Введение

Дисульфид молибдена — вещество слоистой структуры, известное своими уникальными антифрикционными свойствами. Его широко используют в качестве антифрикционного наполнителя при промышленном изготовлении пластичных смазок и масел. Кроме того, выпускаются концентрированные дисперсии дисульфида молибдена, рекомендуемые в качестве присадки к товарным маслам с целью повышения их эксплуатационных свойств. Они могут добавляться как в редукторные, так и в моторные масла, поскольку их высокодисперсные частицы не задерживаются масляными фильтрами. Настоящая статья посвящена изучению изменения трибологических показателей товарных масел при введении в них дисульфида молибдена и масляных дисперсий на его основе.

Анализ состояния вопроса

Экспериментальные исследования по влиянию дисульфида молибдена (MoS₂) на трибологические свойства масел и пластичных смазок проводились в различных лабораториях в нашей стране и за рубежом. Испытания, как правило, велись по стандартной методике на четырехшариковой машине трения. По ГОСТ 9490 оценивалась несущая способность смазочного слоя (нагрузка сваривания P_с) и противоизносные свойства (диаметр пятна износа D_u). Это делает возможным сравнение и анализ данных, полученных разными учеными.
Исследования последних лет сведены в таблицу 1. Они в разное время проводились в Московском государственном университете тонких химических технологий им. М. В. Ломоносова, Уфимском авиационном институте и лаборатории Dow Corning в Германии. Dow Corning — компания-производитель специальных смазочных материалов, в том числе, пластичных смазок, паст и дисперсий с дисульфидом молибдена под торговой маркой Molykote®. В таблице 1
представлены результаты испытаний пластичной смазки ЦИАТИМ‑201, индустриального масла И‑20 А при добавлении в них дисульфида молибдена в различной пропорции, а также дисперсии Molykote M‑55 дисульфида молибдена (10% по массе) в минеральном масле. Дисперсия Molykote M‑55 рекомендуется производителем в качестве присадки к маслам для тяжелонагруженных узлов трения c целью увеличения несущей способности и энергоэффективности, облегчения приработки, снижения износа и шума при работе. Дисперсия добавляется в масла в пропорции 5–10% от объема.

Анализ данных таблицы 1 показывает, что добавление дисульфида молибдена в товарный смазочный материал в зависимости от концентрации позволяет увеличить несущую способность смазочного слоя в 1,1–2,2 раза и снизить износ в 1,1–1,5 раза.
В работе [4] отражены обширные исследования, проведенные в Новгородском государственном университете. Оценивались трибологические показатели индустриального масла И‑20 А с добавлением от 20 до 70% дисульфида молибдена. Отмечено улучшение всех трибологическиех показателей индустриального масла — почти в два раза сокращается диаметр пятна износа, заедания не происходит даже при очень высоких удельных нагрузках (до 4520 н/мм²), в то время как у чистого масла заедание наступает при 2490 н/мм².

Экспериментальные исследования

Анализ данных исследований показывает в целом положительное влияние дисульфида молибдена на несущую способность и противоизносные свойства масел. Однако эти испытания проводились по стандартному ускоренному методу на четырехшариковой машине в режимах, далеких от реальных условий эксплуатации узлов трения. Это позволяет проводить лишь качественную сравнительную оценку. Остается невыясненным влияние дисульфида молибдена на такие важные трибологические показатели, как прирабатываемость и антифрикционность (коэффициент трения).

Для комплексной оценки всех трибологических показателей в научно-исследовательской лаборатории «Триботехника» Брянского государственного технического университета были проведены испытания чистого масла И‑20 А и масла И‑20 А с добавлением дисперсии дисульфида молибдена Molykote M‑55 в рекомендуемом производителем количестве 5% от объема. Испытания осуществлялись в соответствии с нормализованным методом [5, 6] по схеме ролик-дисковый индентор (рис. 1) при трении скольжения со скоростью V=1 м/с и контактном давлении P=70 МПа. Такие режимы максимально приближены к реальным условиям
эксплуатации большинства узлов трения. Смазывание осуществлялось постоянно в процессе экспериментов окунанием в емкость с маслом. Материал ролика — сталь 45 без термической обработки, материал индентора — твердый сплав ВК8.

Рис. 1. Схема трения при испытаниях.

Схема трения реализовывалась на автоматизированной машине трения МИ‑1 М, оснащенной датчиками и компьютеризированной системой сбора данных (рис. 2). Машина трения позволяла в режиме реального времени регистрировать значения коэффициента трения f и линейного износа h.

Рис. 2. Автоматизированная машина трения МИ‑1 М.

На рис. 3, 4 показаны графики накопления износа и изменения коэффициента трения в процессе испытаний при смазывании маслом И‑20 А и маслом И‑20 А с добавлением дисперсии Molykote M‑55.

