Các CCMS sử dụng những vật liệu chống ma sát, hoạt động trong những điều kiện rất khác nhau. Các thông số hoạt động của các vật liệu này có thể thay đổi trong phạm vi rộng: tốc độ trượt - từ 1 mm đến 100m/giây; tải trọng từ vài gram đến 100 - 200 KG lực/cm2 và lớn hơn; nhiệt độ - từ lạnh đến 1000oC và cao hơn.

Do các vêu cầu trên mà khôn thể chế tạo được một vật liệu chống ma sát vạn năng, có thể làm việc trong các CCMS có chức năng khác nhau. Do đó cần phải nghiên cứu các vật liệu chống ma sát khác nhau đối với các điều kiện hoạt động cụ thể.

Các vật liệu có triển vọng phải có lớp chống ma sát tương đối mỏng được gắn lên lớp đệm chịu tải thường là một lớp thép mỏng. Chế tạo vật liệu kiểu này đã tạo ra một cái cốt cho lớp chống ma sát ở trên lớp đệm thép cứng hơn, do vậy nâng cao khả năng chịu tải của CCMS, giảm kích thước và khối lượng kim loại và giảm tiêu hao vật liệu chống ma sát.

Đối với các vật liệu này, lực dính bám là điều kiện cần thiết cho khả năng hoạt động của lớp phủ chống ma sát. Lực này được xác định bởi thành phần chi tiết cấu thành, bởi những đặc điểm chế tạo màng đệm và công nghệ sản xuất lớp phủ.

Dưới đây sẽ giới thiệu kết quả nghiên cứu xử lý thành phần và công nghệ sản xuất lớp phủ chống ma sát tự bôi trơn trên cơ sở xi măng photphat hóa rắn với các chất bôi trơn rắn và polyme.

Người ta đã nghiên cứu lớp phủ photphat trên cơ sở CuO, TiO2, PbO2 và MoO3 cùng có mặt các chất bôi trơn rẳn trộn với H3PO4 40%. Molipđen đisunfua MoS2 và graphit được dùng làm chất bôi trơn rắn. Phủ hỗn hợp nói trên lên các mẩu thép và hóa rắn ở nhiệt độ 20 - 300oC.

Các kết quả thí nghiệm cho thấy lớp phủ đóng rắn ở nhiệt độ cao có hệ số ma sát lớn hơn các mẫu giữ ở nhiệt độ phòng. Dùng graphit làm chất bôi trơn rắn sẽ làm giảm hệ số ma sát và tăng tính chịu mài mòn, tuy nhiên độ bền cơ học của các hỗn hợp này tương đối thấp.

Người ta đã biết trong số các polyme hữu cơ thì polytetraflo etylen (PTFE) chiếm vị trí đặc biệt trong sản xuất các chi tiết máy chống ma sát. Nó có nhiều tính chất đặc biệt khác xa tất cả các polyme còn lại, trước hết là trơ với hóa chất, có hệ số ma sát thấp, bền cả ở lúc lạnh và rất nóng, có các chỉ số điện môi tốt.

Song PTFE có một số nhược điểm gây khó khăn cho việc sử dụng nó làm vật liệu kết cấu và chống ma sát. Đó là các tính chất cơ lý không đạt yêu cầu và dễ biến dạng trong các điều kiện bình thường dưới áp suất không lớn Do dễ bị mài mòn trong khi sử dụng ở các CCMS và vật đệm kín, có hệ số dãn nở dài cao nên việc ứng dụng PTFE có nhiều hạn chế.

Đưa các chất độn vào thành phần PTFE thường làm tăng khả năng chịu tải và tính dẫn nhiệt của nó, đồng thời giảm sự mài mòn của vật liệu trong các CCMS mà vẫn giữ được các tính chất quý giá khác của mạng polyme. Hàm lượng tối ưu của chất độn trong PTFE đế có sự mài mòn tối thiểu là 30 - 50% (khối lượng).

Phương pháp sử dụng PTFE làm vật liệu chống ma sát có hiệu quả là phủ nó lên bề mặt xốp ở các chi tiết của CCMS. Các lỗ xốp nằm hoàn toàn hoặc ở một phần độ sâu phía bề mặt hoạt động chịu ma sát. Phần có lỗ xốp được đổ đầy PTFE tinh khiết hoặc PTFE chứa chất độn. Như vậy sẽ tăng tính chịu mòn và giảm hệ số ma sát của vật liệu.

Người ta đã nghiên cứu một dây chuyền công nghệ sản xuất màng vật liệu có lớp phủ teflon-photphat chống ma sát, gồm các giai đoạn sau:

- Chuẩn bị bề mặt đệm,

- Quét lớp lót;

- Sấy lớp lót ở nhiệt độ 390 - 400oC trong môi trường khử 30 phút;

- Đun sôi 30 phút trong nước để tách H3PO4;

- Quét lớp phủ nền;

- Sấy lớp phủ nền ở 200 - 260oC khoảng 20 - 30 phút;

- Tẩm lớp phủ lên trên các trục cán được đốt nóng ở 360oC khoảng 1 - 1,5 giờ;

- Định cỡ (chiều dày) lớp phủ trên trục cán lạnh.

Lớp phủ chống ma sát được phủ lên màng đệm làm từ nhôm lá màng thép mỏng, đồng lá có mặt xốp.

Có sự bám dính là nhờ phản ứng oxy hóa - khử của đồng và bạc tạo thành đồng photphat không tan trên lớp phân chia pha. PTFE ở dạng huyền phù có trong thành phần của lớp lót tạo thành lớp phủ nguyên khối và bám dính khá cao.

Axit photphoric không chỉ photphát hóa bề mặt đệm lót mà còn là thành phần của ximăng photphat, tạo thành chất độn photphat của lớp lót.

Tùy thuộc vào hoạt tính của chất đệm mà một phần axit photphoric được trung hoà bởi các hyđroxyt kim loại hoà tan trong nó.

Người ta chuẩn bị lớp phủ bằng cách nghiền khô cẩn thận các thành phần của lớp phủ photphat và phụ gia rắn rồi thêm vào đó dung dịch của chất oxy hóa, axit photphoric và nghiền lại trong máy nghiền bi sứ; tiếp theo rót huyền phù (nước) PTFE vào và trộn thật đều.

Người ta đã chế tạo được hàng loạt cutxinê trượt có phủ lớp chống ma sát nói trên ở những bộ khởi động và phối điện của ôtô. Kết quả cho thấy những chi tiết này có độ tin cậy và độ bền vượt gấp 2 - 2,5 lần so với những cái cùng loại có phủ đồng thau - graphit.

Ở những chi tiết khác như ổ trục của máy giặt khi thay đồng thau bằng lớp phủ hoạt hóa độ tin cậy đã tăng gấp 5 -10 lần.

Các bài khác: