CC BY
81
УДК 621 787.539
ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИКО МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ И СТРУКТУРЫ СЛОИСТЫХ СМАЗОК
А П Моргунов1. В. Б. Масягин1. Вал. В. Деркач^Н. А. Матвеев2 1 Омский государстбеньый технический университет, г Омск Россия ' ФГУП«Научно-производственное предприятие «Прогресс», г. Омск, Россия
Аннотация - В статье рассматривается определение возможности применения тверды! слоистых смазок с целью повышения износостойкости металлических поверхностей детален при их контактном взаимодействии в различных условиях эксплуатации. Приведены типы связен в структуре твердых смазок на примере дисульфида молибдена Мо.$;, а также изменение свойств при нормальной н повышенной (350-480">с)температур«1х воздействия. Результаты экспериментальны! исследований на механизме поворота башни ганка позволили сделать вывод о целесообразности использования дисульфида молибдена Мо.$2, особенно при эксплуатации машины при низких температурах ( 25... 50°С").
Ключевые слова: слоистые смазки, дисульфид молибдена, износостойкость, коэффициент трения.
I Введение
Большое распространение, которое получили в последние годы слоистые твердые материалы в качестве смазывающих ьещестз. привлекло к ним внимание исследователей. Однг-ко в настоящее время еще нет единых обоенэванных представлений о природе трення слоистых смазок.
Иска еще нельзя дать однозначного е исчерпывающего ответа на вопрос о том. что определяет смазочную способность слоистых твердых смазок.
Однаю уже сейчз: можно наззатъ некоторые характеристики общие для материалов с ярко выраженной смазывающей способностью.
К таким характеристикам можно отнести форму кристаллической решетки: форму поверхностей слоев, ограничивающих плоскости скольжения; степень неоднородности св.тзен между атомами кристаллической решетки; величину работы, затрачиваемой на расщепление кристалл* слоистой смазки по плоскости скольжения: высокую адгезию к металлическим поверхностям.
Твердые слоистые материалы, обладающие смазывающей способностью, имеют в своем большинстве решетку гексагонального структурного типа.
П. Постановка задачи
Для всех твердых смазок характерна слоистая структура, при которой атомы, находящиеся в одной плоскости. достаточно плотно упакованы, а нх кристаллическая решетка состоит из ряда таких взаимно параллельных слосв. В решетке графита эти одинарные слон состоят из однородных атомов углерода, в решетке дисульфидов и диселенидов молибдена и вольфрама имеются тройные слон: слои атомов молибдена или вольфрама располагаются между двумя слоями атомол серы (дисульфиды) и.тти между двумя слоями атомои селена (селеичды) К решетке С<и2 слой атомов кадмия располагается между двумя слоями агомов йода.
Слоистые твердые смазки принадлежат к классу так называемых аннзодесмических соединений, у которых относительная прочность связей между атомами резко различна в различных направлениях [1]. 'Это различие вызвано тем. что для аннзодесмических структур характерна резкая разница в межатомных расстояниях: кратчайшее рассюяынс до идною-фсх О.тжашнил ашмив шешши шшчжпа ш следующею ио величине расстояния между аналогичными атомами. Например, в решетке графита расстояние между ближайшими атомами углерода в слое равно 1.42 А (кратчайшее расстояние между атомами в параллельных слоях - 3.44 А).
В структуре твердых смазок обычно сочетаются два типа связей: остаточная или вандерваальсовская связь с нонно - ковалентным типом сеязи. Так. в кристаллической решетке дисульфида молибдена связь между атомами серы, расположенными в параллельных плоскостях, является вандерваатьсовской. а связь между атомами Мо - 5 - ковалентной. Силы, связывающие атомы углерода в одном слое решетки графита, относятся к ковалентным связям, а межслойные связи являются связями металлического типа.
Прочность ваЕдервазльсовской связи чрезвычайно мата: кроме того, она обратно пропорциональна шестой степени межатомного расстояния и в десятки раз слабее часто ноннон связи.
