Трибология — чем она занимается и где находит применение?

Что такое трибология?

Трибология определяется как наука и технология, касающаяся поверхностей, находящихся в относительном движении и взаимном взаимодействии. Она включает в себя изучение явлений трения, износа и смазки, а также взаимодействий, происходящих на границе соприкосновения тел. Эти процессы включают, в частности, передачу сил, преобразование механической энергии, физико-химические превращения и явления механического зацепления, обусловленные морфологией и топографией поверхностей.

Ключевой целью трибологии является понимание поверхностных взаимодействий и, следовательно, возможность решения проблем и поиска правильных решений. Эта область носит междисциплинарный характер — она использует знания в области машиностроения, материаловедения, химической инженерии и многих других. Такой широкий подход необходим для полного объяснения сложных физических явлений, происходящих в зоне трения.

Механизм трения

Трение — это, по определению, тангенциальное сопротивление движению между двумя соприкасающимися твердыми телами. Величина этого сопротивления зависит от материалов, геометрии и характеристик поверхностей соприкасающихся тел, а также от условий работы и окружающей среды. Этот механизм является результатом физических взаимодействий, происходящих преимущественно в микроскопическом масштабе.

Выделяют:

• Кинетическое (движущееся) трение — сопротивление между двумя соприкасающимися и движущимися относительно друг друга поверхностями,
• Статическое (покоя) трение — присутствует при переходе из состояния покоя в движение, а также при остановке движения. Как правило, оно больше кинетического.

Поверхности тел, даже те, которые кажутся идеально гладкими, на молекулярном уровне полны углублений и неровностей. Во время движения они взаимно блокируются и зацепляются, а преодоление этих барьеров требует подачи внешней энергии.

Ключевым явлением в контексте трения является также адгезия. В точках фактического соприкосновения тел возникают межмолекулярные связи, в том числе ван-дер-ваальсовые взаимодействия и капиллярные силы. Кроме того, в процессе трения на поверхностях генерируются электрические заряды (трибоэлектрический эффект). Эти заряды усиливают ионные силы поверхности, что способствует возникновению силы адгезионного контакта.

Ознакомьтесь с ассортиментом антиадгезивов.

Стоит отметить, что трение возникает не только при соприкосновении двух разных объектов, но и внутри одного тела, когда его слои или частицы перемещаются относительно друг друга. Это явление называется внутренним трением. Его характер зависит от состояния вещества — в газах и жидкостях оно проявляется в виде вязкости (силы относительно невелики), тогда как в твердых телах оно значительно сильнее, что обусловлено упорядоченностью элементов структуры.

Смазочные материалы как вещества, снижающие трение

Смазка является основным методом, применяемым при техническом обслуживании машин для производства продукции. В случае скользящих элементов, таких как поршнево-цилиндровые системы, зубчатые колеса и кулачки, смазка между двумя или более элементами необходима для обеспечения плавной работы машины.

Смазочное средство — это вещество, предназначенное для уменьшения трения между соприкасающимися поверхностями, что в конечном итоге снижает тепло, выделяемое при движении этих поверхностей. Механизм действия основан на замене сухого трения (твердых тел) внутренним трением жидкости с низкой вязкостью или образовании устойчивого пограничного слоя.

Помимо уменьшения трения, правильная смазка способствует:

• Рассеиванию тепла,
• Снижению шума,
• Защите от коррозии,
• Эффективности уплотнения,
• удаления загрязнений.

Базовое масло — основной фактор, снижающий трение

Базовые масла являются исходным сырьем для производства смазочных материалов, и их свойства оказывают огромное влияние на производительность и характеристики готового продукта, в том числе на вязкость, стабильность/стойкость и несущую способность.

Выделяют пять основных групп базовых масел:

Группы I, II, III — масла, являющиеся производными нефти

Группа I — это самые дешевые масла, получаемые путем простой рафинации с использованием растворителей. Они характеризуются насыщением углеводородов < 90% и индексом вязкости 80–120. Базовые масла второй группы производятся на основе процесса гидрокрекинга. Они демонстрируют лучшие свойства, чем масла группы I. Содержат меньшее количество примесей и имеют более высокий индекс вязкости. Масла группы III — это продукты наивысшей чистоты, подвергнутые глубокому гидрокрекингу. Их свойства близки к свойствам синтетических масел.

