5.Харатеристика компонентів , які входять до складу фрикційних порошкових матеріалів.

Всі компоненти, що входять до складу сучасних фрикційних матеріалів, можна умовно розділити на три групи:

1. компоненти основи, як які, як правило, використовуються залізо і мідь, від яких залежить формування основних физико-механических властивостей;

2. компоненти, виступаючі в ролі мастил і застережливі, тим самим, заїдання, схоплювання і сприяючі зменшенню зносу; до них перш за все відносяться легкоплавкі метали, графить, сульфіди, нітрид бору;

3) компоненти, службовці фрикційними добавками, що підвищують опір ковзанню без збитку для поверхні тертя; крім того, ці компоненти, за природою властивостей основи, що різко відрізняються від матеріалу, запобігають схоплюванню і заїданню.

Компоненти основи. Металева основа є робочою поверхнею, на якій відбувається деформація і додаткове руйнування продуктів зносу. Як наголошувалося вище, як основа найчастіше застосовують залізний і мідний порошки.

Порошок заліза є основою порошкових фрикційних матеріалів, що працюють в умовах сухого тертя. Застосування заліза як основа обумовлене тим, що воно володіє відносно високим температурою плавлення, міцністю, твердістю, пластичністю, а жаростійкість і жароміцність його можна регулювати додаванням різних л.егирующих елементів.

Для запобігання окисленню заліза в процесі роботи його піддають легуванню молібденом. З метою зменшення схоплювання його доцільно легувати елементами, що підвищують міцність і твердість і що тим самим знижують коефіцієнт тертя, що певною мірою впливає на схоплювання. В цьому відношенні доцільне легування алюмінієм, кобальтом і хромом, а також елементами, створюючими карбіди і нітрид. З метою зниження тиску пресування і температури спікання застосовують порошу заліза, плакированные міддю або оловом.

Порошок міді застосовується найчастіше в порошкових фрикційних матеріалах, призначених для роботи у вузлах тертя за наявності мастила. Вибір міді як основа фрикційних матеріалів пояснюється її високою теплопровідністю, порошок міді володіє хорошою прессуемостью і спікливістю. Проте застосовувати чисту мідь як основу фрикційних матеріалів важко, оскільки в цьому випадку спостерігається підвищена схильність до схоплювання із-за високої пластичності міді. Для усунення цього недоліку, а також з метою зміцнення міді, підвищення її теплостійкості і поліпшення характеристик тертя її піддають легуванню оловом. Окрім легування міді оловом, можливе легування алюмінієм в кількостях до 7—10 %.

Як легуючі елементи можна також використовувати нікель, залізо, титан, вольфрам і молібден. Ці елементи додають по причинах, вказаних вище, а також з метою зміцнення міді. Крім того, ці метали, особливо вольфрам і молібден, володіють високою теплоємністю, легко окислюються, тим самим знижуючи температуру в зоні тертя.

Компоненти, виступаючі в ролі мастил. До твердих мастил, що сприятливо впливають на запобігання схоплюванню і .заедания і тим самим підвищують зносостійкість фрикційних матеріалів, відносяться графіт, сульфіди молібдену (IV) і вольфраму (IV), легкоплавкі метали (свинець, вісмут, сурма), фосфіди міді, заліза, кобальту, нітрид бору, тальк, а також сульфати заліза (II) і барії.

Графіт, введений до складу фрикційного матеріалу, підвищує його зносостійкість, опір заїданню, знижує коефіцієнт тертя, сприяє плавному гальмуванню. Оптимальна кількість графіту, що забезпечує необхідні властивості матеріалів на основі заліза, складає 7—9 %, а на основі міді — 5—10 %. У матеріалах на основі міді і заліза графіт грає, роль твердого мастила.

Для виробництва фрикційних матеріалів застосовується в основному графить марки КЛЗ першого сорту (ГОСТ 5279—74).Оптимальним розміром частинок вважається 20—90 мкм і лише для фрикційних матеріалів із змістом графіту зверху 10— 15 % застосовується порошок з розміром частинок 300 мкм.

Сульфід молібдену (IV) доцільно застосовувати як тверде мастило у складі матеріалів, при терті яких в гальмівних вузлах розвиваються температури понад 400 °С. Механізми змащуючої дії аналогічні графіту. Відмінність полягає лише в тому, що зсув молекул щодо один одного відбувається в площинах спайності сіра — сіра, між якими існує вандерваальсовское взаємодія. Вміст сульфіду молібдену (IV) не повинен перевищувати 4 %. На відміну від графіту експлуатаційні властивості MоS₂ у меншій мірі залежать від температури і наявності вологи і кисню. В цьому випадку тільки наявність кисню частково утрудняє деформації в площинах спайності сіра — сіра за рахунок його взаємодії з сіркою і молібденом.

