Tribotechnické listy

 

 

BÍLÁ TUHÁ MAZIVA - správný krok v tribologii

Vedle sirníku molybdeničitého, grafitu a PTFE nabývají stále více na významu anorganické fosfáty a oxidy jako aditiva pro snížení tření a otěru zejména u strojních součástí s kmitavým průběhem pohybu a u tváření za studena. Bude zde referováno o výsledcích ze zkušeben i z praxe a o výzkumech mechanismu účinků těchto nových tuhých maziv. Dřívější práce ukázaly, že pro mechanismus účinků mohou být předpokládány chemické reakce. Nové výzkumy dokládají, že tato tuhá maziva nereagují při kluzném kontaktu chemicky, nýbrž že se třecí plochy od sebe oddělují fyzikálně, takže povrchy kovů se nedotýkají. Působí jako „udržovatel odstupu", jako distanční tělíska. V protikladu k sirníku molybdeničitému se nevytváří žádný film.

 

Použití tuhých maziv při řešení extrémních problémů s mazáním odpovídá současnému stavu techniky již delší dobu. Nejznámější tuhá maziva jsou grafit a sirník molybdeničitý.

 

Tabulka č. 1 Přehled nejdůležitejších tuhých maziv

 

Hlavní oblastí používání grafitu je tváření kovů při vysokých teplotách, např. kování. Sirník molybdeničitý se setkává s úspěchem vždy, když je třeba zvládnout extrémní plošné tlaky, vakuum, vysoké teploty, radioaktivní záření nebo agresivní média, nebo tam, kde se vyžaduje suché mazání.

 

Tabulka č. 2 Součinitele tření různých tuhých maziv

 

I když se ukázalo, že s těmito tuhými mazivy je možno dosáhnout výtečných výkonů, zůstávají některá přání dosud nesplněná, především ne příliš vynikající výkon při mazání třecích ploch s kmitavým pohybem a dále černá barva tohoto maziva, která špiní materiál i pracovníky. Technici požadovali „bílý sirník molybdeničitý", který by byl při používání čistý, v mazacích účincích lepší a také snadno odstranitelný z třecích ploch.

 

 

 

Bílá tuhá maziva

Po dlouholeté výzkumné práci byly skutečně nalezeny látky tohoto druhu. Jejich přednosti proti MoS2 a grafitu spočívají zvlášť v těchto třech bodech:
1) přidány do olejů a tuků mají velkou převahu co se týče součinitele tření a otěru zejména u kmitavých pohybů.
2) totéž platí o jejich antikorozních vlastnostech.
3) tato tuhá maziva mají bílé nebo přírodně světlé barvy a proto při používání neznečišťují.
Tabulka 1 podává přehled nejdůležitějších černých a světlých tuhých maziv.

 

 

Dále se mezi sebou porovnávají výkon a mechanismus účinku sirníku molybdeničitého jako zástupce černých tuhých maziv a hydroxidu vápenatého a pyrofosforečnanu zinečnatého jako zástupců bílých tuhých maziv.

 

obr1

Obr. 1


Způsob účinku sirníku molybdeničitého byl mnohokráte obšírně vysvětlen a spočívá v jeho lamelární krystalické struktuře. Krystalická struktura MoS2 a grafitu je na obr. č.1.
Silné vazby mezi rovinami molybdenu a síry a slabé vazby mezi rovinami síra - síra, umožňují snadné přesunutí krystalických lamel, svazky vrstev se dělí působením síly, dochází k vytvoření filmu.

 

Tabulka č. 4 Pasty na základě minerálního oleje s tuhými mazivy

 

Roviny síry vedou k silné vazbě na kovové plochy, které odolávají kluznému tlaku většiny kovů. Tento film ze sirníku molybdeničitého spolehli-vě odděluje třecí plochy - viz. obr. č. 2. Oproti sirníku molybdenit-tému nevytváří bílá tuhá maziva na třecích plochách soudržný film, protože jsou v suchém stavu, jako prášek, a nevykazují také žádný mazací účinek.

 

Mazací výkon bílých tuhých maziv na zkušebních strojích
Zatímco sirník molybdeničitý má součinitel tření 0,05, vykazují ostatní tuhé látky i pyrofosforeč-nan zinečnatý a hydroxid vápenatý výrazně vyšší hod-noty, až 0,25, viz. tabulka 2.
Avšak přidají-li se tato bílá maziva do minerálních olejů nebo plastických maziv, obrat se změní: byl dosažen vynikající mazací účinek.