Наличие значительно более слабых сил связи между отдельными слоями по сравнению с анаюгичнымн силами внутри слоез является облшм для всех материалов со слоистой структурой В случае резкой анизодеемнч-ности связей в кристалле, например, у таких твердых слоистых смазок, как сульфиды и селеннды молибдена и вольфрама а также селеннды ниобия, под воздействием внешних сил происходит скольжение, т. е. смешение одних блоков кристалла относительно других в плоскости, нормальной к направлению действия наислабейших сил. У рассматриваемых кристаллов эга плоскость обычно является плоскостью спайности.
Так. в кристаллах дисульфидов или диселенидов скольжение происходит соответственно между параллель ными слоями атомов серы или селена, удаленных -руг от друга на значительно большие расстояния, чем атомы серы или селена, расположенные в одной плоскости. Кристаллическая структура твердых слоистых смазок хотя и не определяет вгецело их смазывающей способности, однако, существенно влияет на пластичность материала и его поведение в условиях трения. Это подтверждается существованием некоторой корреляции между коэффициентом трения и соотношением параметров кристаллической решетки. Последняя величина (с/а) в какой-то мере качественно отражает различие сил связей между атомами, расположенными в плоскости сдвига и в плоскости. перпендикулярной к ней. н. следовательно, может характеризовать сопротивление сдвигу.
Механизм рассматриваемого явления еше полностью не раскрыт, два возможных пропесса диффузия н образование электрических зарядов - втияют на увеличение энергии межплоскостной связи графита н слюды в вакууме.
В первом случае водяные пары, содержащиеся в воздухе, диффундируют в глубь твердого тела (слюда или графит) и воздействуют на силы связи этих слоистых вешеств. так как молекулы воды ослабляют ионные связи между атомами. В вакууме диффузия, которая прямо пропорциональна градиенту концентрации газа, значительно снижается, так что воздействие молекул водяного пара на связи практически исключается. Поэтому энергия связи кристалла, которая характеризуется величиной работы, затрачиваемой на его расщепление, возрастает в несколько раз.
Согласно второму предположению, при расщеплении кристалла по плоскостям спайности создаются силы притяжения между плоскостями. На воздухе этот эффект быстро нейтрализуется атомами газов, адсорбированных на плоскостях скольжения. В ультравысоком вакууме эта возможность почти исключается, что и приводит к увеличению работы, затрачиваемой на расщепление кристалла в этих условиях.
Гипотеза, выдвигаемая Бранантом с соавторами, заслуживает внимания и требует экспериментальной проверки применительно к таким известным н перспективным слоистым смазкам, как сульфиды и селенкды молибдена. вольфрама, ниобия.
С позиций этой гипотезы хорошс объяснимо поведение графита при трении на воздухе и в вакууме при умеренной температуре. В последнем случае коэффициент трения графита возрастает до 0.5 и выше в зависимости от материала контртела и значительно превосходит коэффициент трения на воздухе. В доступной нам
литературе нет данных по коэффициент.' трения слюды в вакууме, и псэтому затруднительно установить точно, существует ли для слюды. так же как и для графита, корреляция между величиной работы, затрачиваемой на расщепление кристалла по плоскостям спайности, а коэффициентом трения. Однако, если сопоставить коэффициент трения на воздухе для свежералцепленной поверхности слюды, когда различные загрязнения из воздуха еще не успели адсорбироваться на поверхности трения, с коэффициентом трения слюды после длительного скольжении на воздухе, то можно заметить определенную связь между данными Брайанта и фрикционным поведением слюды. Так. в первом случае коэффициент трення достигал величины 0.35. а во втором 0.48 [2].
Работы Брайанта с соавторами представляют собой интерес в том стношении. что они доказываю несостоятельность гипотезы «легкого среза» по плоскостям спайности, объясняющей хорошие смазывающие свойства графита на воздухе исходя только из его слснстой структуры и способности легко расщепляться по плоскостям спайности. Теоретическая величина работы, затрачиваемой на расщепление кристалла графита по плоскостям спайности, так же как и определенная экспериментально в вакууме достаточно высока, что указывает на наличие значительной когезни между плоскостями скольжения графита.
