Состав смазок

    Смазки состоят из жидкой основы (дисперсионной среды), твердого загустителя (дисперсной фазы) и различных добавок. Кроме этих составляющих в смазках присутствуют другие компоненты. Например, в составе гидратированных кальциевых смазок присутствует вода как стабилизирующий компонент. В некоторых мыльных смазках содержатся глицерин, выделившийся при омылении жиров, продукты окисления масляной основы, образовавшиеся при термообработке смазки, а также свободные кислоты или щелочи. Для улучшения эксплуатационных свойств в состав смазок вводят присадки различного функционального назначения и твердые добавки. Таким образом, смазки представляют собой сложные многокомпонентные системы, основные свойства которых определяются свойствами дисперсионной среды. дисперсной фазы. присадок и добавок.

    Дисперсионная среда. В качестве дисперсионной среды смазок используют различные смазочные масла и жидкости. Большинство смазок (около 97 %) готовят на нефтяных маслах. В смазках, работающих в специфических и экстремальных условиях, применяют синтетические масла - кремнийорганические жидкости, сложные эфиры, фтор- и фторхлоруглероды, синтетические углеводородные масла, полиал-киленгликоли, полифениловые эфиры. Широкое применение таких масел ограничено из-за их дефицитности и высокой стоимости. В отдельных случаях в качестве дисперсионной среды применяют растительные масла, например, касторовое масло.

    Многие свойства смазок зависят от свойств дисперсионной среды. Природа, химический, групповой и фракционный составы дисперсионной среды существенно влияют на структурообразование и загущаюший эффект дисперсной фазы, а, следовательно, на реологические и эксплуатационные свойства смазок. От свойств дисперсионной среды зависят работоспособность смазок в определенных интервалах температур, силовых и скоростных нагрузок, их окисляемость. коллоидная стабильность, защитные свойства, устойчивость к агрессивным средам, радиации, а также набухаемость контактирующих со смазками изделий из резины и полимеров. Низкотемпературные свойства смазок (вязкость при отрицательных температурах, пусковой и установившийся крутящие моменты) зависят от вязкости дисперсионной среды при низких температурах, а испаряемость - от молекулярной массы, фракционного состава, температуры вспышки дисперсионной среды и продолжительности температурного воздействия.

    Зависимость вязкости смазок от вязкости дисперсионных сред при одинаковых отрицательных температурах носит линейный характер и описывается уравнением

n_см=a+bn_д.с ,

    где n_см - вязкость смазки; a, b - коэффициенты; n_д.с - вязкость дисперсионной среды.

    При низких температурах пусковой крутящий момент также является функцией вязкости дисперсионной среды, определенной при той же температуре,

    Смазки работоспособны до такой температуры, при которой их вязкость не больше 2000 Па-с, пусковой крутящий момент меньше 50 Н-см и установившийся крутящий момент - не выше 10 Н-см. Нефтяные масла используют прежде всего в смазках общего назначения, работоспособных в интервале температур от -60 до 150 °С (на днстил-лятных маслах от -60 до 130 °С н на остаточных маслах - от -30 до 150 °С). Для узлов трения, работающих при температурах ниже -60 °С и длительное время при температурах выше 150 °С, применяют смазки, изготовленные на синтетических маслах. На этих маслах можно получить смазки, работоспособные при температурах от -100 до 350 °С и выше.

    Из кремнийорганических жидкостей наиболее часто в качестве дисперсионных сред используют полиметилснлоксаны и полнэтилси-локсаны. Они обеспечивают работоспособность смазки при температурах от -60 до 200 °С. Реже используют полиметилфенилсилоксаны и поли-галогенорганосилоксаны. Полиметилфенилсилоксаны и полигалогенор-ганосилоксаны обладают лучшими противоизносными и противоза-дирными свойствами по сравнению с обычными полисилоксанами. Эти жидкости обеспечивают работоспособность смазок в интервале температур от -100 до 300 °С.

    Смазки на сложных эфирах применяют при температурах от -60 до 150 °С. Они характеризуются хорошей смазывающей способностью, однако не работоспособны при контакте с водой из-за гидролиза эфиров. Эти смазки вызывают набухание резиновых уплотнений.

    При производстве смазок используют также синтетические углеводородные масла на основе полиалъфаолефинов и алкилированных ароматических углеводородов, в первую очередь - алкилбензолов. Смазки на алкилбензолах и полиальфаолефинах применяют при температурах от -60 до 200 °С.