 

obr2

Obr. 2

 

Tento fenomén je nyní objasněn podrobněji, a to na základě mnoha zkušebních výsledků.

 

tab3

Tabulka č. 3 Přehled aplikovaných skušebných metod. Ve všech případech jsou testovaná tělesa ocel/ocel

 

Výzkumy byly prováděny na šesti různých modelových aparaturách (viz. tabulka 3), které mají velmi rozdílné kontaktní geometrie, pohybové průběhy, rychlosti a tlaky. Přesto bylo dosaženo stejných výsledků.

Pasty
Jestliže se pasty vyrábějí z tuhých maziv grafitu, sirníku molybdeničitého, hydroxidu vápenatého a pyrofosforečnanu zinečnatého v minerálních olejích (asi 50 % podíl tuhých maziv), pak na stroji Almen-Wieland převažuje používání bílých tuhých maziv.
Závislost třecí síly na zatížení u past z tuhých maziv v minerálním oleji je možné sledovat na obrázku č. 3. Analogické je chování těchto tuhých maziv při otěru, jak je možné sledovat v tabulce č.4. Výsledků s podobnými tendencemi dosáhli také pánové Neukirchner, Schmidt a Schneider.

 

Obr. 4 Pasta MoS2


Obr. 5 Disperze tuhých maziv v minerálním oleji


S ohledem na součinitele tření a chování stick-slip jsou určité fosfáty mnohem lepší než sirník molybdeničitý.

 

Disperze
Srovnání součinitele tření a otěru u disperzí grafitu, sirníku molybdeničitého, hydroxidu vápenatého a pyrofosforečnanu zinečnatého v minerálním oleji bylo měřeno na Lubrimetru a na Reichertově váze, viz tabulka 5. Bílá tuhá maziva vykazují velmi nepatrný otěr a nízký součinitel tření i ve srovnání s aditivem EP, rozpustném v oleji. Tyto výsledky se potvrzují také na čtyřkuličkovém přístroji a přístroji Almen-Wieland, viz. Tabulka 6. Hydroxid vápenatý a pyrofosforečnan zinečnatý mají stejně dobré vlastnosti při zadírání a zatížení jako disperze sirníku molybdeničitého a grafitu, případně EP aditiv.

 

tab5

Tabulka č. 5 Disperze tuhých maziv v minerálním oleji



Plastická maziva (dále jen PM)
Při kmitavých pohybech je přednost bílých maziv zvlášť zřetelná.

 

 

Zkouší-li se na přístroji SRV třecí a otěrové poměry lithného PM s bílými tuhými mazivy ve srovnání s lithným PM obsahujícím sirník molybdeničitý a s lithným PM bez tuhých maziv, ukáže se i zde velmi zřetelně převaha bílých tuhých maziv.

 

obr6

Obr. 6

 

Výsledky těchto testů můžete pozorovat na obrázcích č. 4 a 5. Zřetelně je zde vidět hladký průběh křivky koeficientu tření a nulový otěr PM s obsahem bílých tuhých maziv oproti PM s obsahem sirníku molybdeničitého. Tyto práce byly potvrzeny tím, že byly v letech 1980-85 uveřejněny v Maďarsku, Zakar, Vamos, Somfai, a NDR Schneider, Wockert, Neukirchner, Brendel.

 

Obr. 7 Výsledky zkoušek životnosti u kloub. ložisek. Srovnání plastického maziva obsahujícího MoS2 s plastickým mazivem obsahujícím bílá tuhá maziva

 

Popisují laboratorní zkoušky a praktické zkušenosti s bílými tuhými mazivy a docházejí k výsledku, že světlá tuhá maziva ve formě past, PM a disperzí dosahují dobrých mazacích a oddělovacích efektů a na základě své světlé barvy mají i fyziologickou nezávadnost a dobrý antikorozní účinek a mohou tak výhodně nahradit sirník molybdeničitý. Výrobky tohoto druhu se doporučují především pro hluboké tažení, lisování, pro montáž, k mazání kulových kloubů, vřeten, kuličkových šroubů atd.

