Смазка с дисульфидом молибдена, изготовленная путем добавления твердого смазочного материала MoS2 в базовую смазку, демонстрирует значительно превосходящие противоизносные свойства в условиях граничной смазки и экстремального давления по сравнению с обычной смазкой. Данные испытаний на четырехшариковой машине показывают, что литиевая смазка с добавлением 3% дисульфида молибдена повышает нагрузку сваривания (значение PD) с 1960Н до 3087Н и снижает диаметр пятна износа с 0,72мм до 0,45мм. Для оборудования, работающего в условиях тяжелых нагрузок, ударных воздействий или частых циклов пуск-останов, выбор смазки, содержащей дисульфид молибдена, может напрямую продлить срок службы подшипников и шестерен по износу.

Методы испытаний и параметры

Лабораторная оценка противоизносных свойств при экстремальном давлении в основном выполняется на четырехшариковой машине трения по стандартам ASTM D2596 (характеристики экстремального давления) и ASTM D2266 (противоизносные свойства). Условия испытаний: комнатная температура, скорость вращения 1450 об/мин, испытательные шары диаметром 12,7мм из подшипниковой стали GCr15.

Образцы, использованные в данном сравнении: Группа А — коммерческая обычная литиевая смазка (базовая смазка без твердого смазочного материала), Группа Б — та же литиевая смазка с добавлением 3% порошка дисульфида молибдена (чистота 99%, D50=3мкм), Группа В — та же литиевая смазка с добавлением 5% порошка дисульфида молибдена.

Характеристики экстремального давления: значения PD и PB

Характеристики экстремального давления оцениваются по значению PB (нагрузка без схватывания) и значению PD (нагрузка сваривания). Значение PB отражает максимальную нагрузку, которую смазочная пленка может выдержать без схватывания на поверхности шара, а значение PD представляет нагрузку, при которой смазочная пленка полностью разрушается и шары свариваются вместе.

Значение PB группы Б увеличилось на 25% по сравнению с группой А, а значение PD — на 57,5%. Группа В (5% добавка) достигла значения PD 3920Н, что вдвое превышает показатель обычной смазки. Средняя нагрузка Герца ZMZ выросла с 28,5 до 51,7 — увеличение на 81,4%, что свидетельствует об эффективном подавлении прямого контакта металл-металл при тяжелых нагрузках.

Слоистая структура MoS2 является фундаментальной причиной повышения характеристик экстремального давления. В кристаллах MoS2 тройные слои S-Mo-S упакованы силами Ван-дер-Ваальса с межслойной прочностью на сдвиг всего 0,08МПа. Под воздействием трения слои скользят в межслойном направлении, образуя перенесенную пленку на поверхности металла. При разрыве базовой смазочной пленки перенесенная пленка MoS2 продолжает обеспечивать твердую смазку, предотвращая сваривание и спекание металла.

Противоизносные свойства: диаметр пятна износа

Противоизносные свойства оцениваются по диаметру пятна износа (WSD) при условиях: нагрузка 392Н, 60 минут, 1450 об/мин. Меньшие пятна износа указывают на лучший контроль износа поверхности шара.

Диаметр пятна износа группы А составил 0,72мм, группы Б — 0,45мм (снижение на 37,5%), группы В — 0,41мм (снижение на 43,1% относительно группы А). Примечательно, что увеличение добавки с 3% до 5% дало лишь 8,9% дополнительного снижения, демонстрируя убывающую отдачу. На практике 3% добавки уже удовлетворяет большинству противоизносных требований; дальнейшее увеличение свыше 5% снижает экономическую эффективность и может повлиять на консистенцию и перекачиваемость смазки.

Анализ морфологии пятен износа показал, что у группы А на краях следов наблюдались явные борозды прорезания и следы адгезионного разрыва, шероховатость поверхности Ra=0,38мкм. У группы Б борозды были значительно мельче, шероховатость Ra=0,21мкм, с равномерной темно-серой перенесенной пленкой MoS2, покрывающей зону износа. Рентгенофотоэлектронная спектроскопия (XPS) подтвердила наличие смешанных фаз MoO3 и MoS2 в перенесенной пленке, где MoO3 является продуктом окисления MoS2 в процессе трения, сохраняющим определенные смазочные свойства.

Изменение коэффициента трения

Мониторинг коэффициента трения в реальном времени показал, что группа А имела коэффициент трения 0,10-0,12 в начальный период, но при увеличении нагрузки до 1568Н коэффициент трения резко возрос выше 0,35, что свидетельствует о разрушении смазочной пленки. Группа Б поддерживала стабильный коэффициент трения 0,06-0,09 на всем диапазоне нагрузок, даже при 2450Н. Группа В показала более низкие значения (0,05-0,07), хотя разница с группой Б была незначительной.

Рекомендации по выбору для практических условий

На основе полученных данных преимущества добавления дисульфида молибдена в смазку концентрируются в условиях экстремального давления. Для применений с контактным давлением ниже 1000МПа в обычных условиях достаточно обычной литиевой смазки, а предельная выгода от добавления MoS2 ограничена. Однако смазка с MoS2 обеспечивает незаменимые преимущества в следующих сценариях: горные дробилки с частыми ударными нагрузками, машины непрерывного литья на металлургических заводах в условиях тяжелых низкоскоростных нагрузок, карданные шарниры и шарниры равных угловых скоростей с частыми циклами пуск-останов. Для этих применений рекомендуется литиевая или полиуретановая смазка с 3% MoS2 (D50=1,2-3мкм), обеспечивающая баланс противоизносных характеристик и экономической эффективности.

Теги: смазка с дисульфидом молибдена, MoS2 grease, экстремальное давление противоизнос, четырехшариковый тест, нагрузка сваривания, диаметр пятна износа, коэффициент трения, смазка при тяжелых нагрузках, литиевая смазка, твердый смазочный материал