11.5 Антифрикционные материалы. Классификация, основные типы и области применения.

Элементы пары трения, изготовл. из антифр. мат., имеют положит. градиент мех. св-в, кот. создается при трении без смазки за счет собственных компонентов мат. Осн. группы антифр. мат.: металлич., природные, резина, пластмассы, углеродные, металлокерам.

Металл. мат. подразд. на антифр. цветные сплавы и чугуны. В группу сплавов вход. след. мат. Баббиты – сплавы на основе олова или Pb (с добавками сурьмы, Cu и др. элем.). Тонкий слой баббита наносят на рабоч. поверхн. вкладыша подшип. скольж. Такие подшип. хорошо работ. при смазке маслами. В периоды пуска-остановки (т.е. при плохой смазке) они имеют удовлетв. триботехн. хар-ки благодаря положит. градиенту мех. св-в, кот. создают размягчающиеся при трении компоненты баббита. В наст. время основной областью примен. баббитов явл. подвижной состав железнодор. транспорта.

Антифр. сплавы на основе Cu – это бронзы и латуни. Бр. – сплав Cu с оловом, Al, Be, Pb, кадмием или Cr. До наст. времени бр. остается основным мат. тихоход. подшипн. скольж. Она обеспеч. работоспос. подшип. даже при неудовлетв. смазке. Латунь – сплав Cu с Zn. Латунь может содерж. добавки (до10 %) Al, олова, Mn и др., повыш. ее прочность, корроз. стойк. и литейн. св-ва. Латунь хорошо обрабат. давл. Дост-ва алюмин. сплавов – дешевизна, прочн., высок. теплопр., недост. – значит. тепл. расшир. и способность к схватыв. при тр. без смазки.

Антифр. чугуны содержат графит, имеющий определ. структуру: серый чугун – пластинч. частицы, высокопр. – шаровидн., ковкий чугун – хлопьевид. частицы графита. Чугуны дешевле др. антифр. мат., но уступ. им по износост. и величине коэф. тр. Чугуны примен. в малоответств. узлах тр., работ. при низких нагрузк. и скоростях скольж.

Природные антифрикционные материалы – древесина и драгоценные камни.

Древесина – ткань высших растений. Дост-вом древес. явл. непрерывное и быстрое возобновл. ее ресурсов в природе. В чистом виде древес. как антифр. мат. примен. редко. Обычно ее пропит. маслами или суспенз., содерж. самосмаз. компон., а затем прессуют для повыш. мех. св-в. Различ. 3 гр. антифр. мат. на основе древес. К перв. относят древес., пропит. маслами. Ее технич. ресурс ограничен временем истощ. запаса масла. Мат. 2 гр. – древес., наполнен. маслами, содерж. взвеш. мелкодисп. частицы графита, дисульф. молибд., фторопл. При пропитке частицы неравномерно распред. в поверхн. слое изд., поэтому его триботехн. хар-ки завис. от степени износа. Мат. 3 гр. получ., пропитывая древесину смесью масел и стеаратов поливалентных Ме. Драгоц. камни – минералы с особыми св-ми, используемые для ювелирных целей. В послед. десятилетия налажено пр-тво синтетич. алмазов и композитов на основе нитрида бора – белбор, эльбор и др. Дост-ва антифр. мат. этого класса: слабое молекул. взаимод. с контртелом, малая площадь фактич. касания, высокая износост. при гранич. смазке.

Резина на основе ряда синтетич. каучуков (силоксановые, фторсилокс., фторкаучуки и др.) явл. антифр. мат., кот. использ. в подвижн. уплотн. при жидк. смазке. В госуд. и ведомств. стандартах на уплотн. регламентир. группы резин (теплост., масло- и бензост., вакуумные и т.д.), их показатели и приемлемые усл. тр. Новый вид антифр. резины – так наз. «скользкая» резина. Поверхность тр. резин. детали покрывают слоем фторопл. и обрабат. в вакууме частицами высокой энергии. В результ. на поверхн. тр. формир. тонкое фторопласт. покрытие, химически связан. с подложкой. Деталь, сохраняя присущую резине эластичность, приобретает характерный для фторопласта низкий коэф. тр.