    Применение полиалкиленгликолей в качестве дисперсионной среды обеспечивает работоспособность смазок в интервале температур от -60 до 200 °С. Смазки на полифениловых эфирах стабильны при высоких температурах (до 350 °С), воздействии кислорода и радиации.

    Фтор- и фторхлоруглеродные масла термически стабильны до температуры 400-500 °С. Они не воспламеняются, не горят, устойчивы к воздействию сильных кислот, щелочей и других агрессивных сред. не окисляются, не вызывают коррозию металлов, обладают высокими смазывающими свойствами. Поэтому их применяют для получения огнестойких смазок и смазок, контактирующих с агрессивными средами, и в экстремальных условиях.

    Дисперсная фаза. Температурные пределы применения смазок во многом определяются температурами плавления и разложения загустителя, его растворимостью в масле и концентрацией в смазке. От природы загустителя зависят антифрикционные и защитные свойства, водостойкость, коллоидная, механическая и антиокислительная стабильности смазок. Так, мыла, являясь поверхностно-активными веществами, выполняют в смазках одновременно функции загустителя, протнвоизносного и противозадирного компонентов. При этом модифицирующее действие мыл на поверхности трения связано с поверхностно-молекулярным, а не химическим взаимодействием, что характерно для фосфор-, серо- и хлорсодержащих присадок.

    Трибологические свойства смазок зависят от типа катиона мыла (его донорно-акцепторных свойств) и улучшаются при переходе от катионов металлов I группы к катионам металлов II группы.

    Смазки, полученные на мылах различных катионов, значительно отличаются по защитным свойствам.

    Катион мыла также оказывает влияние на низкотемпературные свойства смазок. Так, натриевые и литиевые смазки по низкотемпературным свойствам близки между собой, но значительно превосходят кальциевые, алюминиевые и бариевые смазки.

    Присадки и наполнители. Присадки обладают свойствами поверхностно-активных веществ. Это предопределяет их активность как в объеме смазки так и на границе раздела дисперсная фаза - дисперсионная среда. Для улучшения свойств смазок применяют в основном те же присадки, что и для легирования масел: противоизносные, противозадирные, антифрикционные, защитные, вязкостные и адгезионные. Применяют также ингибиторы окисления, коррозии. Многие присадки являются полифункциональными.

    Влияние различных противозадирных и противоизносных присадок на Трибологические характеристики - критическую нагрузку Рк и нагрузку сваривания Рс литиевых смазок на основе нефтяного масла иллюстрируется данными табл.ниже.

Трибологические характеристики смазок
на гидроксистеарате лития с присадками
(маc. доля 3%)

 

    Наполнители - это высокодисперсные, нерастворимые в маслах вещества, не образующие в смазках коллоидной структуры, но улучшающие их эксплуатационные свойства. Наиболее часто применяют наполнители с низким коэффициентом трения: графит, дисульфид молибдена, тальк, слюду, нитрит бора, сульфиды некоторых металлов, асбест, полимеры, оксиды и комплексные соединения металлов, металлические порошки и пудры. Влияние природы наполнителя на критическую нагрузку задира Рк литиевых смазок на основе нефтяного масла иллюстрируется данными табл. ниже, а его содержания на трибологические характеристики Рк и Рс и антифрикционные свойства (коэффициент трения f) литиевых смазок - данными табл. ниже.

Трибологические характеристики смазок
на гидроксистеарате лития с наполнителями
(мас. доля 10%)

 

Трибологические характеристики и
антифрикционные свойства смазок
на гидроксистеарате лития с наполнителями

 

    В качестве наполнителей широко используют оксиды цинка, титана и меди (I), порошки меди, свинца, алюминия, олова, бронзы и латуни, которые обычно замешивают в готовую смазку в количестве от 1 до 30 %. Такие наполнители применяют преимущественно в резьбовых, уплотнительных, а также антифрикционных смазках, используемых в тяжелонагруженных узлах трения скольжения (различного вида шарниры, некоторые зубчатые и цепные передачи, винтовые пары и др.). Дискуссионным остается вопрос о целесообразности использования металлоплакирующих смазок в подшипниках качения, особенно быстроходных, и подшипниках высокой точности исполнения. В большинстве случаев это приводит к отрицательному эффекту.

    Эксплуатационные характеристики углеводородных смазок можно улучшить такими добавками, как природные воски и их компоненты. Например, адгезионные, защитные и низкотемпературные свойства углеводородных смазок обычно улучшают введением в их состав буроугольного и торфяного восков, спермацета (табл. ниже). Эффективность действия природных восков определяется их химическим составом, молекулярной массой и концентрацией в смазках.

Свойства углеводородных смазок с добавками восков