Уникальные антифрикционные свойства дисульфида молибдена
Почему MoS2 так эффективен
Дисульфид молибдена — вещество со слоистой структурой. Его антифрикционные свойства уникальны. Промышленность давно это оценила: MoS2 широко используют как антифрикционный наполнитель при производстве пластичных смазок и масел.
Но есть и другой формат — концентрированные дисперсии. Их рекомендуют как присадку к товарным маслам для повышения эксплуатационных свойств.
Добавлять можно и в редукторные, и в моторные масла. Высокодисперсные частицы не задерживаются масляными фильтрами. Это важно.
Анализ исследований: что показали тесты
Четырехшариковая машина трения
Экспериментальные исследования влияния дисульфида молибдена (MoS₂) на трибологические свойства масел и пластичных смазок проводились многократно. В нашей стране и за рубежом.
Испытания, как правило, велись по стандартной методике на четырехшариковой машине трения. По ГОСТ 9490 оценивали:
- ✔️ Несущую способность смазочного слоя (нагрузка сваривания Pс)
- ✔️ Противоизносные свойства (диаметр пятна износа Du)
Это позволяет сравнивать данные разных ученых.
Кто и что исследовал
Исследования последних лет проводились:
- ★ В Московском государственном университете тонких химических технологий им. М.В. Ломоносова
- ★ В Уфимском авиационном институте
- ★ В лаборатории Dow Corning (Германия)
Dow Corning — производитель специальных смазочных материалов. В том числе пластичных смазок, паст и дисперсий с дисульфидом молибдена под торговой маркой Molykote®.
В таблице представлены результаты испытаний:
- → Пластичной смазки ЦИАТИМ-201
- → Индустриального масла И-20А
- → Дисперсии Molykote M-55 (10% по массе в минеральном масле)
Дисперсия Molykote M-55 рекомендуется производителем как присадка к маслам для тяжелонагруженных узлов трения. Цели:
- Увеличение несущей способности
- Повышение энергоэффективности
- Облегчение приработки
- Снижение износа и шума
Дисперсию добавляют в масла в пропорции 5–10% от объема.
| Базовый смазочный материал | MoS₂, % масс. | Pс, Н | Du (мм) при нагрузке | Источник | ||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 196 Н | 392 Н | 800 Н | ||||
| ЦИАТИМ-201 | 0 | 1235 | 0,73 | - | - | [1] |
| 10 | 2766 | 0,51 | - | - | ||
| И-20А | 0 | 1099 | - | 0,99 | - | [2] |
| 0,1 | 1167 | - | 0,66 | - | ||
| 1 | 1844 | - | 0,70 | - | ||
| 5 | 2325 | - | 0,88 | - | ||
| Molykote M-55 | 10* | 3000 | - | - | 1,35 | [3] |
| * — содержание в товарном продукте | ||||||
Что говорят цифры
Анализ показывает: добавление дисульфида молибдена в зависимости от концентрации позволяет:
- ☑️ Увеличить несущую способность смазочного слоя в 1,1–2,2 раза
- ☑️ Снизить износ в 1,1–1,5 раза
В работе [4] отражены обширные исследования Новгородского государственного университета. Оценивались показатели И-20А с добавлением 20–70% MoS₂.
Результат впечатляет:
- ✓ Диаметр пятна износа сокращается почти в 2 раза
- ✓ Заедания не происходит даже при нагрузках до 4520 Н/мм²
- ✓ У чистого масла заедание наступает при 2490 Н/мм²
Почти двукратный запас прочности. Это серьезно.
Экспериментальная проверка в реальных условиях
Почему нужны новые тесты
Анализ данных показывает положительное влияние MoS₂ на несущую способность и противоизносные свойства масел. Но есть проблема.
Испытания проводились по стандартному ускоренному методу на четырехшариковой машине. Режимы далеки от реальных условий эксплуатации узлов трения. Это позволяет проводить лишь качественную сравнительную оценку.
Остается невыясненным влияние на:
- → Прирабатываемость
- → Антифрикционность (коэффициент трения)
Комплексная оценка в лаборатории «Триботехника»
Для комплексной оценки всех трибологических показателей в лаборатории «Триботехника» Брянского государственного технического университета провели испытания:
- Чистого масла И-20А
- Масла И-20А с добавлением дисперсии Molykote M-55 (5% от объема)
Испытания осуществлялись по нормализованному методу [5, 6] по схеме ролик-дисковый индентор при:
- ★ Трении скольжения со скоростью V=1 м/с
- ★ Контактном давлении P=70 МПа
Такие режимы максимально приближены к реальным условиям эксплуатации большинства узлов трения.
Смазывание — постоянно, окунанием в емкость с маслом.
Материалы:
- ✚ Ролик — сталь 45 без термообработки
- ✚ Индентор — твердый сплав ВК8
Методика испытаний на машине трения
Автоматизированная система
Схема трения реализовывалась на автоматизированной машине трения МИ-1М. Она оснащена датчиками и компьютеризированной системой сбора данных.
Рис. 1. Схема трения при испытаниях
Машина трения позволяла в режиме реального времени регистрировать:
- ✔️ Значения коэффициента трения f
- ✔️ Линейного износа h
Рис. 2. Автоматизированная машина трения МИ-1М
Результаты: износ меньше, эффективность выше
Накопление износа
На графиках показано накопление износа и изменение коэффициента трения при смазывании:
- Маслом И-20А
- Маслом И-20А с добавлением 5% дисперсии Molykote M-55
Рис. 3. Кривые изнашивания образцов
Рис. 4. Графики изменения коэффициента трения
Что видим на графиках
Разница очевидна. Масло с дисперсией показывает:
- ★ Меньший износ на всех этапах
- ★ Более низкий коэффициент трения
- ★ Плавную приработку
Это то, что нужно производству.
