Vật liệu chống ma sát: tổng quan, đặc tính, ứng dụng

2024 Tác giả: Howard Calhoun | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2023-12-17 10:44

Quá trình vận hành của các đơn vị kỹ thuật, máy móc và các nhóm yếu tố riêng lẻ của thiết bị tất yếu đi kèm với sự hao mòn. Tác động cơ học lẫn nhau của các bộ phận lên nhau với cường độ khác nhau dẫn đến mài mòn bề mặt của chúng và phá hủy kết cấu bên trong. Ngoài ra, môi trường thường có tác động tương tự dưới dạng xói mòn và xâm thực. Kết quả là làm giảm hiệu suất của thiết bị hoặc ít nhất là giảm các đặc tính vận hành. Những đánh giá sau đây về bột ma sát và vật liệu chống ma sát sẽ giúp bạn hiểu những cách để giảm thiểu ma sát không mong muốn. Những vật liệu như vậy được khuyến khích sử dụng trong các thiết bị công nghiệp và thiết bị gia dụng, cũng như các công cụ xây dựng.

Sự khác biệt giữa vật liệu ma sát và vật liệu chống ma sát

Việc xem xét các vật liệu này trong một bối cảnh là do chức năng của chúng có liên quan đến đặc tính chung của hoạt động của các cơ chế - hệ số ma sát. Nhưng nếu các yếu tố chống ma sát và phụ gia có trách nhiệm làm giảm giá trị này, thì ngược lại, các yếu tố ma sát lại làm tăng nó. Trong trường hợp này, ví dụ, hợp kim bột vớihệ số ma sát cung cấp khả năng chống mài mòn và độ bền cơ học của nhóm làm việc mục tiêu. Để đạt được những phẩm chất như vậy, các oxit chịu lửa, bo, cacbua silic, v.v. được đưa vào thành phần của nguyên liệu ma sát. Đặc biệt, đây có thể là phanh và ly hợp.

Cung cấp các nhiệm vụ tăng ma sát, chúng đồng thời thực hiện các nhiệm vụ kỹ thuật cụ thể. Đồng thời, cả vật liệu ma sát và chống ma sát đều trải qua quá trình kiểm tra nghiêm ngặt trong phòng thí nghiệm trước khi sử dụng. Các hợp kim tương tự cho hệ thống phanh phải trải qua các bài kiểm tra toàn diện và thử nghiệm để xác định tính hiệu quả của ứng dụng trong thực tế. Các vật liệu ma sát từ polyme có công nghệ tiên tiến nhất ngày nay được sản xuất bằng nhiều phương pháp khác nhau. Vì vậy, đối với các cơ cấu của nhóm phanh, kỹ thuật ép được sử dụng - các khối, tấm và các cung được thực hiện trên các dạng. Vật liệu băng được sản xuất bằng kỹ thuật dệt và lớp phủ được sản xuất bằng cách cán.

Tính chất của vật liệu chống ma sát

Các bộ phận có chức năng chống ma sát phải đáp ứng một loạt các yêu cầu xác định hiệu suất cơ bản của chúng. Trước hết, chất liệu phải tương thích với cả bộ phận giao phối và môi trường làm việc. Trong các điều kiện tương thích trước và sau khi chạy vào, vật liệu cung cấp mức độ giảm ma sát cần thiết. Ở đây cần lưu ý việc chạy vào như vậy. Thuộc tính này xác định khả năng điều chỉnh hình học bề mặt một cách tự nhiên của phần tử.dưới hình dạng tối ưu, phù hợp với một nơi hoạt động cụ thể. Nói cách khác, một cấu trúc bổ sung với các khe hở siêu nhỏ sẽ bị xóa khỏi bộ phận, sau đó việc chạy vào sẽ cung cấp điều kiện làm việc với tải trọng tối thiểu.

Khả năng chống mài mòn cũng là một đặc tính quan trọng mà các vật liệu này sở hữu. Các phần tử chống ma sát phải có kết cấu cung cấp khả năng chống các loại mài mòn. Đồng thời, bộ phận này không được quá cứng và cứng, vì điều này sẽ làm tăng nguy cơ co giật, điều không mong muốn đối với vật liệu chống ma sát. Hơn nữa, các nhà công nghệ chỉ ra một tính chất như sự hấp thụ của các hạt rắn. Thực tế là ma sát ở các mức độ khác nhau có thể góp phần giải phóng các phần tử nhỏ - thường là kim loại. Đổi lại, bề mặt chống ma sát có khả năng "ép" các hạt như vậy vào chính nó, loại bỏ chúng khỏi khu vực hoạt động.

