai tulajdonságaiszervesen kombinálják a súrlódásgátló ötvözetek követelményeivel. Ez a fém különösen elegendő mutatót ad a fajlagos nyomásról, a lökésterhelés alatti működésről, a nagy csapágyforgási sebességről stb. De bizonyos funkciókhoz a bronz kiválasztása is a márkától függ. Ugyanez a formátum a lökésszerű terhelés alatti betétek működéséhez elfogadható a BrOS30 márka számára, de nem ajánlott a BrAZh számára. A bronz anyagok osztályában is vannak különbségek a mechanikai tulajdonságok tekintetében. A tulajdonságok ezen csoportja az edzett tengelyekkel való érintkezési felület jellegétől és a csonk használatától függ, amely további keményítéssel is rendelkezhet. És megint nem lehet beszélni az ötvözet szerkezetének szilárdságáról.

A bronztárgyak lehetnek ón, sárgaréz, ólom is. Ugyanakkor, ha a felsorolt fémek mindegyike felhasználható a babbit alapjául, a réz alapú súrlódásgátló anyagokat rendkívül ritkán alkalmazzák. Ebben az esetben a rézkomponens gyakran ugyanazon adalékanyagként működik, 2-3% tartalomaránnyal. A zárványok ón-ólom kombinációi optimálisnak tekinthetők. Megfelelő teljesítményt biztosítanak az ötvözetnek, mint súrlódásgátló komponensnek, bár a mechanikai szilárdság tekintetében veszítenek más összetételekkel szemben. A kombinált bronzanyagokat elektromos motorok, turbinák, kompresszoregységek és más nagy nyomáson és alacsony csúszósebességgel működő egységek tömör csapágyainak gyártásához használják.

Púdersúrlódó anyagok

Ezeket az anyagokat hernyójárművek, gépkocsik, szerszámgépek, építőszerkezetek stb. erőátviteli és fékegységeihez szánt kompozíciókban használják. A porkomponenseken alapuló késztermékeket szektorbélések, tárcsák és betétek formájában állítják elő. Ugyanakkor a súrlódásgátló típusú porötvözetek kiindulási anyagait ugyanaz a nómenklatúra képezi, mint a súrlódó komponensek esetében - leggyakrabban vasat és rezet használnak, de léteznek más kombinációk is.

Például az alumíniumból és ónbronzból készült anyagok, köztük a grafit és az ólom, hatékonyan jelentkeznek súrlódási körülmények között, 50 m/s nagyságrendű részek csúszási sebességénél. Mellesleg, amikor a csapágyak 5 m/s sebességgel működnek, a fémporos termékeket fém-műanyag alapanyagokkal lehet helyettesíteni. Ez már egy súrlódásgátló kompozit anyag, rugalmas munkaszerkezettel és csökkentett szilárdsággal. A megnövekedett terhelés melletti felhasználás szempontjából a legelőnyösebbek a vasból és rézből készült anyagok. Adalékanyagként grafitot, szilícium-oxidot vagy báriumot használnak. Ezen elemek működése 300 MPa nyomáson és akár 60 m/s csúszási sebesség mellett lehetséges.

Por súrlódásgátló anyagok

A súrlódásgátló termékeket por alapanyagokból is gyártják. Jellemzőjük a nagy kopásállóság, az alacsony súrlódási együttható és a gyors befutás képessége a tengelybe. Ezenkívül a súrlódásgátló por anyagok számos előnnyel rendelkeznek a súrlódást minimalizáló ötvözetekhez képest. Elég, ha azt mondjuk, hogy kopásállóságuk átlagosan nagyobb, mint az azonos babbitoké. A porított fémek porózus szerkezete lehetővé teszi a kenőanyagokkal való hatékony impregnálást.

A gyártóknak lehetőségük van különböző formájú végtermékek kialakítására. Ezek lehetnek keret vagy mátrix részek, amelyek köztes üregei más lágyított alapanyagokkal vannak feltöltve. És éppen ellenkezőleg, bizonyos területeken nagyobb a kereslet a puha keretalappal rendelkező súrlódásgátló por anyagok iránt. A speciális méhsejtekben különböző diszperziós szintű szilárd zárványokat biztosítanak. Ez a minőség éppen az alkatrészek súrlódási intenzitását meghatározó paraméterek szabályozási lehetősége szempontjából nagy jelentőséggel bír.

Súrlódásgátló polimer anyagok

A modern polimer alapanyagok lehetővé teszik a súrlódást csökkentő alkatrészek új műszaki és működési minőségének elérését. Kompozit ötvözetek és fém-műanyag porok egyaránt használhatók alapként. Az ilyen anyagok egyik fő megkülönböztető tulajdonsága az a képesség, hogy az adalékanyagokat egyenletesen elosztják a szerkezetben, amely később szilárd kenőanyag funkciót lát el. A grafitok, szulfidok, műanyagok és egyéb vegyületek szerepelnek az ilyen anyagok listáján. A polimer és a súrlódásgátló anyagok működési tulajdonságai nagyrészt az alapszinten konvergálnak, módosítók használata nélkül: ez alacsony súrlódási együttható, és kémiailag aktív közegekkel szembeni ellenállás, ill.vízi környezetben való működés lehetősége. Ha már az egyedülálló tulajdonságokról beszélünk, a polimerek speciális kenőanyaggal történő megerősítés nélkül is elláthatják feladataikat.

Súrlódásgátló anyagok alkalmazása

A legtöbb súrlódásgátló elemet eredetileg csapágycsoportokban való használatra tervezték. Ezek között megtalálhatók a kopásállóság növelésére tervezett alkatrészek és a csúszást javító alkatrészek. A gépgyártásban és a szerszámgépgyártásban az ilyen termékeket motorok, dugattyúk, tengelykapcsoló egységek, turbinák stb. gyártásánál használják. Itt a fogyóeszközök alapját a siklócsapágyak súrlódásgátló anyagai képezik, amelyeket bevezetnek a futó és álló szerkezetbe. felszerelés.

Az építőipar sem nélkülözheti a súrlódásgátló funkciót. Az ilyen alkatrészek segítségével megerősítik a mérnöki szerkezeteket, szerelőszerkezeteket és falazóanyagokat. A vasutak építésénél a gördülőállomány szerkezeti elemeinek beépítésénél alkalmazzák. A polimer alapú súrlódásgátló anyagok használata is elterjedt, amelyek megállják a helyüket például tárcsák, fogaskerekek, szíjhajtások stb. összekötő szerkezeteként.

Következtetés

A súrlódás csökkentésének feladata csak első pillantásra másodlagosnak és gyakran opcionálisnak tűnhet. A kenőfolyadékok fejlesztése valóban lehetővé teszi, hogy megszabaduljunk bizonyos mechanizmusoktól a segédműszaki elemektől, amelyek csökkentik a fő munkacsoport kopását. Átmeneti láncszem a klasszikustólA babbitt egy módosított, nagy teljesítményű kenőanyaggá alakítását súrlódásgátló polimer anyagoknak nevezhetjük, amelyeket lágyabb szerkezet és a munkakörülmények tekintetében sokoldalúság jellemez. A fém alkatrészek nagy nyomás alatti és fizikai behatás alatti üzemeltetése azonban továbbra is szilárdtest súrlódásgátló betéteket igényel. Sőt, ez az anyagosztály nemcsak a múlté, hanem a szilárdsági, keménységi és mechanikai stabilitási jellemzők javításával is fejlődik.