Główne kierunki badań materiałów ciernych

Główne kierunki badań materiałów ciernych
W celu dostosowania się do rozwoju przemysłu maszynowego, udoskonalania i poszukiwania nowych materiałów ciernych, skupiono się na następujących aspektach: poprawie odporności materiału na zużycie, od której zależy żywotność urządzenia hamulcowego; uzyskanie wystarczająco wysokiego i stabilnego współczynnika tarcia, aby zapewnić niezawodność i płynność pracy urządzeń hamulcowych i przekładniowych.
Odporność cieplną materiałów ciernych charakteryzują zasadniczo dwa wskaźniki: odporność na utlenianie w wysokich temperaturach oraz zdolność metalowej osnowy, na której oparty jest materiał, do utrzymania wystarczającej wytrzymałości mechanicznej. Aby osiągnąć wyższe temperatury robocze, nastąpiło przejście na metale bardziej ogniotrwałe i bardziej złożone stopy. Na przykład przy dużym obciążeniu pod wpływem większej ilości materiałów na bazie żelaza zamiast materiałów na bazie brązu: w celu poprawy temperatury roboczej i wytrzymałości mechanicznej materiałów na bazie miedzi należy zastosować aluminium zamiast cyny w celu wytworzenia stopu miedzi; materiały na bazie żelaza z dodatkiem niklu, kobaltu, chromu, manganu, wolframu, molibdenu i innych pierwiastków w celu wytworzenia stopu żelaza, w celu dalszej poprawy stabilności termicznej i wytrzymałości mechanicznej materiału ciernego na bazie żelaza.
Materiały cierne na bazie żelaza w kontakcie z żelazem w wysokich temperaturach. Niestabilny grafit jest również coraz częściej zastępowany przez obojętne środki przeciwzatarciowe (takie jak azotek boru). Przy dużych obciążeniach proponowane są proszkowe materiały cierne na bazie niklu i wolframu. Aby poprawić ich odporność na utlenianie, proponuje się materiały cierne na bazie włókien stali nierdzewnej. W przypadku odporności na zużycie stosuje się ten sam wielostopowy, aby zwiększyć wytrzymałość metalowej osnowy materiału ciernego.
W celu poprawy i stabilizacji współczynnika tarcia przeprowadzono wiele prac badawczych w poszukiwaniu nowych środków ciernych i środków przeciwzatarciowych. W celu poprawy współczynnika tarcia materiałów ciernych na bazie żelaza dodano takie związki jak: węglik boru, węglik krzemu, węglik cyrkonu, azotek boru itp. Do pracy z dużymi obciążeniami jako środek cierny dwutlenek krzemu z węglikiem i azotek do wymiany.
W materiałach na bazie miedzi krzemionka, azbest, mulit i tlenek glinu są skutecznie stosowane jako środki cierne w celu poprawy współczynnika tarcia. Dwusiarczek molibdenu, dwusiarczek wolframu i azotek boru są szeroko stosowane w materiałach na bazie żelaza w celu regulacji współczynnika tarcia i poprawy właściwości zapobiegających zacieraniu. Większą uwagę zwraca się na topliwy metal ołów, cynę, bizmut, antymon, kadm i inne dodatki, które w wyniku tarcia ze względu na wzrost temperatury zamieniają się w ciecz, aby zapobiec powstawaniu zjawiska stick-slip, aby ustabilizować współczynnik tarcie jest korzystne. W dodanym materiale ciernym niż czysty węglik lub czysty azotek, bardziej stabilny, większa wytrzymałość złożonego związku wykonała dużo pracy. Materiały na bazie żelaza i miedzi w roztworze stałym typu tytanu lub cyrkonu, związków tlenu, węgla, azotu TiO-TiN-TiC lub Zr-ZrO-ZrN, współczynnik tarcia tego materiału wynosi 0,55 , odporność na zużycie można zwiększyć ponad 9 razy.
Przy prędkości tarcia 40 ml/s materiały cierne zawierające więcej niż 2% tlenku tytanu i 3% do 10% tlenków krzemu, glinu, cyrkonu, magnezu, berylu, wapnia i chromu w materiałach na bazie żelaza i miedzi są Zalecana.
Jednym z proponowanych nowych kierunków jest włączenie w pory wstępnie spiekanej osnowy metalicznej drobno zmielonego proszku szklanego, co odbywa się poprzez impregnację żywicą silikonową zawierającą zawieszone cząstki szkła, a następnie dodatkową obróbkę cieplną.
Jeśli w przeszłości wytwarzanie materiałów ciernych z metalurgii proszków opierało się głównie na doświadczeniach praktycznych, w przyszłości główna uwaga zostanie poświęcona badaniu mechanizmu tarcia i zużycia podczas pracy pary ciernej, co dostarczy naukowego podstawy projektowania materiałów ciernych o wymaganych właściwościach.