Б отношении механизма смазывающего действия Мо$2 существуют различные предположения и гипотезы. Так. Джонсон и Еан в 1956 г. Еыдвинули гипотезу, согласно которой высокая смазывающая способность и низкий ктффициен- третья Мо$>з и иякууме обусловлены обраяованиеч» и процессе скольжения тонкого ело? аморфной серы, обладающей чрезвычайно низким сопротивлением срезу. Авторы полагали, что в процессе трения дисульфида молибдена происходит своеобразный «трнбэ-крэкинг». результатом которого является образование свободной серы.
Против этой гипотезы говорит, во-первых тог факт, что коэффициент трения серы по сере значительно выше. чем МоБ: ио \loSi. а гакже исследования но 1реншо МоЭт * у.тырдвысоком вакууме и азоте, выиолненные Холгнером.
Особую- точку зрения на природу трения дисульфида молибдена высказал Брайтуайт. который считает, что хорошие смазывгющне свойства \I0S2 обусловлены его слоистой структурой и способностью расслаиваться при нагревании, возникающем за счет тренит
Согласно Браитуайту. при трении МоЭч на воздухе происходит его окисление, при этом образуются как нелетучие окислы молибдена (МоСК М0О3), гак и летучий окисел серы $0:. При нагревании МоБ^ в процессе трения высвобождаются ранее образовавшиеся окислы серы. Последнее, как полагает Брайтуайт. значительно ослабляет связь между плоскостями скольжения дисульфида молибдена и тем самым обеспечивает их легкий сдвиг и пилага кеэффпцпеит трепия.
Брайтуайт показал, что частичное окисление порошка Мо$; в присутствии кислорода может происходить при температуре 150-1?0°С. Он связывает смазывающую способность МоЭ> с процессом его окисления при трении. Доводы Ерайтуанта нельзя считать достаточно убедительными, так как они находятся в противоречии с результатами экспериментов по трению дисульфида молибдена в вакууме выполненных в лаборатории теории трения ИМА1Л и в США Холгнером. Проведенные нами многочисленные испытания показали, что при трении в высоком вакууме, где возможность окисления \I0S2 сведена до минимума, коэффициент трения его издает по сравнению с воздухом в 2 раза и боле: [3].
Существенного изменения физико-механических свойств слоистых смазок и коэффициента трения при нанесении смазкл на поверхности с последующим упрочнением ударно-акустической обработкой, вибрационным обкатыванием и другими методами поверхностно-пластического деформирования (ПЕД) не наблюдалось.
Из различных гипотез и предположений выдвинутых учеными для объяснения смазывающей способности Мо$2, наиболее ьерными являются представления Брайанта с соавторами, подробно развитые ими применительно к графиту Исходя из этих представлений следует предюл ожить. что для расщепления кристалла Мо$? по плоскостям спайности нужно затратить значительно хеныпую работу, чем в случае расщепления кристалла графита.
В отличие от графита, который является весьма инертным материалом. Мой: химически значительно более активен. При трении Мо$2 на воздухе возможно его окисление на отдельных участках контакта даже при температуре порядка 80°С. Такое окисление рассматривается как механо-химнческая реакция, типичная дтя юве-нильных поверхностей образующихся в процессе экислення. Окисленные участки \I0S2 гидрофильны и легко поглощают водяные пары, всегда содержащиеся в воздухе.
Аюмы кислорода и воды, адсорбированные между слоями МоБ^. могут стать .химически связанными, что повлечет за собой увеличение сопротивления сдвигу вдоль плоскостей скольжения и как следствие этего росг коэффициента трения Изучение кинетики разрушения пленок Мо$2 в процессе трения на воздухе = ^ кГ (50 Н). 7= 1.6 м/с], выполненное с использованием электронного микроскопа и кнносьемкн поверхности трення. позволило установить, что разрушение пленки дисульфида молибдена (ранее нанесенной на металлическую поверхность фрикционным способом) начинается с образования на ее поверхности микровздугнй (размером
400 А), которые затем увеличиваются до ~ 3 мм: пленка под вздутиями становится плоской и отслаивается. Авторы считают, что такие пузырьки образуются на участках концентрации напряжений, в результате действш которых возникают усталостные явления в поверхностных слоях пленки дисульфида молибдена и усиливается химическая активность (взаимодействие с влагой и кислородом воздуха). Сочетание таких процессов пряводет к усталостному разрушению пленки.