Vật liệu chống ma sát bằng kim loại

Các sản phẩm trên cơ sở kim loại tạo nên nhiều loại nguyên tố nhất của nhóm chống ma sát. Hầu hết chúng đều tập trung vào hoạt động ở chế độ ma sát chất lỏng, tức là trong điều kiện các ổ trục được ngăn cách với trục bằng một lớp dầu mỏng. Chưa hết, khi máy dừng và khởi động, cái gọi là chế độ ma sát biên chắc chắn xảy ra, trong đó màng dầu có thể bị phá hủy dưới tác động của nhiệt độ cao. Các bộ phận kim loại được sử dụng trong nhóm chịu lực có thể được chia thành hai loại: các bộ phận có mềmcấu trúc và miếng chèn rắn và hợp kim có đế cứng và miếng chèn mềm. Nếu chúng ta nói về nhóm đầu tiên, thì các hợp kim babbit, đồng thau và đồng có thể được sử dụng làm vật liệu chống ma sát. Do cấu trúc mềm, chúng chạy nhanh và giữ được đặc tính màng dầu trong thời gian dài. Mặt khác, tạp chất rắn làm tăng khả năng chống mài mòn trong các tiếp điểm cơ học với các phần tử lân cận - ví dụ: với cùng một trục.

Babbit là một hợp kim dựa trên chì hoặc thiếc. Ngoài ra, để cải thiện chất lượng cá nhân, hợp kim hợp kim có thể được thêm vào cấu trúc. Trong số các đặc tính được cải thiện, có thể kể đến khả năng chống ăn mòn, độ cứng, độ dẻo dai và sức mạnh. Sự thay đổi về đặc tính này hay đặc tính khác được xác định bởi chất liệu hợp kim đã được sử dụng. Babbit chống ma sát có thể được sửa đổi bằng cadmium, niken, đồng, antimon, v.v. Ví dụ, một babbit tiêu chuẩn chứa khoảng 80% thiếc hoặc chì, 10% antimon và phần còn lại là đồng và cadmium.

Hợp kim chì như một phương tiện giảm thiểu ma sát

Mức đầu vào của hợp kim chống ma sát là chì chì. Khả năng chi trả xác định các chi tiết cụ thể của hoạt động của vật liệu này - trong các chức năng công việc ít quan trọng nhất. Cơ sở chì, so với thiếc, cung cấp babbit có độ bền cơ học thấp hơn và khả năng chống ăn mòn thấp. Đúng, ngay cả trong những hợp kim như vậy, nó không thể làm được nếu không có thiếc - nội dung của nó có thểđạt 18%. Ngoài ra, một thành phần đồng cũng được thêm vào thành phần, giúp ngăn chặn quá trình phân tách - sự phân bố không đồng đều của các kim loại có khối lượng khác nhau trong thể tích của sản phẩm.

Vật liệu chì đơn giản nhất có đặc tính chống ma sát được đặc trưng bởi độ giòn cao, vì vậy chúng được sử dụng trong điều kiện giảm tải trọng động. Đặc biệt, vòng bi cho máy đường ray, đầu máy diesel và các thành phần kỹ thuật hạng nặng là mục tiêu thích hợp để sử dụng các vật liệu này. Hợp kim chống ma sát sử dụng canxi có thể được gọi là sự biến đổi của hợp kim chì. Trong trường hợp này, các phẩm chất như mật độ cao và độ dẫn nhiệt thấp được ghi nhận. Cơ sở cũng là chì, nhưng với tỷ lệ đáng kể, nó cũng được bổ sung bằng bao gồm natri, canxi và antimon. Đối với các điểm yếu của vật liệu này, chúng bao gồm khả năng oxy hóa, do đó, chúng tôi không khuyến khích sử dụng nó trong môi trường hoạt động hóa học.

