валентных сил по кромкам кристаллов до слабых связей между плоскостями базиса). Если такие агрегаты попадают между поверхностями трения, они при действии нормальной нагрузки и сдвига разрушаются на отдельные кристаллиты, которые ориентируются плоскостями базиса более или менее параллельно основе. Это сопровождается физическим (вандерваальсовские силы) и механическим закреплением кристаллитов на поверхностях трения. Они в этом случае действуют как разделяющая металлические поверхности прослойка и как смазка выступающих неровностей, устраняющая возможность их холодной сварки. Скольжение происходит между двумя образовавшимися ориентированными . слоями твердого вещества со слоистой структурой. Это безусловно упрощенное представление о механизме действия твердых смазок. На самом деле при трении с участием твердых смазок большую роль играют трибохимические процессы, уменьшающие непосредственное взаимодействие поверхностей трения.

Многими авторами экспериментально установлено, что трение дисульфида молибдена (монокристалла или образца, спрессованного из порошка) в атмосфере сухого воздуха мало (f 0,1). Мало также трение в сухих инертных газах и азоте (/0,l-v-0,15). Во влажном же азоте коэффициент трения повышается до 0,22. Это сопровождается выделением сероводорода. Такое повышение трения является частично необратимым. В отличие от графита пары органических веществ не уменьшают трение, а толуол даже-несколько повышает.

В противоположность графиту трение дисульфида молибдена в вакууме, даже после предварительного прокаливания в вакууме до 800° С, не повышалось. При комнатной температуре коэи-циент трения равен -0,2 (коэффициент трения графита в таких же условиях превышал 0,6). При температурах выше 1000° С в вакууме начинается разложение дисульфида молибдена (сера удаляется), что приводит в конце концов к увеличению трения. Трение же графита при повышении температуры снижается.

Описанные результаты исследований свидетельствуют о том, что низкое трение MoSg обеспечивается очень слабым взаимодействием между плоскостями спайности. Адсорбция газов и паров для низкого трения не нужна. Следует, однако, учитывать, что дисульфид молибдена должен быть тщательно очищен от абразивных примесей [78].

Нитрид бора (BN) может существовать в двух кристаллографических модификациях. Одна из них - кубическая - образуется при действии высоких давлений и температур и при обычных условиях метастабильна. По строению и свойствам эта модификация является аналогом алмаза. Другая кристаллическая модификация нитрида бора - аналог графита. Соответствие кристаллических структур простирается настолько далеко, что вандерваальсовские связи между плоскостями усилены парами s-электро-нов атомов азота. Гексагональная решетка с атомами азота и 34

Рис. 15. КристаЛличёскай структура гексагонального нитрида бора

III III

бора, располагающимися попеременно, показана на рис. 15. Расстояние между атомами в плоскости базиса равно 2,5 А, расстояние между плоскостями базиса составляет 5,0 А [73].

В отличие от графита гексагональный нитрид бора не имеет металлической связи между слоями, поэтому он обладает низкой электропроводностью. Плоскости спайности нитрида бора, в отличие от графита и дисульфида молибдена, состоят из различных атомов. Связь В-N имеет частично ионный характер. Оки-сляемость нитрида бора сильно зависит от температуры его получения или предварительного прокаливания. В форме плотных изделий нитрид бора начинает окисляться при температуре 700° С, интенсивное окисление наступает при 1000-1100° С.

Г. В. Роу исследовал трение между образцами из нитрида бора с гексагональной решеткой, полученнымиспеканием (по-видимому, горячим прессованием), в различных атмосферах и в вакууме. Результаты (рис. 16) [91 ] в общем подобны наблюдавшимся для графита (см. рис. 12).

Р. Ф. Дикон и Дж. Ф. Гудмен [73], изучая трение пленок свободного нитрида бора между платиновыми поверхностями в атмосфере воздуха, обнаружили ориентацию кристаллитов нитрида бора на поверхностях трения. Коэффициент трения на воздухе увеличился от 0,15 при комнатной температуре до 0,4 при 150° С, что находится в соответствии с потерей массы (определенной термогравиметрическим способом), обусловленной испарением физически адсорбированной воды. Скольжение при температуре свыше 150° С становится неустойчивым и / начинает медленно снижаться, достигая при температуре 500° С значения 0,1. Так как эта тем-

0.2 0.1

Рис. 16. Влияние газовой средына трение нитрида бора:

/ - азот; 2 - кислород; 3 - гептаи, 4 - водород; 5 - вода; 5-этиловый спирт; 7-сухой воздух; 8-каприловая кислота

3* •

Пература слегка йрейыШает температуру плавления окиси бора (450° С), снижение коэффициента трения может вызываться снижением адгезии между кристаллитами, покрытыми хемосорби-рованными слоями кислорода.

