29 Металлические пленки, самосмазывающиеся материалы, химические покрытия

Металлические пленки. Сила трения может быть снижена путем нанесения на поверхность твердого металла тонкой пленки из мягкого металла, так как трение зависит от сопротивления к сдвигу пленки мягкого металла. Площадь истинного контакта W остается маленькой даже при высоких нагрузках, поскольку нагрузку несет в основном твердый субстрат. Эффективность смазочного действия слоев мягкого металла ограничена температурой плавления этого металла. Для обеспечения достаточного смазочного действия металлические пленки должны быть намного толще (около 10^–5см), чем пленки минеральных масел.

Белые металлы или сплавы меди и цинка широко применяют в качестве металлических покрытий узлов трения и скольжения. Точное нанесение тонкого металлического слоя на твердый металл является достаточно сложным делом. Для этой цели используют такие способы, как плакирование, сварка, омеднение, спекание или ионное плакирование. Хороший эффект дает применение подшипниковых материалов –бронз, латуней, а также серебра, меди, олова, тария.

Самосмазывающиеся материалы. Для получения устойчивых смазочных слоев на поверхности терния эффективным является применение твердых смазочных материалов, находящихся в матрице – полимерной или металлической. Такие материалы называют самосмазывающимися. Материалы могут быть получены литьем под давлением, горячим прессованием, пропиткой, экструзией. В качестве основы в них используются термопластичные и термореактивные смолы (полиамиды, полиацетали, фторопласты, фенольные смолы, эпоксидные и полиэфирные олигомеры и т.д.). Для упрочения и термической стойкости к этим соединениям добавляют стеклянные, углеродистые и керамические волокна, а в качестве твердого смазочного материала вводят MoS₂, графит, стиараты металлов. Эти материалы имеют высокую химическую и термическую стабильности и диэлектрические свойства. К недостаткам их относят плохую теплопроводность, высокий коэффициент термического расширения и недостаточную прочность.

Самосмазывающиеся материалы, на основе металлической матрицы (Та, Co/Ag, Ga/In, Ni, Ni/Cr в качестве матрицы), характеризуются более высокой прочностью и могут применяться при высоких температурах. Их производят спеканием.

Они способны выдерживать реверсивные, статические, динамические и вибрационные нагрузки. Но эти материалы хрупки, для их механической обработки требуются специальные способы.

Химические покрытия. Химические покрытия по триботехническим характеристикам подобны мягким металлическим покрытиям. Поверхность трения таких покрытий состоит из солей металлов. Например, фосфатирование создает тонкий, микрокристаллический, прочно связанный с поверхностью металла слой фосфата. Такой слой снижает коэффициент трения и опасность задиров в период приработки. Смазывающее действие слоя толщиной 2 – 5 мкм основано на более низком по сравнению с металлом сопротивлении сдвигу. Фосфатирование производят в специальных ваннах. Сочетание фосфатов железа и марганца особенно благоприятно для приработки пар трения скольжения. Фосфатные слои быстро разрушаются и способствуют формированию равновесной шероховатости пары, поэтому их целесообразно применять в процессе приработки. Фосфатирование используют и при волочении проволоки для исключения заеданий. Фосфатные слои плохо адгезионно связываются с алюминием и магнием. Однако и на этих металлах можно получить слои с сильной адгезией, если металлы погрузить в ванны с раствором хромата, содержащим ионы фтора. Пленки толщиной около 1 мкм снижают трение и износ.