Ещё недавно в номенклатуре наших порошковых антифрикционных композиций присутствовали композиции с дисульфидом молибдена в количестве 2-5% по массе в качестве добавки, обеспечивающей повышенную износостойкость материалов при их эксплуатации в условиях ограниченной смазки и при сухом трении. Были проведены кратковременные износные испытания, которые показали, что в условиях периодической капельной подачи смазки в узел трения материалы стабильно работоспособны и обладают низкими коэффициентами трения на уровне 0,02-0,08. Более глубокое знакомство с литературой по химии поведения дисульфида молибдена в широком диапазоне температур, вплоть до температуры плавления (11850 С), заставило нас усомниться в правильности принятых нами ранее управленческих решений. Только теперь мы обратили внимание на то, что западные фирмы (которые умеют считать деньги!) не вводят дисульфид молибдена в состав порошковых композиций, а поставляют на рынок исключительно композиционные смазки с его содержанием.
В представленном ниже материале мы обсуждаем вопросы применимости дисульфидов молибдена и вольфрама применительно к антифрикционным порошковым материалам.
Двойные сульфиды молибдена и вольфрама (Mos2 и WS2) в силу сходства своего кристаллического строения с графитом являются эффективными твёрдыми смазками для узлов трения, работающих в условиях повышенных температур, контактных нагрузок и скоростей скольжения. Это справедливо для любых трущихся пар, если вводить твёрдые смазки непосредственно на поверхности трения обслуживаемых узлов трения.
В порошковой металлургии, ориентированной на не обслуживаемые узлы трения, твёрдые смазки принято вводить непосредственно в порошковые шихты, подвергаемые дальнейшей переработке в готовые изделия путём их прессования и спекания. Хотя в интервале эксплуатационных температур (до 4000 С) названные дисульфиды вполне термически устойчивы, в процессе спекания в составе изделий, как оказалось, они диссоциируют с испарением серы, а также химически взаимодействуют с матричными металлами и остаточным кислородом газовой среды спекания. В результате в структуре спеченных изделий вместо ожидаемых дисульфидов Mo и W могут появиться их оксиды и низшие сульфиды, не обладающие слоистой структурой и, следовательно, антифрикционными свойствами.
Специальными рентгеноструктурными исследованиями ([1], цитируется по [2]) установлено, что MoS2 в составе порошковых оловянных бронз и бронзографитов претерпевает при спекании распад с испарением серы и образованием низших сульфидов Mo2S3 и Mo2S, обладающими высокими коэффициентами трения по стали (0,5 и выше). Из этого следует, что легировать бронзовые и бронзографитовые шихты дисульфидом молибдена нецелесообразно. Дисульфид вольфрама, напротив, сохраняет свою структуру при нагреве до температур спекания неизменной и поэтому может быть полезен в качестве антифрикционной добавки в порошковые бронзографитовые шихты. Этот вывод подтверждается триботехническими испытаниями материалов в интервале температур до 6000 С [2]. Таким образом, изъятые нами из обращения бронзографитовые композиции могут быть возвращены в практический оборот с заменой дисульфида молибдена на дисульфид вольфрама. Но не сегодня. Ограничением для применения дисульфида вольфрама являются его высокая стоимость (в 3-3,5 раза дороже в сравнении с недешёвым дисульфидом молибдена) и отсутствие на товарном рынке.
Применительно к использованию в железосодержащих бронзографитах дисульфид молибдена полезен, поскольку его распад при нагреве происходит несколько по другой схеме: испаряющаяся сера химически взаимодействует со структурно свободным матричным железом с образованием сульфида железа FeS, а металлический молибден растворяется в железе, упрочняя его. Сульфид железа по структуре сходен со структурой графита и поэтому обладает высокими антифрикционными свойствами. Тем не менее, все железосодержащие бронзографитовые композиции с дисульфидом молибдена мы временно изъяли из производства, поскольку пока непонятно, насколько полезен эффект упрочнения матричного железа молибденом от распавшегося дисульфида молибдена, а сульфид железа можно ввести в состав композиции более дешёвыми средствами.
Литература
1. J. Tsuya, H. Shimara, k. Umeda. A study of the properties of copper and copper-tin base self-lubricating composites. Wear, 22, 1972, № 2, pp. 143-162.
2. И.М. Федорченко, Л.И. Пугина. Композиционные спеченные антифрикционные материалы. Изд-во "Наукова думка", Киев, 1980.
|