 

Výsledky praktických zkoušek u strojních součástí
V roce 1983 vyšla, u jednoho známého výrobce kloubových ložisek, zpráva o velmi rozsáhlých pokusech s PM obsahujícími sirník molybdeničitý a s PM obsahujícími bílá tuhá maziva. Ukázalo se přitom, že tato „bílá PM" přinášejí velké zvýšení výkonů.
Obr. č.6 zřetelně ukazuje prodloužení životnosti z průměrných 50 hodin na více než 500 hodin, když se namísto MoS2 použilo světlých tuhých maziv. Analogické reakce vykazuje i tření a otěr, jehož průběhy i velikosti jsou na obr. č.7. Součinitel tření a otěr vykazují výrazně nižší hodnoty pro PM s bílými tuhými mazivy, životnost ložiska se prodloužila. Podobné zkoušky se stejným výsledkem prováděl i další výrobce kloubových ložisek.

 

Tabulka č. 6 Disperze tuhých maziv v min. oleji. Hodnoty zatížení při zadření v (N)

 

Tabulka č. 7 Otěr a zatížitelnost disperzií

Pyrofosfát - minerální olej

 

Uplynulo 40 let od zveřejnění prvních zpráv o bílých tuhých mazivech. Dnes se dá říci, že tato maziva zaujala první postavení a mohou být použita vždy tam, kde jsou extrémní podmínky tření, jako:

- kluzná místa s vysokými tlaky a nízkými kluznými rychlostmi

- kmitavé průběhy pohybu

- koroze.

 

Funkční charakteristika bílých tuhých maziv
Jak bylo řečeno úvodem, spočívá funkční charakteristika sirníku molybdeničitého v tom, že zatížením vytváří homogenní film mezi třecími plochami a tím je od sebe odděluje. U bílých tuhých maziv nebylo vytváření podobného filmu pozorováno. Protože bylo zjištěno, že různé pyrofosforečnany mají rozdílné mazací vlastnosti, je jasné, že zde hrají určitou úlohu chemické reakce mezi tuhými mazivy a kovovými povrchy.
Tabulka 7 ukazuje, že pyrofosforečnany: -železnatý, -zinečnatý a -vápenatý mají uspokojivé hodnoty zatížitelnosti a otěruvzdornosti, zatímco pyrofosforečnany -cínatý a -horečnatý v tomto směru neobstojí.
Byla proto dále zkoumána reakce pyrofosforečnanu zinečnatého a hořečnatého se železem a skutečně se přišlo na to, že účinný pyrofosforečnan zinečnatý reaguje se železem mnohem silněji než neúčinný pyrofosforečnan horečnatý.
Z grafu křivky je patrné, že po 60 min. při 843 °C se asi 20 % železa s Zn2P2O7 změní na fosforečnany železa, zatímco změna s Mg2P2O7 nečiní ani celé 1%. Lze předpokládat, že fosforečnany železa se tvoří podle následující rovnice:

7 Fe + Zn2P2O7 = 2 FeP + FeO + 2 ZnO

Na potvrzení této reakce byly kluzné plochy kloubového ložiska, které běželo 500 h s PM, obsahujícím bílé tuhé mazivo, zkoumány pod rastroelektronovým mikroskopem a bylo konstatováno, že vnitřní plocha kroužku ložiska má velmi hladkou stopu. Rentgenové spektrum tohoto povrchu však ukazuje jen prvky oceli, žádné obohacení fosforem, jaké by se dalo čekat v případě chemické reakce. Chemické reakce musejí být tedy vyloučeny alespoň v podmínkách zkoušky tohoto kloubového ložiska. Dále krystaly pyrofosforečnanu zinečnatého se skládají z množství plochých primárních částic. Hydroxid vápenatý má podobný obraz. Tyto primární částice jsou velmi malé, jen asi 0,2 µm (0,0002 mm). Lze si představit, že se při třecím pohybu tyto aglomeráty rozptýlí, primární částice vytvoří spolu s nosným olejem film, který se dá díky přítomnosti částic tuhého maziva jen těžko prorazit. Tuhá maziva působí současně i jako „udržovač odstupu, či separátor kluzných ploch", zamezují adhezívní otěr, k zadření nedochází. Velmi nepatrný otěr, který vzniká, je způsoben částicemi tuhého maziva, které vyhlazuje a jemně leští povrch.

 

 

Dr. J. Gänsheimer, Ing. Zdeněk Nacházel

 

 

 

Späť

 

Pridať komentár

* :
* :
* :
9 + 5 =
Odoslanie formulára

TriboTechnika 4/2019

TriboTechnika_4_2019 by TechPark Vydavatelstvo on Scribd