Трибологические показатели: цифры и факты
Шесть ключевых параметров
По результатам анализа определялись трибологические показатели:
- Время приработки t₀ — время от начала испытания до выхода кривой изнашивания на линейный участок
- Приработочный износ h₀ — величина сближения в момент окончания приработки
- Коэффициент трения f — значение в конце испытаний
- Отношение f₀/f — максимальное значение в период приработки к значению в конце
- Скорость изнашивания γ — среднее значение в период нормального изнашивания
- Скорость изнашивания γ₀ — за общее время испытаний
| Трибологическое свойство | Показатель | Масло И-20А | Масло + Molykote M-55 |
|---|---|---|---|
| Прирабатываемость | Время приработки t₀, ч | 1,33 | 1,58 |
| Приработочный износ h₀, мкм | 7,50 | 6,50 | |
| Отношение коэффициентов f₀/f | 1,24 | 1,55 | |
| Антифрикционность | Коэффициент трения f | 0,145 | 0,123 |
| Износостойкость | Суммарный износ h, мкм | 15,40 | 11,80 |
| Скорость γ, мкм/ч | 1,69 | 1,20 | |
| Скорость γ₀, мкм/ч | 2,57 | 1,97 |
Анализ результатов
Что видим?
Прирабатываемость:
- → Время приработки выросло с 1,33 до 1,58 ч
- → Но износ уменьшился на 15% (с 7,50 до 6,50 мкм)
- → Отношение f₀/f увеличилось с 1,24 до 1,55
Процесс приработки происходил более плавно и с меньшими потерями. Это хорошо.
Антифрикционность:
- ✓ Коэффициент трения снизился с 0,145 до 0,123
- ✓ Уменьшение на 15%
Износостойкость:
- ☑️ Суммарный износ уменьшился с 15,40 до 11,80 мкм (на 23%)
- ☑️ Скорость изнашивания в период нормального изнашивания упала с 1,69 до 1,20 мкм/ч (на 41%!)
- ☑️ Скорость за общее время — с 2,57 до 1,97 мкм/ч (на 23%)
41% — это впечатляющий результат.
Практическая польза для производства
Комплексный эффект
Проведенные испытания и расчеты показывают:
При добавлении 5% дисперсии Molykote M-55 в И-20А:
- Приработка длится чуть дольше, но износ в процессе на 15% меньше
- Скорость изнашивания в период нормального изнашивания уменьшилась на 41%
- Потери на трение в период нормального изнашивания уменьшились в среднем на 18%
Температура и срок службы масла
Почему это важно?
Около 90% генерируемой при трении энергии рассеивается в виде тепла. Следовательно, снижение коэффициента трения пропорционально снижает температуру фрикционного разогрева.
Это благоприятно отражается на сроке службы масла благодаря снижению интенсивности окисления.
Известно: для минеральных масел снижение температуры эксплуатации на 10–15°C позволяет продлить срок до замены вдвое.
Представьте экономию.
Визуализация эффекта
Рис. 5. Эффект от применения дисперсии Molykote M-55
Диаграмма наглядно демонстрирует комплексный эффект от применения Molykote M-55 как присадки к маслу.
Меньше износ. Меньше трение. Меньше температура. Больше ресурс.
Все просто.
А. О. Горленко, д. т.н., профессор, руководитель
научно-исследовательской лаборатории «Триботехника»
Брянского государственного технического университета (БГТУ)
М. И. Прудников, к. т.н., руководитель отдела
разработки проектов ЗАО «АТФ»
Тел./факс + 7 (495) 974-97-73
m.prudnikov@atf.ru, www.atf.ru
Литература
- Цыганок, С. В. Влияние наноструктурированных антифрикционных добавок на физико-химические и эксплуатационные свойства товарных пластичных смазок [Текст]: автореф. дис. канд. техн. наук: 02.00.13/С. В. Цыганок. — Москва, 2013. — 24 с.
- Сравнительная оценка триботехнических свойств РВС «Форсан» и дисульфида молибдена в качестве добавок к смазочным материалам [Текст]/А. Н. Абрамов, Д. Г. Тюленев, И. С. Мухамадиев и др.//Трение и смазка в машинах и механизмах. — 2008. — № 12. — С. 31–34.
- Дисперсия дисульфида молибдена в минеральном масле Molykote M-55 [Электронный ресурс]: техническое описание/АТФ. — М., 2013. — 2 c. — URL: http://support.atf.ru/uploads/15284c4a65f044M-55.pdf (10.02.2014).
- Исследование и разработка научных основ процесса трения и износа твердых тел на граничном контакте в экстремальных условиях [Электронный ресурс]: отчет по проекту № 2.1.2/5384 (промежуточ.)/Новгородский государственный университет им. Ярослава Мудрого| рук. Бердичевский Е. Г.| исполн.: Фадеев А. Ф. [и др.]. — Великий Новгород, 2009. — 92 с. — URL: http://www.novsu.ru/file/887179. (10.02.2014).
- Горленко, А. О. Нормализация триботехнических испытаний для создания базы данных по одноступенчатому технологическому обеспечению износостойкости [Текст]/А. О. Горленко, М. И. Прудников//Трение и смазка в машинах и механизмах. — 2008. — № 9. — С. 7–13.
- Прудников, М. И. Метод триботехнических испытаний цилиндрических поверхностей трения [Текст]/М. И. Прудников//Вестник БГТУ. — 2008. — № 2 (18). — С. 48–56.