Nói chung về babbit, chúng ta có thể khẳng định rằng đây không phải là giải pháp hiệu quả nhất để giảm thiểu ma sát, nhưng xét về sự kết hợp các phẩm chất của nó, nó hóa ra có lợi từ quan điểm vận hành. Đây là những vật liệu có đặc tính chống ma sát có thể được san bằng bằng cách giảm khả năng chống mỏi, điều này làm giảm hiệu suất của phần tử. Tuy nhiên, trong một số trường hợp, việc thiếu độ bền được bù đắp bằng cách đưa vỏ tàu bằng thép hoặc gang vào thiết kế.

Tính năng của hợp kim chống ma sát bằng đồng

Tính chất vật lý và hóa học của đồngđược kết hợp hữu cơ với các yêu cầu đối với hợp kim chống ma sát. Đặc biệt, kim loại này cung cấp đầy đủ các chỉ số về áp suất riêng, khả năng hoạt động dưới tải trọng xung kích, tốc độ quay vòng bi cao, … Nhưng việc lựa chọn đồng cho các chức năng nhất định sẽ phụ thuộc vào thương hiệu của nó. Định dạng tương tự cho hoạt động của các lớp lót khi chịu tải sốc được chấp nhận đối với nhãn hiệu BrOS30, nhưng không được khuyến nghị cho BrAZh. Các loại vật liệu đồng cũng có sự khác biệt về tính chất cơ học. Nhóm phẩm chất này sẽ phụ thuộc vào bản chất của giao diện với các trục cứng và việc sử dụng một trục, có thể có thêm độ cứng. Và một lần nữa, không thể nói về độ vững chắc của cấu trúc hợp kim.

Đồ đồng cũng có thể bao gồm thiếc, đồng thau, chì. Đồng thời, nếu tất cả các kim loại được liệt kê có thể được sử dụng làm cơ sở của babbitt, thì các vật liệu chống ma sát làm từ đồng cực kỳ hiếm khi được sử dụng. Trong trường hợp này, thành phần đồng thường đóng vai trò phụ gia tương tự với tỷ lệ hàm lượng 2-3%. Sự kết hợp thiếc-chì của các tạp chất được coi là tối ưu. Chúng cung cấp đủ hiệu suất của hợp kim như một thành phần chống ma sát, mặc dù chúng thua các chế phẩm khác về độ bền cơ học. Vật liệu đồng kết hợp được sử dụng trong sản xuất ổ trục rắn cho động cơ điện, tua-bin, bộ phận máy nén và các bộ phận khác hoạt động ở áp suất cao và tốc độ trượt thấp.

Bộtvật liệu ma sát

Những vật liệu này được sử dụng trong các chế phẩm dành cho bộ truyền động và phanh của xe bánh xích, ô tô, máy công cụ, cơ cấu xây dựng, v.v. Đồng thời, vật liệu ban đầu cho loại hợp kim bột chống ma sát được tạo thành theo cùng một danh pháp như trong trường hợp các thành phần ma sát - sắt và đồng thường được sử dụng nhất, nhưng tồn tại các kết hợp khác.

Ví dụ, vật liệu làm bằng nhôm và đồng thiếc, bao gồm cả than chì và chì, biểu hiện một cách hiệu quả trong điều kiện ma sát với tốc độ trượt của các bộ phận có bậc là 50 m / s. Nhân tiện, khi vòng bi hoạt động với tốc độ 5 m / s, các sản phẩm bột kim loại có thể được thay thế bằng nguyên liệu kim loại-nhựa. Đây đã là vật liệu composite chống ma sát với cấu trúc làm việc linh hoạt và giảm độ bền. Thuận lợi nhất về mặt sử dụng trong điều kiện gia tăng tải trọng là vật liệu làm bằng sắt và đồng. Graphit, oxit silic hoặc bari được sử dụng làm chất phụ gia. Hoạt động của các phần tử này có thể thực hiện được ở áp suất 300 MPa và tốc độ trượt lên đến 60 m / s.

Vật liệu chống ma sát dạng bột

Sản phẩm chống ma sát cũng được sản xuất từ nguyên liệu bột. Chúng được đặc trưng bởi khả năng chống mài mòn cao, hệ số ma sát thấp và khả năng chạy nhanh vào trục. Ngoài ra, vật liệu bột chống ma sát có một số ưu điểm so với các hợp kim giảm thiểu ma sát. Chỉ cần nói rằng khả năng chống mài mòn của chúng trung bình cao hơn so với những con babbit cùng loại. Cấu trúc xốp được hình thành bởi các kim loại dạng bột cho phép tẩm chất bôi trơn hiệu quả.