Результаты исследований показывают, что трение нитрида бора подобно трению графита. Однако значения коэффициента трения не столь низки, что обусловлено, по-видимому, более прочными связями между поверхностями кристаллитов. Опыты в вакууме и различных газовых средах показали, что для обеспечения низкого трения нитрида бора необходимы адсорбированные иоверх-ностныё пленки. Малое влияние кислорода на трение нитрида бора можно, по-видимому, объяснить тем, что кислород не проникает между плоскостями базиса.

Дисульфид вольфрама (WSgi, так же как и дисульфид молибдена, имеет гексагональную кристаллическую решетку. Свойства сульфидов этих двух элементов VI А группы периодической системы очень близки. Дисульфид вольфрама в достаточной мере химически инертен. Он более стоек к воздействию кислорода ири нагревании, чем MoSg (в атмосфере воздуха он стабилен до 510° С). Поэтому несмотря на его высокую стоимость (но зарубежным данным превышающей стоимость M0S2 в 3 раза) его применение в обычной атмосфере целесообразно при температурах выше 400° С.

В вакууме до разрежения 10"» мм рт. ст. WSa и MoSj ведут себя практически идентично, показывая хорошие смазочные свойства до температур, превышающих 1000° С.

Фторированный графит получен еще в 1934 г. реакцией между графитом и фтором при повышенных температурах. Состав его соответствует формуле (СРд:)„ при х, близком единице, поэтому его еще называют полимонофторид углерода. Цвет фторированного графита в зависимости от соотношения количества атомов фтора и углерода изменяется от серого до белого (ири х = 1,12 цвет белый). Полагают, что между атомами фтора и углерода существуют ковалентные связи. Гексагональная кристаллическая решетка графита искажена - несколько увеличены расстояния между атомами углерода и, что более важно, увеличены расстояния между образованными углеродными атомами плоскостями от 3,4 А в графите, до 8-8,17 А во фторированном графите. Изменение структуры сопровождается снижением сопротивления срезу и расщеплению в направлении, параллельном плоскости базиса.

Первые сведения о исследованиях фторированного графита в качестве твердой смазки появились недавно [77, 78, 911. В опубликованных работах сообщается, что долговечность смазочных пленок фторированного графита выше, чем графита и дисульфида молибдена. Коэффициент трения фторированного графита ниже, чем у графита. Следует учитывать, что изменение химического состава фторированного графита в довольно широких пределах может повлиять на его поведение при трении (хотя и имеются

сведения, что изменение х от 0,7 до 1,12 не оказывает заметного влияния на антифрикционные свойства смазочных пленок из фторированного графита).

По существу фторированный графит можно рассматривать как одну из разновидностей фторополимеров и в действительности он ближе но своим свойствам к фтороиласту-4, чем к графиту. *

Другие твердые смазки. В последние годы исследуется возможность применения в качестве твердых смазок других (кроме описанных M0S2 и WS2) халькогенидов (соединений с элементами VI группы периодической системы элементов - серой, селеном и теллуром) переходных металлов IV, V и VI групп периодической системы элементов [5, 79]. Однако особых преимуществ по сравнению с дисульфидом молибдена у селенидов и теллури-дов названной девятки тугоплавких металлов не обнаружено (равно, как и сульфидов). Это позволяет считать, что из этой группы твердых смазочных материалов дисульфид молибдена еще длительное время будет занимать главенствующее положение.

Смазывающей способностью обладают также и другие материалы: сульфиды (5Ь25з, PbS), галогениды (CdJ2, PbJ2, BiJg, AgJ, Сар2, Вар2) окислы (PbO) и т. д.

В качестве твердых высокотемпературных смазочных материалов испытывали [32] самые разнообразные порошкообразные неорганические материалы: металлы, окислы, фториды; фтор-бериллаты, хлориды, бромиды, иодиды, сульфиды, сульфаты, фосфаты, карбонаты и т. д. Наиболее важное влияние на смазочное действие таких материалов оказывают процессы трибохими-ческого взаимодействия с металлами, в результате чего образуются поверхностные пленки химических соединений, снижающих коэффициент трения и устраняющих возможность проявления схватывания металлических поверхностей.

Свинец - металлический элемент IV группы периодической системы элементов. Кристаллизуется в гранецентрированной кубической решетке. Плотность около 11,34 г/см, температура плавления 327,4° С.

При нагревании на воздухе свинец окисляется до РЬО. На холоде свинец покрывается пленкой основных карбонатов, предохраняющих металл от дальнейшего действия кислорода. Химическая стойкость свинца позволяет широко использовать его для изготовления частей заводской химической аппаратуры.