Рис. 3. Кривые изнашивания для образцов, смазываемых маслом И‑20 А и маслом И‑20 А с добавлением 5% дисперсии дисульфида молибдена Molykote M‑55.

Рис. 4. Графики изменения коэффициента трения для образцов, смазываемых маслом И‑20 А и маслом И‑20 А с добавлением 5% дисперсии дисульфида молибдена Molykote M‑55.

По результатам анализа регистрируемых параметров определялись следующие трибологические показатели:
1) время приработки t₀, ч, определяемое как время от начала испытания до момента времени выхода кривой изнашивания на линейный участок;
2) приработочный износ h₀, мкм, как величина сближения, определяемая в момент времени окончания приработки t₀;
3) значение коэффициента трения в конце испытаний f;
4) f₀/f — отношение максимального значения коэффициента трения в период приработки f₀ к его значению в конце испытаний f;
5) среднее значение скорости изнашивания в период нормального изнашивания γ = (h–h₀)/(t–t₀), где h, мкм — величина износа образца за все время испытаний; t, ч — общее время испытаний;
6) значение скорости изнашивания за общее время испытаний γΣ =h/t.

В таблице 2 приведены значения трибологических показателей, определенные по результатам испытаний.

Выводы

Проведенные испытания и выполненные расчеты показывают, что при добавлении в индустриальное масло И‑20 А 5% дисперсии дисульфида молибдена Molykote M‑55 длительность приработки несколько возросла, однако износ в ее процессе уменьшился на 15%. Это свидетельствует о том, что процесс приработки происходил более плавно и с меньшими потерями. Скорость изнашивания в период нормального изнашивания уменьшилась на 41%. Потери на трение в период нормального изнашивания уменьшились в среднем на 18%. Поскольку около 90% генерируемой при трении энергии рассеивается в виде тепла, то вполне предсказуемо пропорциональное коэффициенту трения снижение температуры фрикционного разогрева. Это благоприятно отразится на сроке службы масла благодаря снижению интенсивности его окисления. Известно, что для минеральных масел снижение их температуры при эксплуатации на 10–15°C позволяет продлить срок до замены вдвое. Комплексный эффект от применения дисперсии Molykote M‑55 в качестве присадки к маслу наглядно демонстрирует диаграмма на рис. 5.

Рис. 5. Эффект от применения дисперсии Molykote M‑55 в качестве присадки к маслу.

А. О. Горленко,  д. т.н., профессор, руководитель
научно-исследовательской лаборатории «Триботехника»
Брянского государственного технического
 университета (БГТУ)
М. И. Прудников, к. т.н., руководитель отдела
разработки проектов ЗАО «АТФ»
Тел./факс + 7 (495) 974‑97‑73
m.prudnikov@atf.ru, www.atf.ru

Литература

1. Цыганок, С. В. Влияние наноструктурированных антифрикционных добавок на физико-химические и эксплуатационные свойства товарных пластичных смазок [Текст]: автореф. дис. канд. техн. наук: 02.00.13/С. В. Цыганок. — Москва, 2013. — 24 с.
2. Сравнительная оценка триботехнических свойств РВС «Форсан» и дисульфида молибдена в качестве добавок к смазочным материалам [Текст]/А. Н. Абрамов, Д. Г. Тюленев, И. С. Мухамадиев и др.//Трение и смазка в машинах и механизмах. — 2008. — № 12. — С. 31–34.
3. Дисперсия дисульфида молибдена в минеральном масле  Molykote M‑55 [Электронный ресурс]: техническое описание/АТФ. — М., 2013. — 2 c. — URL: http://support.atf.ru/uploads/15284c4a65f044M‑55.pdf (10.02.2014).
4. Исследование и разработка научных основ процесса трения и износа твердых тел на граничном контакте в экстремальных условиях [Электронный ресурс]: отчет по проекту № 2.1.2/5384 (промежуточ.)/Новгородский государственный университет им. Ярослава Мудрого; рук. Бердичевский Е. Г.; исполн.: Фадеев А. Ф. [и др.]. — Великий Новгород, 2009. — 92 с. — URL: http://www.novsu.ru/file/887179. (10.02.2014).
5. Горленко, А. О. Нормализация триботехнических испытаний для создания базы данных по одноступенчатому технологическому обеспечению износостойкости [Текст]/А. О. Горленко, М. И. Прудников//Трение и смазка в машинах и механизмах. — 2008. — № 9. — С. 7–13.
6. Прудников, М. И. Метод триботехнических испытаний цилиндрических поверхностей трения [Текст]/М. И. Прудников//Вестник БГТУ. — 2008. — № 2 (18). — С. 48–56.