Các nhà sản xuất có cơ hội tạo thành các sản phẩm cuối cùng ở các hình thức khác nhau. Đây có thể là các bộ phận khung hoặc ma trận với các khoang trung gian chứa đầy các nguyên liệu thô đã được làm mềm khác. Và ngược lại, ở một số khu vực, nhu cầu sử dụng vật liệu bột chống ma sát với nền khung mềm nhiều hơn. Trong các tổ ong đặc biệt, các thể rắn có mức độ phân tán khác nhau được cung cấp. Chất lượng này có tầm quan trọng lớn, chính xác từ quan điểm về khả năng điều chỉnh các thông số xác định cường độ ma sát của các bộ phận.

Vật liệu polyme chống ma sát

Nguyên liệu polyme hiện đại giúp cho các bộ phận giảm ma sát có thể đạt được chất lượng kỹ thuật và hoạt động mới. Cả hợp kim composite và bột nhựa kim loại đều có thể được sử dụng làm cơ sở. Một trong những đặc tính phân biệt chính của các vật liệu này là khả năng phân bố đồng đều các chất phụ gia trong toàn bộ cấu trúc, sau này sẽ thực hiện chức năng của một chất bôi trơn rắn. Graphit, sulfua, chất dẻo và các hợp chất khác được ghi chú trong danh sách các chất đó. Các đặc tính làm việc của vật liệu polyme và chống ma sát phần lớn hội tụ ở mức cơ bản mà không cần sử dụng các chất điều chỉnh: đây là hệ số ma sát thấp và khả năng chống lại môi trường hoạt tính hóa học, vàkhả năng hoạt động trong môi trường nước. Nói về chất lượng độc đáo, polyme có thể thực hiện nhiệm vụ của chúng ngay cả khi không được gia cố bằng chất bôi trơn đặc biệt.

Ứng dụng vật liệu chống ma sát

Hầu hết các phần tử chống ma sát ban đầu được thiết kế để sử dụng trong các nhóm chịu lực. Trong số đó có các bộ phận được thiết kế để tăng khả năng chống mài mòn và các bộ phận giúp cải thiện độ trượt. Trong kỹ thuật cơ khí và chế tạo máy công cụ, các sản phẩm như vậy được sử dụng để sản xuất động cơ, piston, bộ khớp nối, tua bin, v.v. Ở đây, cơ sở của vật tư tiêu hao là vật liệu chống ma sát của ổ trượt, được đưa vào cấu trúc chạy và đứng yên. thiết bị.

Ngành xây dựng cũng không thể thiếu chức năng chống ma sát. Với sự trợ giúp của các bộ phận như vậy, các cấu trúc kỹ thuật, cấu trúc gắn kết và vật liệu xây được tăng cường. Trong việc xây dựng đường sắt, chúng được sử dụng để lắp đặt các phần tử kết cấu của đầu máy toa xe. Việc sử dụng các vật liệu chống ma sát dựa trên polyme cũng phổ biến, chúng tìm thấy vị trí của chúng, chẳng hạn như cấu trúc kết nối của các ròng rọc, bánh răng, bộ truyền động đai, v.v.

Kết

Nhiệm vụ giảm ma sát thoạt nhìn có vẻ thứ yếu và thường là tùy chọn. Việc cải tiến chất lỏng bôi trơn thực sự giúp cho việc loại bỏ một số cơ cấu khỏi các yếu tố kỹ thuật phụ trợ làm giảm sự mài mòn của tổ công tác chính. Một liên kết chuyển tiếp từ cổ điểnbabbitt thành chất bôi trơn hiệu suất cao đã được sửa đổi có thể được gọi là vật liệu polyme chống ma sát, được đặc trưng bởi cấu trúc mềm hơn và tính linh hoạt trong điều kiện làm việc. Tuy nhiên, hoạt động của các bộ phận kim loại dưới áp suất cao và tác động vật lý vẫn cần có lớp lót chống ma sát ở trạng thái rắn. Hơn nữa, loại vật liệu này không những không trở thành dĩ vãng mà còn phát triển bằng cách cải thiện các đặc tính về độ bền, độ cứng và độ ổn định cơ học.