Ш. Теория
В работе С'ейведжа показано, что эффективность использования графита в Еачестве смззочного материал; зависит от присутствия водяных паров. Вохтные и другие пары, адсорбированные на базовых плоскостях, снижают коэффициент трения с 0.50 до 0.18. Сильное изнашивание, называемое «распиливанием», происходит I вакууме. Позднее было показано, что графит имеет сравнительно прочные межплоскостные связи. Пары действуют как смазочный материал. Эти эксперименты проводились с графитовыми стержнями, скользящими пс меди, но пленки графита вели себя так. как и при комнатной температуре. Влажная пленка обеспечивает коэффициент трения 0.12. который снижается при ее высушивании путем нагревания. Такое поведение подтверждает. что имеет место внутрипленочное проскальзывание, модель 4 см Табл. 1. Поверхности графита смазываются парами таким же образом, кэе поверхности алмаза влагой, а металла в условиях граничного трения - органическими пленками.
Эти результаты побудили к исследованию влияния влажности на МоБ:. Обнаружено, что трение мало в сухой атмосфере, однако с ростом влажности увеличивается примерно на 85%. а затем снижается. Рост гренш связывают с наличием металлических контактов через пленку, в то время как последующее его уменыпенш объясняют химическими реакциями между Мо$> и поверхностью металла, уменьшающими металлический контакт. Это было подтверждено в процессе дальнейших исследований. Однако трение возрастало даже при низкой влажности и при отсутствии металлических контактов.
Мац/нага [4] изучал трение шарообразных частиц Мо$2 по стали и получил следующие результаты. Е сухое атмосфере формнрсвалась тонкая сплошная пленка, обеспечивающая низкие значения коэффициента гренш (0.15) и ннтенснвнсстн изнашивания (2Х10"6). Во влажной атмосфере коэффициент трения составлял 0.30, а интенсивность изнашивания - 90x10"4. Эти результаты, аналогичные полученным для графита, подтверждают что Мо$2 скользит по Мо$:, однако адсорбированная влага увеличивает тренне. Такое увеличение трения вызывает перенос \I0S2 на себя в форме отдельных фрагментов.
OA
0.3 -
0.2 -
0.1 -
а)
fpv. Лж/(м
Рис. 1. Влияние влажности пленки на коэффициент трения/(а) н интенсивность изнашивания 1Н (6) при контактном давлении. МЛа: 1 - 0.082; 2 - 0.165; 3 - 0.247; 4 -0.330; 5 - 0.412
IV. Результаты экспериментов
Последующие исследования показали. что особенности скольжения при более высоких нагрузках скоростях н температурах такие же. как и в сухой атмосфере. Увеличение температуры тенки приводит к понижению се влажности и снижает трение и износ. Например, на рис. 1 представлены данные, иллюстрирующие влияние «подсушивания» шенки M0S2 на трение и интенсивность изнашивания. Халтнет изучал влияние разных ларов на смазочную способность M0S2 в вакууме. Он пришел к выводу, что наличие паров не язляется обязательным условием смазывания: при вакууме 1.3x10 Па коэффициент трения равнялся 0.08. Увеличение коэффициента трения, зафиксированное, при более низком вакууме (1.3x1 (Г4 Па), совпадает с началом адсорбционного загрязнен:« поверхностей MoS;. Таким образом, адсорбированные пары увеличивают адгезию. Аналогично слои талька, связанные силами Ван-дер-Ваальса, в присутствии влаги сказываются связанными более прочно, так как их слабые связи заменяются водородными
Халтаер исследовал также поведение WSj. При высоком вакууме 8.5* Ю-2 Па коэффициент трения существенно не зависел от состава среды и равнялся примерно 0.17, однако лри низком вакууме 1.3x10"- Па пары углеиодаролси (ияоамилоиый спирт) обеспечивали малое трение ~ 0 00 Таким образом пары некоторых органических веществ смазывают слоистые структуры однако давление должно быть достаточно низким, чтобы мсгли формироваться прочные пленки. Аналогичные результаты потучены для MoS> при исследовании пленок, полученных распылением, и единичных кристаллов [4]. Такое поведение, прежде всего, свидетельствует о воз-мсжносгн иозсрхностного проскальзывания, но при этом необходимо также учитывать химические и физические эффекты. Например, никто из перечисленных исследователей не рассматривал, каким образом пары могут влиять на твердость пленки. Чем мягче, тем больше должен быть коэффициент трения. Ф ля гашу эр обнаружил, что на химическую активность пленки влияет также ее ориентация. Как показали Джонстон и Мур, вполне возможно. что ориентации пленки способствует влажность.
