Фторопласты

Влияние количества фторопласта на трение и износ горячепрессованных материалов каркасного типа

Коэффициенты трения материалов, как было отмечено выше, снижаются с увеличением до определенных значений количества фторопласта в материалах в зависимости от способа их изготовле­ния. Проведенными испытаниями выявлено многофакторное влия­ние на коэффициент трения и износ горячепрессованных материа­лов из смесей порошков бронзы и фторопласта.

На рис. 4.36 приведены зависимости коэффициента трения мате­риалов, испытанных по схеме втулка - цилиндрический образец с коэффициентом перекрытия 0,125 при скорости в контакте (и) 1 м/с, удельных давлениях (рк) 0,5 и 1 МПа.

Наиболее низкими значениями коэффициентов трения при кон­тактном давлении 0,5 МПа обладают материалы с 53^57 % фторо­пласта (зависимости 1, 3 и 5). При давлении 1МПа наиболее низкие значения коэффициентов трения принадлежат материалам, содер­жащим 55 62% (зависимости 2, 4 и 6). Причем, увеличение дав­

Ления в контакте для материалов, содержащих фторопласта менее 40%, снижает значения коэффициентов трения, а при большем ко­личестве фторопласта - увеличивает.

1 - Рк = 0,5; р = 200 МПа; 2 - рк = 1; р = 200 МПа; 3 - рк = 0,5; р = 350 МПа;

4 - рк = 1; р = 350 МПа; 5 - рк = 0,5; р = 500 МПа; 6 - рк = 1; р = 500 МПа

Повышение давления горячего прессования для материалов, со­держащих менее 45^47 % фторопласта, повышает значения коэф­фициентов трения. Так, для композиции, содержащей 30 % фторо­пласта, при повышении давления горячего прессования с 200 до 500 МПа коэффициент трения повышается с 0,32 до 0,35. Для ма­териалов с содержанием фторопласта более 45^47 % повышение давления горячего прессования, наоборот, снижает значения коэф­фициентов трения.

Износостойкость материалов повышается с увеличением коли­чества фторопласта в них до 53^57 % (рис. 4.38). При увеличении давления в контакте в большей степени увеличивается интенсив­ность изнашивания материалов, содержащих фторопласта менее 50 % (зависимости 2, 4, 6). Давление горячего прессования оказы­вает противоположное влияние на износ материалов, содержащих фторопласта более 40^45 % и менее этого количества. Износостой­кость увеличивается с увеличением давления горячего прессования материалов, содержащих фторопласта менее 40^45 % и, наоборот, уменьшается у материалов с содержанием фторопласта более 40^45 %. Показанные зависимости коэффициента трения и износа связаны с зависимостью прочности металлического каркаса от дав­ления горячего прессования (см. рис. 4.27), изменением процессов формирования и разрушения пленок на поверхностях трения и их свойствами, определяющими условия внешнего трения.

При трении материалов, содержащих фторопласта менее 40 %, при скоростях в контакте более 0,4 м/с и давлениях более 0,5 МПа наблюдаются несплошности пленок на поверхностях трения образ­цов (рис. 4.38, а).

С увеличением количества фторопласта в композициях на по­верхностях трения образцов уменьшается или совсем отсутствует несплошность пленок. Цвет их изменяется от темно-фиолетового (при 25 % фторопласта) до светло-зеленого (при 50 % и более). На поверхности трения контртела (втулки) формируются пленки (в зависимости от режимов трения) от желтовато-зеленого до зелено­вато-коричневого цвета.

Адгезия пленок к поверхностям контртел значительно выше, чем пленок к поверхностям образцов. Даже при трении в контактах с образцами материалов с малыми количествами фторопласта, ко­гда интенсивность формирования пленок на поверхностях послед­них меньше интенсивности их изнашивания, на поверхности контртела сохраняется зеленовато-коричневая пленка (рис. 4.38, б), разделяющая трущиеся поверхности и предохраняющая поверх­ность контртела от износа. Пленка сформирована при трении втул­ки в контакте с образцами материала, содержащего 30 % фторо­пласта, со скоростью 2 м/с и при удельном давлении в контакте 1 МПа, и представляет собой совокупность соединенных микро­скопических частичек бронзы и продуктов механодеструкции фто­ропласта и вытянутых по направлению движения. Поверхность об­разцов материалов при таких режимах имеет пленку темно­фиолетового цвета со значительным количеством несплошностей (рис. 4.39, б).

Значения толщины пленок, формируемых на поверхностях контртел при трении с материалами каркасного типа, уменьшаются с увеличением количества фторопласта в них (табл. 4.5). При этом повышается износостойкость, уменьшается коэффициент трения (см. рис. 4.36 и 4.37). Изменение режимов трения сопровождается изменением толщины пленки. Например, при изменении скорости от 1 до 2 м/с толщина увеличивается с 0,09 до 0,14 мкм при 50 % фторопласта в композиции и с 0,07 до 0,13 мкм при 60 % фторо­пласта. Увеличение толщины пленки для всех составов компози­ций наблюдается и при изменении скорости от 0,5 до 1 м/с. При этом большее значение толщины пленки соответствует большей ин­тенсивности изнашивания образцов материалов. Роль меди в форми­ровании защитной пленки на поверхности контртела подтверждается испытанием ни трение образцов материалов на основе меди.

Испытания на трение и износ меднофторопластовых материа­лов, изготовленных горячим прессованием в выгодных условиях формирования металлического каркаса, показали более высокую интенсивность формирования защитной пленки на поверхности контртела, чем при трении материалов на основе бронзы. В на­чальный период трения на поверхности контртела появлялась пленка красного цвета, которая при повышении температуры в контакте в процессе трения (через 15-20 мин) приобретала желто­вато-зеленый или зеленовато-коричневый цвет (в зависимости от режимов трения). При этом коэффициент трения снижался с 0,40 до 0,22, толщина пленки достигала значений в 3-4 раза больших, чем при трении образцов материалов на основе бронзы с одинако­вым содержанием фторопласта (см. табл. 4.5). Интенсивность из­нашивания образцов достигла (50^60)-10- , что более чем на поря­док выше в сравнении с бронзофторопластом.

Толщина пленок и их состав зависят от свойств и количества входящих компонентов, режимов и условий трения.

Испытания композиций по торцовой схеме трения при скорости скольжения 1 м/с и давлениях в контакте 1 и 2 МПа (рис. 4.40 и 4.41) показали, что характер зависимостей коэффициента трения и интенсивности изнашивания от количества фторопласта, давления горячего прессования и давления в контакте аналогичен характеру зависимостей при трении образцов по втулке с радиальным нагру­жением.

Для оптимизации количества фторопласта и режимов горячего прессования, а также для разработки многокомпонентных материа­лов с учетом формирования структур каркасных материалов коли­чество фторопласта или фторопласта с другими антифрикционны­ми добавками на основном уровне (в центре плана эксперимента) необходимо принимать в интервале 50-55 %. Интервал выбора мо­жет быть смещен в сторону уменьшения количества фторопласта до 45-50 % в зависимости от режимов и схем трения пар конкрет­ных узлов.