Группа IV – синтетические масла

Они характеризуются высокой термической и окислительной стабильностью. Кроме того, они демонстрируют низкую изменчивость вязкости в широком диапазоне температур.

Эта группа соединений включает полиальфаолефины (PAO), которые являются популярными синтетическими углеводородами. Это продукты полимеризации этилена, полученного из нефти путем крекинга сырой бензины. Благодаря полной насыщенности (отсутствию двойных связей) эти масла устойчивы к окислению и деградации при высоких температурах.

Группа V — прочие базовые масла

Эта группа включает все остальные базовые масла, в том числе эфиры, полиалкиленгликоли (PAG) и силиконы. Все чаще появляются также растительные альтернативы минеральным и синтетическим маслам. В основном это натуральные триглицериды, такие как рапсовое или подсолнечное масло.

Базовые масла – предложение Группы PCC

Группа PCC предлагает полный ассортимент специализированных базовых масел, используемых в синтетических смазочных материалах. Эти продукты применяются в гидравлических жидкостях, смазочных жидкостях, компрессорах, промышленных редукторах, а также в текстильной промышленности.

Широкий ассортимент продуктов представлен в серии под названием Rokolub. В первую очередь это:

• водорастворимые полиалкиленгликоли (PAG) (Rokolub серии 50-B и Rokolub серии 60-D),
• нерастворимые в воде полиалкиленгликоли (PAG) (Rokolub серии P-B и Rokolub серии PO-D),
• Фосфорные эфиры (Rokolub серии FR I и Rokolub серии FR T).

Присадки типа AW и EP, а также трибологические характеристики трения

В маслах и смазках, используемых в промышленности, основным компонентом являются базовые масла. Важную роль играют усовершенствующие присадки, повышающие естественные свойства базовых масел.

Присадки, улучшающие смазочные свойства, представляют собой химические соединения, участвующие в трибохимических реакциях. Чаще всего используются присадки, контролирующие износ и трение. Они встречаются в виде противоизносных присадок (AW) или противозадирных присадок (EP).

Посмотреть ассортимент противоизносных присадок.

Антиизносные присадки (англ. Anti-Wear, AW)

Антиизносные присадки — это компоненты смазок, которые вступают в химическую реакцию с защищаемой металлической поверхностью, образуя защитное покрытие, предохраняющее металл от износа в условиях граничного смазывания. Антиизносные присадки создают поверхность, менее подверженную повреждениям, чем незащищенный базовый металл.

Популярные виды противоизносных присадок включают, в частности, соединения цинка (например, диалкилдитиофосфат цинка, ZDDP), молибдена (например, дитиокарбаминат молибдена), а также присадки на основе фосфора и бора.

Группа PCC предлагает в своем ассортименте присадки AW — это продукты серии Rokolub AD (например, Rokolub AD 246 ultra).

Противозадирные присадки (англ. Extreme-pressure, EP)

Их основная задача — предотвращение контакта поверхностей при экстремально высоких нагрузках. Они химически воздействуют на металлические поверхности, образуя защитный слой, который предохраняет их от задира и износа. Добавки EP позволяют смазке выдерживать кратковременные давления, превышающие ее нормальную несущую способность, без повреждений. Обычно они действуют сильнее и агрессивнее, чем противоизносные добавки.

Типичными примерами EP-присадок являются соединения на основе серы (например, сульфированные жиры и масла), соединения фосфора (например, фосфаты, тиофосфаты) или такие вещества, как графит и сульфиды молибдена.

В портфеле Группы PCC добавки EP представлены в первую очередь продуктами серии EXOfos (например, EXOfos PA-080S, EXOfos PB-184).

Посмотреть полный ассортимент противоизносных присадок.