Расслоение изучали несколько исследователей. Брайнт измерил межслойиую когезию графита в высоком вакууме и нашел, что она составляет 1. /Ь><10 1 Дж ем2. Это на порядок выше, чем соответствующая величина на воздухе Авторы пришли к выводу, что MoSj, тальку и пирофиллиту внутренне присуща смазочная способность. Эти материалы легко расслаиваются без воздействия газовой среды. Для других же материалов необходимо присутствие паров, чтобы они проявили смазочную способность. В этой связи представляет интерес вопрос. почему талы намного хуже в качестве смазки, чем M0S2- Очевидный ответ заключается в тем. что. во-первых. он химически не сцепляется с поверхностью. Механически он дотжен сцепляться столь же хорошо, как и M0S2, но химические реакции не обнаружены. Во-вторых, когешонная прочность его пленки ниже. Предела ял яе- HHTqiec эугперимент который посолил бы найти условия или материалы для которых тальк бил бы эффективным смазочным материалом. 'Это обеспечило бы существенное продвижение в понимании критерия смазывзния.
Мацумага расслаивал единичные кристаллы M0S1 и обнаружил избыток серы на плоскостях спайности. Фрикционные испытания дата аналогичные результаты. При скольжсннн алмаза по единичному кристаллу MoS2 в режиме прерывистого трения обнаружено, что содержание серы увеличивается при сцеплении, а последующее проскальзывание поверхностей имеет место, когда поверхностная плотность серы возрастает до некоторой заметной величины. Джонсоном и Ваном предложена гипотеза о слое M0S2 с адсорбированной серой, но Гатгнер опроверг ее. так как не смог наблюдать этет эффект при более высоком вакууме. Он пришел к выводу, что прерывистое трение обусловлено каким-то загрязнением вакуумной системы. Однако следует отметить, что в своих опытах по сдвигу при высоких давлениях Ьриджмен очень часто наблюдал своОодныи металл, в частности дтя СиСЬ, СиВг2, РЬО. РЬЬ, BÍ2S3 и AI1SO4. Все это эффективные смазочные материалы. Если под действием зысокого давления вещество разлагается, то должен наблюдаться определенный фрикционный эффект. Эта идея требует дальнейшего исследования.
Дисульфид молибдена (а - M0S2) кристаллизуется в гексагональной системе. Атомы молибдена расположены между двумя слоями атомов серы. Расстояние между ближайшими атомами мслибдена н серы составляет 2.41 А. а ближайшее расстояние между атомами серы в параллельных слоях - 3 А.
Природный дисульфид молибдена - МоЯ; получают при добыче медкых руд из побочных продуктов которые содержат так называемый молибденовый блеск. Первые упоминания о применении MoSi в качестве смазочного средства относятся еще к XVI веку.
Синтетический MoSi также имеет структуру слоистого типа, но или ромбоэдрическую (р - M0S2) с параметрами а-3.15 А. с—18.38 А. или промежуточную между а - MoS> и р - MoS¿.
Электрическое сопротивление M0S2 большое при низком напряжении, но падает с увеличением напряжения. Частично появление приводимости в M о Si вызывается нагревом за счет прохождения электрического тока н. частично, за счет действия электрического поля. При температуре около 850-900°С он становится достаточно хорошим проводником.
