Antifrikcijska svojstva materijala i njihov sastav

U ljudskim aktivnostima često se koriste mehanički uređaji. Pouzdanost rada pokretni dijelovi u bilo kojem mehanizmu osigurani su smanjenjem trenja i deformacije. Za to se koriste posebni materijali koji se nazivaju antifrikcijski materijali. Njihova glavna svrha je smanjiti koeficijent trenja, olakšavajući klizanje pokretnih površina mehanizama. U ovom će se članku raspravljati o svojstvima protiv trenja različitih materijala koji se koriste u te svrhe.

Vrste trenja

Trenje nastaje kada se tijela koja se međusobno dodiruju pomiču. Postoje dvije glavne vrste:

• Suho-površine krutih tvari izravno dodiruju. Uočava se u remenskim i frikcijskim zupčanicima.
• Tekućina – kada se između dijelova mehanizama nalazi uljni sloj tekućine i tijela se ne dodiruju. Nalazi se u potisnim ležajevima, ležajevima.

A tu su i intermedijarne vrste trenja: polusuhe i polutekuće.

Što se tiče kretanja tijela, primjećuju se sljedeće vrste trenja:

• odmor-javlja se u relativnom mirovanju tijela;
• klizanje-očituje se relativnim kretanjem mehanizama;
• kotrljanje-vanjsko trenje tijekom kotrljanja tijela.

Ovisno o vrsti trenja za površine tijela, odabire se materijal s određenim svojstvima protiv trenja.

Vrste materijala koji se koriste za smanjenje trenja

Svi materijali protiv trenja koji osiguravaju nizak koeficijent trenja dijele se na:

• Metal – koriste se Legure od tri metala, koje sadrže bakar (babbits). Dizajniran za rad u režimu tekućeg trenja.
• Prah-stvoren na bazi željeza i bakra uz dodatak grafita i sulfida. Koristi se u kliznim ležajevima.
• Samopodmazujuće sinterirano-za proizvodnju se koriste materijali različitih kombinacija željeza s grafitom, bakrom i broncom. Služe za proizvodnju kliznih ležajeva pri malim brzinama i u nedostatku udarna opterećenja. Dobra svojstva protiv trenja omogućuju im ugradnju na mjestima gdje je teško podmazati.
• S čvrstim komponentama za podmazivanje-kao tanki sloj na površinu dijelova nanose se čestice krutog maziva koje se sastoji od klorida, metalnih oksida, fluorida, plastike. Proizvodi rade pri povećanim brzinama klizanja.
• Nemetalni-izrađeni od plastike: termoplastični i termoreaktivni. Koristi se za ležajeve propelera, valjaonice.
• Metal-polimer-sastoji se od nehomogenih komponenti. Podijeljeni su na matrične, dispergirane i slojevite. Koristi se za proizvodnju kliznih ležajeva, zupčanika i lančanika.
• Minerali – koriste prirodne (ahat) i umjetne (korund). Izrađuju male ležajeve otporne na habanje za tahometre, satove, žiroskope.

Svaki materijal pronalazi svoju primjenu za proizvodnju dijelova prema svojim svojstvima protiv trenja.

Legure s malim koeficijentom trenja

Školjke ležaja trenja izrađene su od takvih legura, pa moraju imati:

• Mali koeficijent trenja u usporedbi s materijalom osovine, koji je najčešće izrađen od kaljenog čelika.
• Dobra toplinska vodljivost.
• Otpornost na koroziju.
• Mala tvrdoća.
• Svojstvo zadržavanja masti.

Da bi se zadovoljila navedena svojstva, struktura legure treba sadržavati metale s antifrikcijskim svojstvima s povećanom mekoćom i duktilnošću baze. A krute čestice koje se sastoje od kemijskih spojeva već su isprepletene u njemu. U tom se slučaju osovina brzo prilagođava ležaju, na njoj se od čvrstih čestica pojavljuju mali žljebovi koji se pune mašću i duž kojih se uklanjaju proizvodi habanja. Osnova su kositar, olovo, bakar, kadmij, bizmut, a inkluzije su izrađene od legura antimona i bakra.

Upotreba brončanih legura u jedinicama trenja

Bronca je legura bakra s raznim metalima, koja može uključivati kositar, aluminij, silicij, olovo, berilij i mnoge druge aditive. Ovisno o postotku jednog ili drugog elementa uključenog u njegov sastav, Bronca se naziva kositar, aluminij, olovo. Bronce imaju prilično široku primjenu u proizvodnji proizvoda koji se koriste s povećanim trenjem. Bronce s antifrikcijskim svojstvima izrađene na bazi kositra smatraju se najboljima.

