Для выхода человека в космос необходимо высокотехнологичное оборудование, которое должно надежно функционировать в условиях, сильно отличающихся от нормальных для нас.
Одним из важнейших вопросов, которым уделяют внимание при проектировании и производстве агрегатов, является подбор смазочных материалов для экстремальных режимов работы.
Известно достаточное количество случаев выхода из строя космических аппаратов, причиной чего становилось схватывание шарнирных соединений и других узлов с парами «металл-металл» вследствие разрушения граничных пленок, испарения и замерзания пластичных и жидких смазочных материалов.
Смазочный материал – это неотъемлемый конструктивный элемент узла трения любой техники, в том числе космической. От корректности его подбора зависят долговечность, надежность работы механизмов, их способность достигать наибольшей эффективности.
Специфичные требования к смазочным материалам для космической техники связаны с условиями ее эксплуатации – глубокий вакуум (до 10⁻¹⁰ Па), воздействие радиации, высокие либо криогенные температуры (-150…+180 °С), длительное функционирование без возможности разборки узлов для инспекции и обслуживания.
Сегодня существуют специальные смазки различных видов, подходящие для эксплуатации в указанных условиях, однако наиболее эффективными из них были и остаются твердые смазочные материалы.
Они представляют собой высокодисперсные порошки, которые в процессе трения заполняют впадины неровностей деталей, формируют гладкую поверхность, повышают несущую способность и снижают коэффициент трения. Малые силы сдвига позволяют слоям твердых смазочных материалов слоистой структуры легко скользить друг относительно друга.
Применение твердых смазок в космических аппаратах было инициировано Советом по трению и смазкам при Академии наук СССР после глубокого изучения особенностей трения в экстремальных условиях.
Ученые обратили особое внимание на дисульфид молибдена, который обладает очень высокой несущей способностью (2800 МПа), в вакууме работоспособен до +1180 °С, имеет коэффициент трения в паре «металл-металл» 0,02-0,04.
На основе твердых смазочных веществ, в том числе дисульфида молибдена, разрабатываются покрытия, которые позволяют интегрировать смазочные материалы в поверхности трения. Покрытия реализуют технологию твердой смазки.
Это значит, что после отверждения они не содержат в своем составе жидких компонентов, которые могут вытекать, испаряться, замерзать, выдавливаться из зоны контакта.
Слой антифрикционного твердосмазочного покрытия представляет собой матрицу связующего вещества (также его называют пленкообразователем), которая содержит высокодисперсные частицы твердых смазочных материалов, как правило слоистой структуры (дисульфид молибдена, графит). Также широко используются политетрафторэтилен, дисульфид вольфрама и другие вещества, обладающие высокими смазочными свойствами, стабильностью в сложных условиях эксплуатации.
Тонкая сухая смазочная пленка формируется на деталях в процессе отверждения нанесенной суспензии при комнатной температуре или при нагреве в печи.
Покрытия характеризуются окислительной стабильностью, термостойкостью, высокими противозадирными свойствами и несущей способностью, практически не подвержены влиянию внешних факторов, благодаря чему их применение эффективно даже в самых экстремальных условиях, сводя к минимуму риск задиров, схватываний металла, отказов узлов оборудования.
Покрытия на основе дисульфида молибдена в космической технике. Процесс и результаты испытаний в вакууме и при высокой температуре
В рамках современных программ по освоению космоса также применяются смазочные покрытия на основе дисульфида молибдена. Они обеспечивают максимальную эффективность и надежность работы оборудования.
Для проверки работоспособности таких покрытий в космосе проводятся лабораторные испытания на оборудовании, способном воссоздать экстремальные условия эксплуатации техники.
Такие испытания были проведены на вакуумном трибологическом стенде научными сотрудниками ИМАШ РАН им. А.А. Благонравова и НИУ МГТУ им. Н.Э. Баумана.
Целью работы обозначено определение коэффициентов трения антифрикционных твердосмазочных покрытий на основе дисульфида молибдена с различными связующими в экстремальных условиях, характерных для космического пространства – в вакууме при давлении менее 10⁻⁴ Па и при температуре +250 ℃.
Исследованы были 5 образцов покрытий на основе дисульфида молибдена, которые известны под следующими торговыми марками: MODENGY 1053, MODENGY 1014, MODENGY 1002, MODENGY 1005, MODENGY 1006. Они отличаются типом пленкообразователя, а также процентным содержанием и соотношением используемых твердых смазочных веществ (в некоторых марках покрытий совместно с дисульфидом молибдена содержатся политетрафторэтилен, графит).
Испытания проводились на специальном стенде по схеме трения «шар-диск» в соответствии с международным стандартом ASTM G99. Стенд оборудован аналого-цифровым преобразователем, вакуумметром, тензорезистором для измерения силы трения и термопарой.
Результаты испытаний
Средние значения коэффициента трения в вакууме при температуре +250 ℃ и в нормальных условиях эксплуатации представлены на графике.
Наилучшие результаты в экстремальных условиях продемонстрировало покрытие на основе дисульфида молибдена и политетрафторэтилена MODENGY 1014 – коэффициент трения равен 0,029.
Коэффициент трения покрытий на воздухе больше, чем в вакууме. Это связано с неблагоприятным воздействием влаги на дисульфид молибдена.
Испытания подтверждают высокую эффективность применения антифрикционных твердосмазочных покрытий в условиях, характерных для эксплуатации космических аппаратов.
Информация и сравнительные данные, полученные в ходе исследования, представляют интерес для производителей вакуумной техники, космического оборудования, энергетических машин.
Результаты испытаний будут учтены в ряде проектов, связанных с космической программой и термоядерным синтезом.
Подробнее узнать об испытаниях, свойствах и областях применения материалов MODENGY вы можете на нашем сайте. Также делимся новостями и опытом применения на официальных страницах в соцсетях – ВКонтакте, Telegram, YouTube, RUTUBE.