ТАБЛИЦА 1 ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА МО$2
Crohctro Значение
Удельный вес 4.8 г/см3
Твердость по Моосу 1.0...1,5
Температура попала сублимации 150°С
Температура плавления 1185°С
Коэффидиеит .линейного расширения в области температур 50... 700°С 7><10 Ч/С
Электр опроводность Диэлектрик или полупроводник
Теплопроводность 4.9хЮ°ккал см * сек < град
Магнитные свойства Диамагнитен
Химическая стойкость Растворяется в царской водке, окнс.ляется в конпен-.риров;нных Н25и4 и НМОз
Блеск Металлический
Цвет Стшевато серый до черного
Прозрачность Слабая в видимей области, высокая в инфракрасной области спектра
Свет, падающий на поверхность M0S2, снижает его элепрнческое сопротивление. В этом отношении M0S2 наполняет селен, но на изменение освещенности реагирует более быстро. Наибольшее влияние оказывают лучи. относящиеся к красной области спектра (с длиной волны до 1 мкм).
На воздухе M0S3 окисляется ло МсОз и серы или SO:. Такие окисные лленки начинают образовываться при 350°С, а при температуре выше 480°С происходит быстрое окисление MoS2. В вакууме MoS2. стабилен до температуры 11С0°С.
Фтор энергично реагирует с MoSi, хлор при нагревании превращает M0S2 в M0CI5, а бром практически не реагируете дисульфидом молибдена.
Нолорлд тюгетянчялняяет таердый МоЯ2 непосрелстаенчо до металла бел образовакня промелутгчных соединений
MoS:+2H2=Mo + 2H, S
Дисульфид молибдена обладает высокой радиационной стойкостью: какие-либо повреждения отсутствуют при дозе 5X10? рад.
Умеренный нагрев MoS: в электрической печи без доступа зоздуха приводит к образованию M03S: по реакции:
2MoS, = Mo .S, +S
Кристаллы Mo:S; серо-сгального цзета имеют игольчатое строение плотностью 5 9 тем3 (5.9 - 104 н/м3).
При трении на воздухе дисульфида мэлпбдепа е некоторых релшмах (температура па поверхности трепля выше 70 - 103°С) происходит частичное окисление MoSj до МсОз.
М0О3 представляет собой белый порошок, часто с зеленозатым или синим оттенком. Сублимация М0О3 начинается при 700СС. плавится ое при 795°С. Твердая М0О3 - диэлектрик. но в расплавленном состоянии становится хэрошим проводником.
М0О3 восстанавливается до М0О2 при нагревании в водороде (300 - 470°С) и до металлического молибдена при температуре икппе S00°C Ацетилен (С:н;) образует г МоО; карбид молибдена - мгьс; метан (си,) roc ста-навливает трехоьнсь молибдена до двуокнен и. возможно, до металла; окись углерода восстанавливает МсОз до окислов фиолетовой окраски.
Такие металлы как Na. К. Mg. A1 u Si способны восстанавливать М0О3 до металла. М0О3 хорошо растворяемся в щелочах, образуя гидра гы окиси молибдена М0О3-Н-О и Мч0з-2Н;0.
Дисульфид вольфрама кристаллизуется в гексагональной системе. Кркстатлнческая решетка WS2 аналогична решетке M0S2. в которой атомы молибдена заменены атомами вольфрама. Ло сравнению с дисульфидом
молибдена дисульфид вольфрама обладает большей термостойкостью (стабилен на воздухе до температуры 510°С) и стойкостью к окислению. Его несущая способность ь 3 рзза выше, чем у Мо$2.
Двсульфнд вольфрама химически инертен. Еерастворям почти во всех средах включая воду, масла, щелочи н почти все кислота. Чувствителен лишь к воздей:твию свободного газообразного фтора, горячих серной н плавиковой кислот. является нетоксичным материалом и не вызывает коррозии на металлах. Применение №$•> ограничено егс высокой стоимостью, которая по данным английских фирм в 3 раза преьышает стоимость МоБз.
