Введение
Современное машиностроение характеризуется неуклонным ужесточением требований к эксплуатационным характеристикам узлов трения машин и механизмов. Тенденции к миниатюризации агрегатов, уменьшению габаритов узлов трения, повышению удельных нагрузок, скоростей и рабочих температур, эксплуатации оборудования в химически агрессивных средах и в широком диапазоне климатических условий, а также стремление к созданию необслуживаемых узлов и повышению экологической безопасности диктуют необходимость поиска и внедрения инновационных триботехнических решений.
Одним из таких решений является разработка антифрикционных твердосмазочных покрытий (АТСП), которые позволяют снизить трение, износ и защитить от коррозии, а также обеспечить работу узлов в экстремальных условиях. В рамках импортозамещения и развития малотоннажной химии особую актуальность приобретают технологии, позволяющие создавать конкурентоспособные продукты с уникальными свойствами.
«Антифрикционные твердосмазочные покрытия представляют собой одно из наиболее перспективных направлений в развитии высокотехнологичных материалов, способных эффективно решать указанные задачи, обеспечивая надежность и долговечность оборудования», – сообщает генеральный директор компании ООО «НПЦ Моденжи» Прудникова Ю.А.
В статье рассказываем об опыте российского предприятия «НПЦ Моденжи» в области разработки, исследования, производства и промышленного внедрения антифрикционных твердосмазочных покрытий марки MODENGY для различных отраслей промышленности.
Делимся преимуществами технологии твердой смазки перед традиционными методами снижения трения и износа, особенно в экстремальных условиях эксплуатации.
Антифрикционные твердосмазочные покрытия: сущность и принцип действия
Антифрикционные твердосмазочные покрытия MODENGY – это композиционные материалы, состоящие из высокодисперсных частиц твердых смазочных веществ, равномерно распределенных в полимерной или неорганической матрице, растворителей, обеспечивающих технологичность нанесения, а также функциональных добавок.
После нанесения на предварительно подготовленную поверхность детали и последующего отверждения (термического или холодного) формируется тонкий (20 мкм), прочно сцепленный с основой слой, обладающий уникальным комплексом триботехнических и защитных свойств.
Принцип действия АТСП основан на способности твердых смазочных компонентов (таких как дисульфид молибдена (MoS₂), политетрафторэтилен (ПТФЭ), графит, дисульфид вольфрама (WS₂), графен, нитрид бора (BN) и др.) образовывать на трущихся поверхностях легкосдвигаемые пленки с низким коэффициентом трения.
Связующее вещество (например, модифицированные эпоксидные, полиамидимидные, фенолформальдегидные, полиуретановые смолы) обеспечивает адгезию покрытия к подложке, его когезионную прочность, химическую стойкость и антикоррозионные свойства.
Комбинация различных твердых смазок и связующих веществ позволяет создавать покрытия с заданными свойствами, адаптированные под конкретные условия эксплуатации узла трения. Малая толщина покрытий практически не влияет на точность сопрягаемых деталей, что особенно важно для прецизионных механизмов.
Ключевые преимущества и характеристики технологии антифрикционных твердосмазочных покрытий MODENGY
АТСП MODENGY обладают рядом существенных преимуществ по сравнению с традиционными пластичными смазками и маслами:
- Стабильный коэффициент трения: покрытия обеспечивают низкий и стабильный коэффициент трения, не зависящий в широких пределах от нагрузки, скорости и температуры
- Широкий диапазон рабочих температур: покрытия способны эффективно работать в интервале температур от криогенных (-210 °С) до весьма высоких (+730 °С), что критически важно для оборудования, эксплуатируемого в различных климатических зонах и в условиях высокотемпературных технологических процессов
- Работоспособность в специфических условиях: АТСП незаменимы в условиях вакуума, радиации, а также в запыленной среде, где традиционные смазки либо неработоспособны, либо быстро загрязняются, теряя свои свойства. Сухая смазочная пленка не аккумулирует пыль и абразивные частицы
- Отсутствие испарения и окисления: покрытия сохраняют свою эффективность даже после длительных простоев оборудования, не требуя обновления
- Высокая несущая способность и противозадирные свойства: АТСП выдерживают удельные давления до 3000 МПа, не выдавливаются из зоны контакта при высоких нагрузках и малых скоростях скольжения, предотвращают схватывание и задир поверхностей. Это особенно актуально для тяжелонагруженных узлов
- Высокие антикоррозионные свойства: многие типы покрытий MODENGY обеспечивают превосходную защиту металлических поверхностей от атмосферной и химической коррозии (включая воздействие соляного тумана, сероводорода, кислот, щелочей), часто превосходя по стойкости хромирование и цинкование)
- Обеспечение смазывания на весь срок службы узла: применение АТСП позволяет создавать необслуживаемые узлы трения, что снижает эксплуатационные расходы, повышает надежность оборудования и сокращает время простоев
- Экологичность, безопасность для окружающей среды
ООО «НПЦ Моденжи»: компетенции и производственно-исследовательская база
Компания «Моденжи» с 2017 года целенаправленно занимается разработкой, производством и внедрением технологии твердой смазки, которая реализуется с помощью антифрикционных покрытий, твердосмазочных паст и сухих адаптивных смазочных материалов.
Генеральный директор компании Прудникова Ю.А. поделилась: «За это время создана линейка из более чем 40 видов материалов, решающих широкий спектр острых трибологических задач в различных отраслях промышленности, связанных не только со снижением трения, но и с приданием антистатических, антиобрастающих, гидрофобных, антиобледенительных свойств поверхностям деталей оборудования. В настоящее время ведется разработка радиационно-защитных покрытий».