Пластмассы – наполненные, армированные или иным образом модифиц. полимеры. По признакам пр-ссов, сопутствующих формованию изд., пластмассы делят на термопл. и реактопл. Из термопласт. антифр. пластмасс рассм. мат. на основе полиамидов, полиолефинов, фторопл. ПА – гетероцепные ВМС, содерж. в основной цепи азот. Торг. назв. – капрон, найлон, капролон, анид и др. Их дост-во – сочет. хорош. технолог. св-тв, высок. прочн. и износост. Типич. представит. полиолеф. явл. ПЭ, основная цепь кот. сост. из атомов углерода, а боковые звенья – из атомов водорода. В завис. от усл. полимериз. получ. ПЭ различной молек. массы. Из сверх высокомолек. ПЭ делают детали эндопротезов суставов. ПЭ имеет высок. хим. стойкость и низкую стоимость, но менее теплостоек, чем ПА. Фторопл. – сост. из макромолекул в виде углеродн. цепи, к кот. присоединены атомы фтора. Такие макромолек. слабо взаимод. др. с др. Поэтому фторопл. хим. инертны, имеют низк. коэф. тр., практически не сорбируют влагу. Недост. фторопл. явл. склонность к ползуч. Из-за этого их редко примен. в чистом виде, предпочитая наполнять порошками кокса, графита, и т.п., армировать волокнами, проволокой и др.

Типичными антифр. реактопл. явл. пластмассы на основе фенолформальд. (ФФС) и эпокс. (ЭС) смол, кремнийорг. полимеры. Волокнистые фенопласты – композиты, содерж. в матрице из ФФС армирующие волокна. Это прочные, хим. стойкие антифр. мат. Фаолит – кислостойкий триботехн. мат. на основе ФФС, наполненной асбестом, графитом и тальком. Текстолиты – слоистые пластмассы с наполнителем в виде волнистых полотен. Высокая прочн. текстолитов мало завис. от темп., а антифрикционность сочетается со стойкостью в маслах, топливе, слабых р-рах кислот и щелочей. ЭС получили свое название по эпокс. группам, входящим в молекулу смолы. Они имеют хорош. адгезию к Ме, высокие прочн. и хим. стойк. Для получ. антифр. мат. ЭС наполняют графитом и дисульф. молибд. Кремнийорг. полимеры – ВМС, содерж. атомы Si и C в составе элемент. звена макромолекулы. Им присущи высок. термост., антифр. и износост.

Углер. мат. – совок. композ. мат. триботехн. назнач., содерж. компоненты на основе углерода. В нее входят углеродопласты и композиты на углер. и графитизир. матрицах. Углеродопл. – полим. мат., содерж. в качестве упрочн. компонента углеродные волокна в виде жгутов, матов, рубленых волокон. Их примен. в качестве антифр. мат. обусл. наличием графита, являющ. тверд. смаз. мат. и облад. высок. теплопр. Углеродопл. сочет. высок. прочн. и малую плотность. Композиты на углер. и графитизир. матрицах изготовл. путем прессов. кокса, сажи или графита на связке из пека – остатков перегонки дегтей и смол. Затем заготовку обжигают, превращая связку в углеродную матрицу. Графитизир. матрица образ. из углеродной после дополн. ТО. В матрицах обоих типов имеются поры, кот. могут служить емкостью для масел. Триботехн. хар-ки мат. этого класса – химанита практически постоянны в широком интервале температур, включая криогенные.

Металлокерамические антифрикционные материалы содержат твердые смазочные компоненты. Они могут работать без смазки в условиях загрязнения зоны трения твердыми частицами. В технике используют следующие группы таких материалов.

Пористые сплавы железа и графита (железографит), бронзы и графита (бронзографит), алюминия и графита (алюмографит), а также серебра и меди с графитом применяются в подшип. скольж. и скользящих электрических контактах. Они хар-ся высокой электро- и теплопр. Вместо графита использ. дисульфиды и диселениды металлов, нитрид бора и др.

Ленточные металлокерамические материалы содержат в качестве основы металлическую ленту, на которую напекают пористый слой из керамического порошка. Этот слой затем пропитывается металлическим сплавом, например баббитом.