Порошковые металлургические самосмазывающиеся подшипники — это функциональные изделия, в которых методом спекания формируется связная пористая структура в металлической матрице, обеспечивающая длительную самосмазку после пропитки маслом. Роль дисульфида молибдена (MoS₂) как добавки твёрдого смазочного материала в таких подшипниках далеко выходит за рамки простого «снижения трения». На практике бронзовые маслонаполненные подшипники с добавлением 1%-2% MoS₂ достигают предельного значения pv 2,94 МПа·м/с (экспериментальные данные Хуан Чжаосюаня и др., Нанкинский университет науки и технологий), а коэффициент трения снижается до 0,038 — показатель, приближающийся к уровню некоторых подшипников качения.

Тройная роль MoS₂ в процессе спекания

Функции MoS₂ в порошковых подшипниках необходимо рассматривать на трёх этапах: смешивание порошков, спекание и эксплуатация.

**Этап смешивания: улучшение текучести порошка и равномерности заполнения.** Слоистая кристаллическая структура MoS₂ (S-Mo-S, с ван-дер-ваальсовой связью между слоями) придаёт ему врождённые низкие сдвиговые характеристики. При смешивании порошков он снижает межчастичное трение металлических порошков. При смешивании железных или медных порошков в смесителе при 200-400 об/мин добавление 1% MoS₂ значительно снижает сегрегацию порошка и повышает равномерность выгрузки из бункера. Это критически важно для обеспечения стабильности плотности прессовки — колебания плотности более 0,1 г/см³ приводят к локальной пористости или вспучиванию после спекания.

**Этап спекания: in-situ образование антифрикционных фаз.** Поведение MoS₂ при температурах спекания (780-820°C для медных, 1120-1150°C для железных основ) довольно сложное. Поскольку температура спекания медной основы ниже температуры разложения MoS₂ (около 1185°C), MoS₂ в процессе спекания в основном сохраняет структуру, формируя дисперсную фазу твёрдого смазочного материала в промежутках между металлическими частицами. При высокотемпературном спекании железной основы часть MoS₂ разлагается на Mo и S, где S реагирует с Fe с образованием FeS (твёрдость по Моосу 2,0), который также служит мягкой антифрикционной фазой в матрице. Этот механизм «in-situ образования смазочной фазы» объясняет, почему MoS₂, полученный методом безкислотного выщелачивания (без остатков HCl/HF), предпочтителен в порошковой металлургии — молекулы соляной кислоты, интеркалированные между слоями кислотно-выщелоченного MoS₂, выделяют H₂S и Cl₂ при спекании, что не только разъедает футеровку печи, но и вызывает вспучивание и растрескивание прессовок, увеличивая процент брака более чем на 25%.

**Этап эксплуатации: непрерывное формирование переноса плёнки.** В начальный период работы масло в порах под действием капиллярных сил выступает на поверхность, образуя масляную плёнку. При повышении значения pv и разрыве масляной плёнки диспергированные частицы MoS₂ в матрице под действием силы трения вытягиваются на поверхность трения, образуя плёнку переноса MoS₂ толщиной примерно 0,1-1,0 мкм. Эта плёнка преобразует контакт металл-металл в межслойное скольжение MoS₂-MoS₂, снижая коэффициент трения с 0,15-0,30 (сухое трение металлов) до 0,02-0,06.

Выбор количества добавки: технологическое окно 1%-2%

Больше MoS₂ — не всегда лучше. Систематические эксперименты Нанкинского университета науки и технологий показывают, что в бронзовых маслонаполненных подшипниках увеличение массовой доли MoS₂ с 1,0% до 2,0% фактически снижает предельное значение pv. Причина в том, что избыточный MoS₂ снижает непрерывность матрицы, уменьшает связность пор и содержание масла, а также увеличивает усадку при спекании, вызывая отклонения размеров.

На практике комплексная добавка 1,0% MoS₂ + 1,0% графита обеспечивает наилучшие общие характеристики — MoS₂ обеспечивает базовую твёрдую смазку в условиях экстремального давления, а графит улучшает фрикционные характеристики на низких скоростях. Вместе они снижают коэффициент трения до 0,038. Однако содержание графита свыше 1,5% значительно ослабляет механические свойства матрицы (прочность на раздавливание снижается на 15%-20%).

Для железных маслонаполненных подшипников добавка MoS₂ обычно контролируется в пределах 0,5%-1,5%. При превышении этого диапазона избыточный S, выделяющийся при спекании, реагирует с Fe с образованием непрерывной сетки FeS, охрупчивая матрицу и снижая прочность на раздавливание K с ≥200 МПа до менее 150 МПа.

Выбор размера частиц и процесс смешивания

Размер частиц MoS₂ напрямую влияет на его дисперсию в матрице. Крупный порошок с D50 12-30 мкм (соответствует 500-750 меш) подходит для обычного смешивания железных и бронзовых подшипников, обеспечивая хорошую однородность и низкую склонность к агломерации. Ультратонкий порошок с D50 3-5 мкм имеет большую удельную поверхность, но требует увеличения времени смешивания на 30%-50%; в противном случае возникает локальная агломерация, приводящая к образованию мягких пятен после спекания.

Отраслевой стандарт GB/T 23271-2023 «Дисульфид молибдена» устанавливает для порошковой металлургии содержание MoS₂ ≥98,5%, Fe ≤0,25%, H₂O ≤0,15%. Контроль содержания железа особенно важен — превышение нормы Fe свидетельствует о недостаточном качестве молибденитового концентрата или inadequate очистке, что может привести к образованию твёрдых точек сегрегации FeS в спечённых подшипниках, ускоряя износ сопряжённых деталей.

Заключение

Роль добавки MoS₂ в порошковых самосмазывающихся подшипниках охватывает три ключевых этапа: равномерность смешивания порошков, контроль реакций при спекании и формирование плёнки переноса в эксплуатации. Технологическое окно добавки 1%-2%, предпочтение более крупным фракциям порошка и требования к низкому содержанию железа — три основных параметра, которыми должен управлять технолог. Выбор сырья MoS₂, очищенного методом физической флотации, исключающий помехи от кислотных остатков при спекании, является базовым условием обеспечения выхода годных маслонаполненных подшипников и их фрикционных характеристик.

#дисульфидмолибдена #порошковаяметаллургия #самосмазывающийсяподшипник #добавкаMoS₂ #маслонаполненныйподшипник #спечённыйподшипник #твёрдыйсмазочныйматериал #PMподшипник #подшипникскольжения #коэффициенттрения