Компания располагает современной производственно-исследовательской базой в г. Брянске, включающей:
- Линии по производству АТСП и сопутствующей химии (очистители, активаторы, растворители)
- Производственные участки по нанесению покрытий различными методами (распыление, окунание с центрифугированием и др.)
- Инженерный центр, оснащенный современным оборудованием для контроля качества
- Исследовательскую лабораторию, занимающуюся разработкой новых составов и совершенствованием существующих
- Учебный центр для отработки специалистами предприятий-заказчиков технологии нанесения покрытий
Команда «Моденжи» включает высококвалифицированных специалистов в области трибологии, материаловедения и химии, в том числе кандидатов и докторов технических наук. Предприятие активно сотрудничает с ведущими научно-исследовательскими институтами и промышленными предприятиями.
Испытательные возможности включают трибометры (по стандарту ASTM G-99, ГОСТ 32484.3—2014, ГОСТ Р 52643-2006 и методу Райхерта), позволяющие определять коэффициент трения, ресурс, интенсивность изнашивания, коэффициент закручивания болтовых соединений, оценивать противозадирные свойства материалов и др., камеру соляного тумана (по ISO 9227, ГОСТ 30630.2.5-2013) для оценки коррозионной стойкости, а также современное оборудование для контроля физико-механических свойств покрытий.
Примеры успешного применения и разработок АТСП MODENGY
Эффективность АТСП MODENGY подтверждена многочисленными проектами и серийным применением на предприятиях различных отраслей: нефтегазовая промышленность, авиация, космическая промышленность и робототехника, автомобилестроение, оборонно-промышленный комплекс, атомная энергетика, двигателестроение [1], железнодорожный транспорт, трубопроводная арматура [2] и др.
Создание антифрикционного покрытия MODENGY 1014 для ходовых винтов приводных механизмов:
Цель: Повышение надежности, снижение трения, обеспечение долговременной защиты от коррозии и создание необслуживаемых узлов, работающих в условиях запыленности.
Идея и решение: Применение износостойкого АТСП с низким коэффициентом трения и хорошими антикоррозионными свойствами.
Результаты: Достигнуто значительное повышение ресурса и надежности ходовых винтов, облегчено перемещение деталей в паре «винт-гайка», исключена необходимость регулярного досмазывания, обеспечена эффективная работа в пыльной среде без налипания абразива.
Разработка высокотемпературного адаптивного покрытия MODENGY 1090:
Цель: Обеспечение надежной работы лепестковых газодинамических подшипников микротурбин при температурах до +730 °С.
Идея и решение: Создание многокомпонентного покрытия, содержащего твердые смазочные вещества, активные в различных температурных диапазонах. Трение минимизируется в моменты пуска и останова турбины.
Результаты: Покрытие успешно прошло испытания, одобрено Московским авиационным институтом (МАИ) и внедрено в серийное производство, обеспечивая низкий коэффициент трения и стабильную работу узла [3].
Повышение ресурса пневмоцилиндров с помощью антифрикционного покрытия MODENGY 1014:
Цель: Увеличение срока службы пневмоцилиндров за счет снижения износа пары трения «металл-полимерный вкладыш».
Идея и решение: Нанесение АТСП на рабочие поверхности – внутренние цилиндрические поверхности гильз.
Результаты: Ресурсные испытания, проведенные производителем пневмоцилиндров, показали увеличение срока службы с 500 тысяч до 1 миллиона циклов. Антифрикционное твердосмазочное покрытие MODENGY 1014 внедрено в серийное производство пневмоцилиндров.
Разработка твердосмазочной пасты MODENGY 4002:
Цель: Облегчение сборки, предотвращение задиров и обеспечение качественной приработки тяжелонагруженных соединений, в частности при запрессовке колесных пар железнодорожного транспорта.
Идея и решение: Использование концентрированной пасты на основе высокодисперсного дисульфида молибдена с высокими противозадирными свойствами.
Результаты: Паста серийно применяется, обеспечивая снижение усилий запрессовки и повышение надежности соединений.
Заключение
Разработки компании «Моденжи» соответствуют стратегии развития малотоннажной химии: локализация производства в г. Брянске, использование отечественного сырья и компонентов, постоянная работа над созданием новых материалов по техническому заданию заказчиков и на замену импортным материалам.
Антифрикционные твердосмазочные покрытия представляют собой современное и высокоэффективное решение для специфического круга трибологических задач в машиностроении. Их внедрение способствует развитию малотоннажной химии в России, снижению зависимости от импорта и повышению конкурентоспособности отечественной продукции. Они позволяют значительно улучшить эксплуатационные характеристики узлов трения, работающих в стандартных и экстремальных условиях.
Опыт ООО «НПЦ Моденжи» в разработке, производстве и внедрении АТСП MODENGY демонстрирует их высокий потенциал для повышения надежности, ресурса и эффективности оборудования, а также для решения задач импортозамещения.
Дальнейшее развитие этого направления, включая создание новых композиций и расширение областей применения, является актуальной задачей, способствующей технологическому прогрессу отечественной промышленности. ООО «НПЦ Моденжи» открыто для сотрудничества с предприятиями и научными организациями в решении актуальных задач трибологии.
Литература
- Гаврилов, К.В. Оценка антифрикционных свойств твердосмазочных покрытий для юбки поршня высокофорсированного дизеля / К.В. Гаврилов, А.В. Морозов, М.В. Селезнев, Ю.В. Рождественский, Н.А. Хозенюк, А.А. Дойкин, В.С. Худяков // Трение и износ. – 2020. – Том 41, №5. – С.647-654.
- Прудников, М.И. Эффект применения антифрикционных твердосмазочных покрытий для деталей клапанов ТЭС / М.И. Прудников, А.В. Чекмодеев // Трубопроводная арматура и оборудование. – 2017. – №6(93). – С. 78-79.