Проверка литиевой смазки высокой нагрузки с дисульфидом молибдена

Проверка литиевой смазки высокой нагрузки с дисульфидом молибдена

Введение
Литиевые смазки, модифицированные дисульфидом молибдена (MoS₂), широко применяются в узлах трения, работающих в условиях экстремальных давлений, ударных нагрузок и ограниченного смазывания. MoS₂, являясь твердым смазочным материалом с ламинарной кристаллической структурой, образует защитную пленку на поверхностях трения, существенно повышая их противозадирные и противоизносные свойства. Данная статья описывает методику и подходы к испытаниям таких смазок для оценки их эффективности под высокой нагрузкой.

1. Объекты испытаний

Основным объектом испытаний является высоконагруженная литиевая пластичная смазка с добавкой дисульфида молибдена (MoS₂). Ключевые характеристики испытуемой смазки включают:

• Тип загустителя: Литиевое мыло (гидроксистеарат лития или 12-гидроксистеарат лития) как основа.
• Тип базового масла: Минеральное или синтетическое (например, ПАО) масло средней или высокой вязкости.
• Концентрация MoS₂: Обычно варьируется в пределах 1-10% масс., но для высоконагруженных применений часто используется 3-5% или выше (до 15% в специализированных составах).
• Морфология и чистота MoS₂: Размер частиц (обычно 1-10 мкм), степень очистки, отсутствие абразивных примесей.
• Дополнительные присадки: Возможное присутствие антиоксидантов, ингибиторов коррозии, противоизносных присадок (например, на основе цинка), модификаторов трения. Их влияние также может оцениваться.
• Физико-химические свойства: Консистенция (класс NLGI), температура каплепадения, коллоидная стабильность, водостойкость.

Для сравнения могут использоваться:

• Базовая литиевая смазка без MoS₂.
• Другие типы высоконагруженных смазок (например, на основе комплексных литиевых, полимочевинных или бентонитовых загустителей) с аналогичным назначением.

2. Область испытаний

Испытания направлены на оценку поведения смазки в условиях, моделирующих работу реальных высоконагруженных узлов трения. Основные аспекты оценки:

• Противозадирные (Extreme Pressure, EP) свойства: Способность смазки предотвращать схватывание (сваривание) контактирующих поверхностей под воздействием экстремально высоких давлений.
• Противоизносные (Anti-Wear, AW) свойства: Способность уменьшать износ поверхностей трения при высоких, но не предельных нагрузках.
• Коэффициент трения: Оценка влияния смазки и MoS₂ на величину трения в условиях высокой нагрузки.
• Стабильность трибологических характеристик: Способность смазки сохранять свои защитные свойства при длительном воздействии нагрузки и температуры.
• Поведение при ударных нагрузках: Оценка эффективности смазки в условиях кратковременных пиковых нагрузок.
• Влияние MoS₂ на механизм образования защитной пленки: Анализ характера и состава формирующихся на поверхностях трибопленок.

3. Методы испытаний

Для всесторонней оценки используются стандартизированные и специализированные методы:

• Четырехшариковая машина (ЧШМ):
  • По ASTM D2596, ASTM D2783: Определение индекса нагрузки (Load Wear Index, LWI) и сваривающей нагрузки (Weld Point, WP). Это основные тесты для оценки EP-свойств. Метод измеряет нагрузку, при которой происходит сваривание стальных шариков при вращении.
• Четырехшариковая машина на износ (ASTM D4172, ASTM D2266):
  • Определение диаметра пятна износа (Wear Scar Diameter, WSD) на трех неподвижных шариках после теста под постоянной нагрузкой. Оценивает AW-свойства и влияние MoS₂ на снижение износа при высоких нагрузках.
• Тест на ударную нагрузку (Fafnir, Timken):
  • Использование специализированных стендов (например, типа "ролик-блок") для оценки способности смазки предотвращать задиры при кратковременных экстремальных нагрузках, имитирующих ударные воздействия.
• Испытания на трибометре "Штифт-диск" (Pin-on-Disc) или "Шарик-диск" (Ball-on-Disc):
  • Оценка коэффициента трения и интенсивности износа в контролируемых условиях контакта (нагрузка, скорость, температура). Позволяет изучать кинетику износа и формирование трибопленок в реальном времени.
• Долговременные ресурсные испытания:
  • Проведение тестов (например, на ЧШМ или специализированных стендах) в течение длительного времени под постоянной высокой нагрузкой для оценки стабильности смазочного слоя и сопротивления усталостному выкрашиванию поверхностей.
• Анализ поверхностей трения:
  • Использование растровой электронной микроскопии (РЭМ) с энергодисперсионным микроанализом (EDS) для изучения морфологии износа и элементного состава трибопленок.
  • Рентгенофазовый анализ (XRD) для определения фазового состава пленок.
  • Профилометрия поверхности для количественной оценки износа.

4. Испытательное оборудование

Для проведения указанных испытаний используется следующее оборудование:

1. Четырехшариковая машина: Основной аппарат для оценки EP- и AW-свойств. Состоит из держателя с тремя нижними неподвижными шариками, верхнего вращающегося шарика, механизма приложения нагрузки (гидравлический или механический) и системы измерения момента трения.
2. Четырехшариковая машина для испытаний на износ: Модификация ЧШМ, оптимизированная для проведения длительных тестов на износ под постоянной нагрузкой.
3. Стенд для испытаний на ударную нагрузку: Специализированная установка, создающая кратковременные пиковые нагрузки в контакте "ролик-блок" или аналогичном, оборудованная датчиками силы и акустической эмиссии для фиксации момента задира.
4. Универсальный трибометр: Аппарат типа "Шарик-диск" или "Штифт-диск", позволяющий регулировать нормальную нагрузку, скорость скольжения, температуру контакта и измерять коэффициент трения и износ в режиме реального времени. Оснащен прецизионными датчиками силы и перемещения.
5. Микроскопическое оборудование:
   • Оптический микроскоп (с измерением пятна износа).
   • Растровый электронный микроскоп (РЭМ) с системой энергодисперсионного микроанализа (EDS).
   • Профилометр/профилограф (контактный или бесконтактный) для измерения шероховатости и глубины износа.
6. Аналитическое оборудование:
   • Рентгеновский дифрактометр (XRD) для фазового анализа трибопленок.
   • Спектрометры для элементного анализа (если требуется).

Заключение

Комплексные испытания литиевых смазок с дисульфидом молибдена под высокой нагрузкой с использованием описанных объектов, методов и оборудования позволяют получить объективную картину их трибологических характеристик. Ключевыми параметрами являются сваривающая нагрузка, индекс нагрузки, диаметр пятна износа, коэффициент трения и стабильность этих параметров в условиях, приближенных к эксплуатационным. Анализ поверхностей трения с помощью современных методов микроскопии и спектроскопии дает понимание механизмов действия MoS₂ и позволяет оптимизировать состав смазки для достижения максимальной защиты узлов трения в самых тяжелых условиях эксплуатации. Конкретный набор применяемых методов и параметры испытаний должны определяться целевой областью применения смазки.