Анализ и выбор антифрикционных износостойких материалов

Различают несколько видов антифрикционных износостойких материалов: фторопласты, фторопласты с наполнителями, композиционные материалы на основе фенолоформальдегидных и эпоксидных смол(маслянит, эпоксилит), полиамидов(поликапролактам, нейлон), углеграфитов, текстолиты, графитопласты, металлокерамика, селицированные графиты, металлонаполненные углеграфиты, полиамиды, антифрикционный термостойкий графит, металлофторопласты.

При применении нового материала в подпятнике изменится характер работы трущейся пары, это связано с тем, что на максимальных режимах работы агрегата возможно вытеснение керосина из зоны контакта, что приводит к режиму сухого трения.

В эволюции антифрикционных материалов, способных работать при сухом трении, можно выделить три главных этапа.

Первый этап — это разработка и совершенствование не требующих смазки или самосмазывающихся материалов. Сначала появились углеграфитовые материалы и полимеры с наполнителями. Существенный прогресс в создании самосмазывающихся материалов был достигнут с появлением фтороуглеродных полимеров, особенно политетрафторэтилена (ПТФЭ), получившего в нашей стране название фторопласт-4. Исключительные антифрикционные свойства фторопласта, его необычайная химическая стойкость стимулировали разработку всевозможных композиционных материалов, самосмазывающая способность которых обусловливается в основном наличием фторопласта, а необходимая прочность и износостойкость — наполнителями.

Отличительной особенностью второго этапа является нанесение относительно мягкого антифрикционного слоя на твердую конструкционную основу. Такие комбинированные двухслойные детали, например, в виде стальных втулок с тонким полимерным покрытием, значительно увеличили предел допустимых удельных нагрузок. Исследования показали, что прочностные свойства тонких пленок, нанесенных на твердую основу, и их износостойкость повышаются с уменьшением толщины пленки. Однако, при этом уменьшается и величина допустимого линейного износа детали, что ограничивает долговечность.

Возникшее противоречие было устранено на третьем этапе созданием материалов со структурами, в которых расходуемая антифрикционная пленка постоянно пополняется и обновляется поступающим в зону трения самосмазывающимся материалом, содержащимся в порах каркаса, образованного спеканием металлических порошков. Материал такого типа впервые описал английский ученый Ф. Боуден, пропитавший политетрафторэтиленом поверхностный слой пористой меди. Дальнейшее совершенствование такого материала предусматривало нанесение губчатого бронзового каркаса на конструкционную стальную основу. Этот материал, состоящий из пористого бронзового каркаса, пропитанного фторопластом (или фторопластом с наполнителем) и стальной основы, называют металлофторопластовым материалом.

Полимерные антифрикционные материалы

Анализ причин низкой надежности и недолговечности деталей узлов трения показывает необходимость первоочередного решения трех проблем:

- повышения эксплуатационных характеристик применяемых материалов;

- рационального конструктивного оформления как изделий из них, так и узлов, в которых они используются.

- грамотное и рациональное составление технологии изготовления деталей и узлов.

Наиболее эффективным и технологически приемлемым методом улучшения мороза-, износа - и агрессивостойких свойств разрабатываемых материалов является направленная модификация структуры полимерного связующего.

Исследования по разработке и совершенствованию полимерных антифрикционных материалов развиваются по следующим основным направлениям:

- оптимизация химического состава полимерных композиций;

- улучшение механических показателей материалов (коэффициент трения, износостойкость, прочность и т. д.);

- изучение механизмов изнашивания полимерных материалов и поиск методов их регулирования;

- разработка новых технологий переработки полимерных композиций;

- поиск областей оптимального использования антифрикционных полимерных материалов;

- внедрение разработок в различные отрасли промышленности.

В результате механической и структурной модификации политетрафторэтилена (фторопласта) малыми количествами высокодисперсных наполнителей найдена оптимальная рецептура материалов; разработана технология на основе механоактивации ингредиентов для создания композитов с улучшенным комплексом свойств; получены триботехнические материалы с повышенными износостойкостью, эластичностью, прочностными параметрами, что обеспечило повышение ресурса работоспособности изделий из них в узлах трения машин и механизмов. Высокая химическая инертность фторопласта и применяемых для его модификации низкомолекулярных добавок позволяет использовать полученные композиты практически в любых агрессивных средах. Была также разработана безотходная ресурсосберегающая технология получения изделий на основе фторопластовых композиционных материалов с точно заданными геометрической формой и размерами, что не требует операций доводки изделия.