Kositar-fosfor, od kojeg se izrađuju košuljice nosača koji rade pod značajnim opterećenjem i velikom brzinom, posebno su se dobro pokazali. Jedini nedostatak je njihova visoka cijena, pa ih zamjenjuju aluminijske i olovne bronce. Tijekom rada u agresivnom okruženju, Bronca izrađena od aluminija često se koristi za čahure ležajeva. Oni, osim otpornosti na trenje, imaju dobru otpornost na koroziju. Mali koeficijent trenja osigurava olovo. Ležajevi su izrađeni od takvih materijala za rad pri visokom tlaku i velikoj brzini.

Antifrikcijske legure: sastav i svojstva

U industriji za proizvodnju dijelovi mehanizama za trljanje koriste se raznim legurama s malim koeficijentom trenja:

• Mesing je legura čiji su glavni sastojci bakar i cink. Može sadržavati komponente u obliku aluminija, kositra, olova, mangana i drugih elemenata. Što se tiče čvrstoće i malog koeficijenta trenja, inferiorniji je od bronce i koristi se u proizvodnji kliznih ležajeva koji rade pri malim brzinama.
• Babbitt-složene legure različitog sastava i fizikalnih svojstava, ali koje se sastoje od jedne meke baze: kositra ili olova s tvrdim aditivima iz legura alkalnih metala, bakra ili antimona. Zbog meke baze, ležajevi se dobro uklapaju u osovinu, a tvrdi aditivi povećavaju otpornost na habanje. Visoke kvalitete protiv trenja babbita, ali niža čvrstoća od bronce i lijevanog željeza omogućuje njihovu upotrebu samo za nanošenje tankog sloja na površinu proizvoda.

Svojstva ulja

Kako bi se zajamčila pouzdanost i učinkovitost rada dijelovi za trljanje, smanjenje trenja klizanja koriste ulja za podmazivanje. Svi su klasificirani prema:

• podrijetlo;
• način dobivanja;
• odredište.

Ulja za podmazivanje obavljaju sljedeće funkcije:

• smanjite trenje između dodirnih površina dijelova;
• smanjite trošenje i spriječite ogrebotine;
• osigurati odvođenje topline od trljajućih dijelova;
• štiti od korozije.

Svojstva protiv trenja ulja leže u njihovoj sposobnosti da smanje količinu energije trenja. Viskoznost je glavni pokazatelj ovih svojstava i određena je ugljikovim i frakcijskim sastavom. Da bi se poboljšala kvaliteta ulja, proizvode se razni aditivi protiv trenja koji omogućuju povećanje snage, produljenje rada jedinice i smanjenje opterećenja. Oni poboljšavaju svojstva ulja, povećavajući vrijeme zamjene sastava maziva. Aditivi protiv trenja doprinose stvaranju zaštitnog sloja tijekom interakcije dijelova, izravnavaju njihove površine i zaglađuju trenje. Stvaranjem masnog, izdržljivog filma smanjuju trošenje dijelova.

Antifrikcijska svojstva epoksipolimera

Epoksidni polimeri su viskozne tekućine koje se stvrdnjavaju kada im se dodaju razne organske tvari. Imaju visoku mehaničku čvrstoću, koriste se za lijepljenje betona, metala, stakla i drveta. Zbog ovih svojstava koriste se za proizvodnju metal-polimernih dijelova, proizvodnju čahura, valjaka, zupčanika, ležajeva i spojnica.

Punila daju proizvodima od epoksidnih polimera visoke karakteristike protiv trenja. Dijelovi mogu raditi bez podmazivanja ako koristite vlaženje vodom. Premazi su otporni na atmosferske uvjete i kemijska okruženja.

Nemetalni antifrikcijski materijali

Za klizne ležajeve često se koriste dvije vrste plastike:

• Termoset – to uključuje tektolit, koji se koristi za proizvodnju ležajeva valjaonica, propelera i hidrauličkih strojeva. Dijelovi su sposobni izdržati teške uvjete, podmazani i hlađeni vodom.
• Termoplastični-poliamidi su široko korišteni: fluoroplast, najlon, ANID. Prednosti su visoka svojstva protiv trenja materijala, otpornost na koroziju i dobra otpornost na habanje pri velikim opterećenjima i brzinama klizanja.

Da bi se smanjilo trenje između dijelova, uvode se različita punila u obliku čvrstih maziva koja, kada se koriste na površini, stvaraju strukturu tekućih kristala. Vrijedno je napomenuti da fluoroplastika ima vrlo mali koeficijent trenja, ali nedostatak je loše odvođenje topline i fluidnost pod opterećenjem, pa se koristi zajedno s drugim materijalima.

Zaključak

Materijali protiv trenja prikladni su za proizvodnju obloga i ležajeva koji se lako zamjenjuju kada se istroše. Sirovine za proizvod moraju imati veći koeficijent trenja, t. e. kada dijelovi dođu u kontakt, teško zamjenjivi dio mehanizma ostaje bez oštećenja. To se događa samo kada je materijal vrijednog dijela obdaren izvrsnim svojstvima protiv trenja ispred analoga.