Застосування бариту в матеріалах на основі заліза з високим вмістом графіту. В цьому випадку значно підвищується зносостійкість при підвищених температурах. Оптимальний вміст бариту у фрикційних матеріалах складає 6—8 %. Збільшення його змісту від 3 до 10 % знижує твердість матеріалу на 10—12 °/о, підвищує коефіцієнт тертя і його стабільність при зменшенні зносостійкості в 2—2,5 разу. Барит є породою, що складається в основному з сульфату барії (80—95 %). Барит випускається трьох видів: кусковий, мелений і баритовый концентрат.

Свинець і інші легкоплавкі метали. Свинець, як металеве мастило, прирабатываемость, що підвищує , зносостійкість, що сприятливо впливає на противозадирные властивості і сприяючу плавному гальмуванню. В процесі гальмування, коли температура поверхні тертя перевищить температуру плавлення свинцю, частинки останнього і утворюють змащувальну плівку, яка зменшує коефіцієнт тертя. В результаті цього температура поверхонь, що труться, знижується і свинець застигає. Тим самим забезпечується так званий принцип саморегулювання.Разом зі свинцем до складу фрикційних матеріалів можна також вводити вісмут, сурму, миш'як, які мають нижчі температури плавлення.

При сумісному легуванні оловом і свинцем активується процес спікання, при цьому утворюється твердий розчин залізо — олово, що зміцнює основу, а свинець, знаходячись в незв'язаному стані, при розплавленні грає роль рідкого мастила.

Фрикційні добавки. Фрикційні добавки вводяться до складу матеріалу для підвищення коефіцієнта тертя, запобігання схоплюванню пар, що труться, а також для того, щоб перешкоджати наволоченню і заїданню.

По І. М. Федорченко, до фрикційних добавок пред'являються наступні вимоги:

1) матеріал фрикційної добавки повинен змочуватися металевим сплавом основи або мати з ним міцне адгезійне зчеплення;

2) розмір частинок фрикційної добавки повинен бути оптимальним:

3) матеріал фрикційної добавки повинен володіти високою міцністю, що забезпечує високий рівень витрат енергії на його руйнування

Крім того, фрикційні добавки повинні мати високу температуру плавлення, не піддаватися поліморфним перетворенням в інтервалі температур від кімнатної до температури спікання або експлуатації, бути сумісними з іншими компонентами і середовищем спікання або експлуатації.

Вживані фрикційні добавки можна розділити на дві групи: металеві і неметалічні.

До першої групи перш за все відносяться залізо, молібден і вольфрам, які входять до складу фрикційних матеріалів на основі міді, до другої — ширший клас матеріалів: оксиди титану, кремнію, алюмінію, хрому, заліза, магнію, цирконію і їх з'єднання — силимонит, муллит, карбіди бору, кремнію, вольфраму, силіциди молібдену, залоза, нітрид кремнію, а також інші з'єднання і мінерали.

Ефективнішими фрикційними добавками для матеріалів як на основі міді, так і залоза є неметалічні добавки, серед яких найширше поширені оксид кремнію, карбіди кремнію і бору, азбест.

Оксид кремнію підвищує коефіцієнт тертя, сприяє підвищенню зносостійкості і опору заїданню. Звичайний оптимальний зміст оксиду кремнію складає 3—4 %.Зменшення зносостійкості при збільшенні змісту SiO2 понад 3—4 % пов'язано із зниженням міцності матриці із-за разупрочняющего дії інертних частинок оксиду кремнію. Вплив, аналогічний впливу оксиду кремнію, при введенні у фрикційний матеріал надають і інші оксиди.

Оксид алюмінію знижує температуру тертя в порівнянні з введенням оксиду кремнію. Останнє обумовлене тим, що А1₂О₃, на відміну від SiO2, не розчиняється в залозі і тим самим не погіршує його теплопровідність, тому зберігається хороший тепловідвід із зони тертя.

Азбест вводять у фрикційні матеріали з метою підвищення коефіцієнта тертя, забезпечення плавності гальмування, опору заїданню і збільшення зносостійкості. Оптимальна кількість азбесту, що вводиться до складу фрикційного матеріалу, складає 3—4 %. При цьому підвищуються коефіцієнт тертя, його стабільність і зносостійкість матеріалу.

Рис. 22. Залежність коефіцієнта тертя (1), його стабільності (2) і зносу фрикційного матеріалу на основі заліза (3) від змісту азбесту.

Як початкові матеріали неметалічних фрикційних добавок використовують порошу різного походження. При цьому перевагу віддають пороші з частинками гострокутної форми.