V Обсуждение результатов
Использование дисульфида вольфрама в качестзе добавки к смазочным маслам для образования коллоидальных суспензий несколько затруднено из-за его высокого удельного иеся (р= 7 4 г/см3), превышающего почт в 8 раз удельный вес минерального масла.
Так, в су сиен ¿ии на основе минеральною масла ь 50% (ио весу) храфиха, МоЭ^ шя \\Т$2 будех соохвехсхвен-но находиться по объему 36% графита или 15.5% МоЭд, или 11%
Для работы в обычной атмосфере при температуре выше 400°С рекомендуется нспо.льзование \\т$2. тогда как при белее низких температурах лучше использовать более дешевый МоБг- ПрЕ использовании в вакууме \У$2 и МоБ: проявляют почти идентичные свойства и обладают смазывающей способностью вплоть до 1320°С.
В вакууме 10 10 мм. рт. ст. дисульфид вольфрама стабилен до П00°С. а разложение его происходит дрн температуре, превышающей 1400°С.
В более позднем исследовании, выполненном отечественными учеными, было установлено, что в вакууме диссоциация \\'5.> происходит полностью тольео при 2000°С. Прн нагревании вакууме до 400°С из него выде.ляется часть серы.
В Англии для узлов сухого трения, работающих прн температуре до 1580°С з вакууме или в ннертнэй атмосфере. применяют пасту. содержащую 50% (по весу) Такая паста сохраняет свои смазываюшие свойства и прн низких температурах (до 55°С), она нерастворима в воде и обладает еысокой стойкостью к концентрированным кислотам, щелочам и газам.
С'еленнды молибдена, вольфрама, ниобия успешно применяются последнее время в качестве ингредиентов самосмазывающихся материалов, предназначенных для работы на трение в ультравысокэм вакууме. Несмотря на это. о свойствах :«тнх соединений имеются лишь счень скудные разрозненные сведения.
Диселеннд молибдена - Мо$е* впервые был получен путем нагревания молибденовой кислоты с селеном в токе ьодорода. Кри:таллохнмнче:кне и электрические свойства Мо$е2 оставались неизученными до 1961 г., когда днееленнд молибдена был получен путем спекания порошка молибдена дрн 700°С в течение 100 ч 'чистота - 99%) со стехнометрическим колнче:твом селена в запаянных под вакуумом кварцевых ампулах.
Полученный препарат Мо5с^ представлял собой есрый порошок с мстатшчсскнм блеском, вполне устойчивый на воздухе. Ренттеноструктурное исследование порошка Мо$ег пэзволило установить, что днееленид молибдена обладает гексагональной элементарной ячейкой с параметрами: а =3.28 А и с =12.8-4 А плотность 6.9 г/см^б.ЭхЮ4 ем3).
Кристаллическая решетка МоЭез аналогична решетке МоБг, в которой атомы серы заменены атомами селе-
Диселеннд молибдена является полупроводником, его удельная электропроводность составляет: при 22° -1 23x10""* 1/(ом < см). а при 6С° - 2.3x1014 1/(ом * см).
Диселеннд вольфрама - ит$е: имеет гексагональную решетку типа дисульфида молибдена. Способы получения \VSe2 аналогичны способам получения Мо$е;- Днееленид вольфрама эбладает полупроводниковыми свойствами [2].
Диселеннд ниобия. В литературе имеются лишь данные о кристаллической структуре №>$е;; Г21 Прн температуре 800°С на воздухе днееленид ниобия начинает сублимировать. Возможные модификации элементарной кристаллической ячейкирассмотрены о расоте.
Графит, какн друтне слоистые твердые смазки, имеет решетку гексагонального структурного типа. Расстояние между атомами углерода в параллельных слоях (3.44 А) превышает аналогичное расстояние между атомами в решетке нитрида бора. В связи с этим связь между плоскостями спайности у графита должна быть слабее, чем у нитрида бора. Косвенным доказательством эгого служит более низкая величина коэффициента трения графита по сравнению с нитридом бора, наблюдаемая в одинаковых условиях испытания.