Мелкодисперсный свинец вводят в качестве наполнителя фторопласта в выпускаемый в Англии мета ллофтор и ластовый материал «РЦ». Это обусловлено высокими антифрикционными свой-ствами"свинца, который широко применяется как основа свинцовых баббитов и как составная часть свинцовых бронз, а также тем, что температура плавления свинца практически совпадает с температурой «плавления» фторопласта-4. Поэтому, при трении снижается опасность перегрева последнего, так как при до-

стижении 327° С появляется жидкая фаза, снижающая коэффициент трения и, следовательно, тепловыделение.

При работе со свинцом необходимо помнить, что многие его соединения очень ядовиты и несоблюдение правил техники безопасности может привести к тяжелым формам отравления.

Графитовые и углеродные волокна. Значительный интерес в последнее время проявляется к использованию в качестве наполнителя графитовых и углеродных (карбонизованных) волокон [9, 82]. Получают их пиролизом естественных и синтетических волокон при температурах 700-900° С (углеродные волокна) и 2500-3000° С (графитовые волокна) [9]. В Англии применяют для армирования полимеров получаемые пиролизом полиакри-лонитрильных нитей графитовые волокна типа I (пиролиз при 2500° С, средний диаметр 7,7 мкм) и типа П (пиролиз при 1500° С, средний диаметр 8,6 мкм). Графитовые и углеродные волокна обладают высокими прочностью и термостойкостью, химической инертностью, высокой теплопроводностью и имеют малую плотность.

Материалы пористого каркаса или слоя. Условно к наполнителям можно отнести и материалы пористого каркаса, заполняемого тем или иным способом фторопластом. Когда частицы металла во фторопласте не соединены между собой, они являются наполнителем, если же они соединены между собой в единое целое и образуют «губку» с сообщающимися порами, то они представляют собой уже пористый каркас или пористый слой на конструкционной основе.

В качестве пористого слоя металлофторопластовых и пористого каркаса пропитанных фторопластом подшипников применяют следующие материалы: оловянные бронзы, фосфористую безоловянную бронзу, нержавеющие стали, железо, углеграфиты и т. п. Наиболее широко для пористых каркасов и слоев на конструкционной основе применяют высокооловянную бронзу Бр.О-10 или Бр.ОФ-10-1. При изготовлении металлофторопластовых материалов пористый слой получается спеканием сферических частиц бронзы; при изготовлении пористых пропитываемых фторопластом подшипников - спеканием порошков олова и меди. В последнем случае благодаря спеканию при наличии жидкой фазы образуется пористый каркас из оловянной бронзы.

ГЛАВА III

Подшипниковые материалы, содержащие фторопласт

Боле- рациодальное использование присущих фторопласту-4 высЬких антифрикционных характеристик возможно при выполнении следующих требований: повышении механических свойств и износостойкости, улучшении условий теплоотвода (чем достигается снижение температуры поверхностных слоев), стабилизации величины коэффициента трения. В результате исследований, проводившихся в СССР и за рубежом, были выявлены следующие пути выполнения этих требований: 1) повышение сопротивления деформированию конструктивными мерами; 2) нанесение тонких слоев фторопласта на металлическую основу; 3) получение материала с высокой степенью ориентации (ориентированные волокна и ткани из них); 4) введение во фторопласт различных наполнителей; 5) введение фторопласта в пористый металлический (или из другого материала) каркас; 6) введение фторопласта в тонкий пористый металлический слой, соединеннный с прочной основой из конструкционного материала (например, малоуглеродистой стали). В соответствии с этими путями разрабатывались и нашли применение основные типы содержащих фторопласт-4 антифрикционных материалов.

Допускаемую нагрузку на детали иЗ чистого фторопласта-4 можно существенно повысить, если ограничить возможность его «вытекания». Для этого детали из фторопласта помещают в специальные, гнезда или углубления таким образом, что фторопласт очень немного выступает над поверхностью ограничивающей металлической детали. В результате фторопласт в процессе работы находится под действием объемного сжатия, близкого равностороннему, и благодаря этому может длительное время работать при высоких нормальных нагрузках (неско;ько сот килограммов на см), но только при малых скоростях скольжения [100].

Применение фторопласта в виде тонких покрытий, наносимых на металлические поверхности, позволяет улучшить теплоотвод и повысить допустимые нагрузки. Однако изнашивание пленки или сдирание ее случайно попавшими между поверхностями трения твердыми частицами приводит к соприкосновению металлических поверхностей, что может вызвать проявление схватывания, образование задиров, заедание. Для снижения опасности