Такие >тлеродисгые вещества, как каменный уголь, кокс, сажа, имеют кристаллическую структуру графита и обычно используются для получения нз них путем термической обработки (температура 2900:С) поликрн-сталлнческого графита с высокой степенью совершенства отдельных кристаллитов.
Ниже приводятся некоторые фнзико-механнческие свойства графита, применяемого в реакторостроеннн (см. табл. 2).
ТАБЛИЦА 2 ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ГРАФИТА
Свойство 'Значение
Плотность 2.21...2.25 T/CMj
Пористость 20... 32%
Температура плавления 3800...3900СС
Теплопроводность 30...32 ккал'м^ч °С
Коэффициент линейного расширения в интервале 0. 1000аС
Предел прочности на растяжение 50...95 кГ/см2 (5x10е...3.5x10й н/м2)
Предел прочности на сжатие 160.. .300 жГ/см2 (lfixlG6.. .30« 1О4 н/м2)
Модуль упругости 5,6л 10* кГУсм2 (56 к 10s н/зг)
Ннтрнд бора кристаллизует в гексагональной системе. Кристаллическая решетка нитрида бора аналогична решетке графита, в котором один атом заменен на бор, а другой на азот. Атомы бора и азота расположены в горизонтальных слоях попеременно. Расстояние между соседними слоями у нитрида бора (3.34 А) несколько меньше, чем у графита (3.44 А), поэтому связь между слоями у BN прочнее, чем у графита.
В отлнчне от графита, у нитрида бора отсутствует металлическая связь между слоями. Связь между' атомамн бора и азота имеет ионный характер. BN обладает низков электропроводностью, а также устойчив в нейтральной и восстановительной атмосферам
Окпсляемость BN в значительной степени зависит от температуры его получения или предварительного прокаливания. Так. при повышении температуры предварительного прокаливания с 1000 до 11WFC скорость его окисления уменьшается в 4 раза. В форме плотных изделий нитрид бора начинает окисляться при температуре 700°С усиленное окисление происходит при 1000... llOO^C. При нагревании в вакууме до температуры 1000°С BN не разлагается. С углеродом нитрид бора реагирует при ЙНМГС, образуя каронд бора п азот. С металлами в атмосфере азота нитрид бора образует борнды. В кипящей воде н разбавленных кислотах BN разлагается с образованием аммиака ПН; и борной кислоты. Усиленное разложение начинается с температуры ИО^С. Концентрированные кислоты на BN действуют слабо. Например. HnSO-j разлагает ингрид бора только после 6...10-часового воздействия.
Помимо рассмотренных выше, смазывающую способность обнаруживают н другие материалы (CdJ^ PbJ:= BiJ;, Sb]Si7 Agí). В твердых смазочных покрытиях используются также PbO. CaF; и органические материалы -фталоцнашшы н тефлон
VL Выводы и ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Экспериментальные исследования, выполненные на поверхностях реборд бандажей колесных пар и шеек моторно-осевых подшнпннков с нанесением твердых слоистых смазок с последующей обработкой ППД. доказали возможность повышения износостойкости поверхностей реборд на 40 процентов в начальный период эксплуатации п поверхностен шеек моторно-осевых подшипников не менее чем в 6 раз по сравнению с поверхностями. обработанными по действующей технологии.
Результаты экспериментальных исследований на механизме поворота башни танка позволили сделать вывод о целесообразности использования дисульфида молибдена MoS:, особенно при эксплуатации машины при низких температурах (-25.. ,-50°С).
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Чижиков Д. М.. Счастливый В. П. Селен н селеннды.М.: Наука. 1964.
2. Барвелл Ф. Т.. Миле А. А. Смазка твердыми материалами // Трение и граничная смазка. ML: Иностранной литературы. 1953. С. 220-230.
3. Вайнштейн В. Э.. Сучкова О. А.. Мемелов В. Л. Влияние условий греши на фрикционные характеристики дисульфида молибдена. М.: Машиноведение. 19(55. С. LOS—114.
4. Matsunaga М, Nakagawa Т. Frictioual Behavior of Various Kinds of MoS] // Proc. Second International Conference on Solid Lubrication. ASLE SP- 61978 P. 45.
