Применение АФП признано экспертами одним из самых перспективных способов решения трех важных проблем эксплуатации техники и разнообразных промышленных агрегатов:

• потери мощности на трение в подвижных узлах;
• преждевременного износа металлических поверхностей узлов и соединений;
• продления срока службы узлов и соединений после ремонта.

Компания «РУСМА» занимается производством антифрикционных твердосмазочных покрытий с 2020 г. Решение о разработке такого продукта было принято в ходе сотрудничества с давними партнерами компании, которые на протяжении многих лет занимаются ремонтом трубной продукции для нефтедобывающей отрасли. «Трубники» обратили внимание на укрепляющий эффект, который дает предварительное нанесение на резьбу состава на основе порошкового дисульфида молибдена. Обработанные таким образом резьбовые соединения труб нефтяного сортамента служили значительно дольше, а нанесение с помощью аэрозольного баллона, предлагаемое для аналогичного продукта компанией Molykote, оказалось наиболее удобным.
Решив найти бюджетную альтернативу дорогим зарубежным покрытиям, партнеры обратились в компанию «РУСМА».

Оценив перспективы и объем замещения импортной продукции данного типа, инженеры и технологи компании «РУСМА» приступили к реверс-инжинирингу и, после проведения ряда лабораторных исследований, не только разработали бюджетный и функциональный аналог,
но и сумели вывести несколько твердосмазочных покрытий собственной разработки на
опытно-промышленные испытания всего за 3 месяца.

Сейчас «РУСМА» предлагает потребителям линейку АФП на основе дисульфида молибдена, графита и меди: АФП «РУСМА D 321 R», АФП «РУСМА DRY MOLY 511», РУСМА COPPER SPRAY. Протоколы проведенных испытаний подтвердили: антифрикционные твердосмазочные покрытия, производимые в компании «РУСМА», ничуть не уступают по качеству зарубежным аналогам. Отчет о сравнительных испытаниях трибологических свойств покрытий на основе дисульфида молибдена РУСМА D 321 R, РУСМА DRY MOLY 511 и Force LPS 842 приведен в данной статье. При этом цены на отечественные продукты ниже.

Антифрикционные твердосмазочные покрытия «РУСМА» применяют для обработки деталей различных узлов и агрегатов:

• крепежные изделия для морских нефтяных платформ;
• направляющие и подшипники скольжения конвейерных систем, станков, турбин, трубопроводной арматуры;
• пробки шаровых кранов;
• запорные клапаны ТЭС;
• штоки замедлителей клапанов;
• замки лопаточного аппарата турбины;
• червячные передачи редукторов;
• ходовые винты и шлицевые соединения металлообрабатывающих станков;
• направляющие, петли, шарниры, замки, дроссельные заслонки, шлицевые и резьбовые соединения в автомобилях;
• зубчатые передачи полиграфического оборудования;
• цепные передачи конвейеров печей и подъемно-транспортных машин;
• поверхности скольжения стяжных муфт и регулирующих клиньев;
• резьбовые соединения, в том числе из нержавеющей стали;
• резьбовые соединения различного профиля бурильных, НКТ и обсадных труб, в том числе перед нанесением резьбоуплотнительной смазки;
• резьбовые соединения, работающие в тяжелых условиях (колесные болты, свечи зажигания, шпильки коллекторов, детали глушителя и выхлопной системы);
• роторы винтовых безмасляных компрессоров.

Обработка поверхностей деталей различных узлов антифрикционными твердосмазочными покрытиями позволяет создавать узел трения, который длительное время не нуждается в обслуживании. Покрытие выступает в роли эффективной замены привычных литиевых или кальциевых смазок с добавлением графита, дисульфида молибдена и меди, ранее применявшихся для обслуживания различных машин и механизмов.

Благодаря полимерной основе АФП сохраняют работоспособность в условиях высоких нагрузок и в присутствии агрессивных сред. Диапазон эксплуатационных температур у покрытий значительно выше, чем у пластичных смазок: от -80 до +450 °C. Антифрикционные покрытия эффективно работают в вакууме, проявляют устойчивость к воздействию радиации и защищают узлы от фреттинг-коррозии.

После нанесения покрытия узлы требуют меньшего объема технического обслуживания, поскольку однократно нанесенное покрытие обеспечивает легкий монтаж/демонтаж в течение всего периода эксплуатации узла. Кроме того, твердосмазочные покрытия незаменимы для узлов механизмов, работающих в условиях запыленности — пыль не прилипает к сухому полимерному покрытию, в отличие от смазки.

После нанесения покрытия на одну из деталей пары трения твердые смазывающие элементы в процессе работы узла частично переносятся на сопряженную поверхность. Под нагрузкой на обеих трущихся поверхностях формируются плотные и очень гладкие антифрикционные слои, минимизирующие шероховатость поверхностей и существенно снижающие трение, а вместе с ним и износ. Максимального противоизносного и антиаварийного эффекта позволяет добиться использование твердосмазочных антифрикционных покрытий в сочетании с пластичными смазками: вначале детали узла обрабатываются покрытием, а затем, на этапе монтажа, наносится смазка.

По способу нанесения АФП схожи с краской – наносятся на поверхность детали с помощью пульверизатора (аэрозоля), кисти или даже окунанием в специальную емкость. После застывания покрытие образует тонкий полимерный слой, который вместо красящего пигмента удерживает в себе мельчайшие частицы твердых смазывающих веществ, чаще всего дисульфида молибдена и графита.

Полимерная основа твердосмазочного покрытия обеспечивает надежную адгезию к покрываемой поверхности. В зависимости от состава полимерной основы покрытиям требуются разные условия для застывания: одним нужен нагрев, так называемое запекание, другим — длительное время для высыхания.

Производимые в компании «РУСМА» антифрикционные покрытия не требуют «запекания», они полимеризуются (застывают, твердеют) при комнатной температуре в течение нескольких минут.
Перед нанесением покрытие тщательно перемешивают, встряхивая аэрозольный баллон в течение 2–3 минут после начала стука шарика. Данное требование объясняется свойствами твердых смазывающих компонентов: тяжелые ультрадисперсные частицы дисульфида молибдена, графита или меди в спокойном состоянии быстро оседают и слеживаются.

Покрытия изготавливают на основе эпоксидных смол, титанатов, полиуретанов и акриловых компонентов. Для обеспечения разной несущей способности при производстве антифрикционных покрытий выбираются разные порошковые твердосмазочные наполнители.
Высокие нагрузки требуют добавления дисульфида молибдена MoS₂ или дисульфида вольфрама WS₂ в сочетании с графитом или без него. Для смазывания узлов, работающих при средних нагрузках, применяют мягкие металлы, например, медь, цинк, а также полимеры, например, тефлон.

АФП можно эксплуатировать при отрицательных температурах (до -80°C) при условии, что до начала использования баллон с покрытием находился в теплом помещении.

Разработка смазочных материалов по техническому заданию заказчика — одно из направлений работы научного отдела компании «РУСМА». Благодаря многолетнему сотрудничеству с потребителями, работающими в самых разных отраслях промышленности, специалисты компании получили бесценный опыт в сфере реверс-инжиниринга, импортозамещения, а также разработки уникальных продуктов для решения задач конкретных производств и техники. Пример разработки аналога импортных АФП подтвердил, что «РУСМА» готова сотрудничать с заказчиками и в сфере разработки антифрикционных твердосмазочных покрытий.

Испытательное оборудование
Стенд торцевого трения на базе ЧМТ-1 по схеме «кольцо-плоскость».

Методика испытаний
На испытательный стенд устанавливаются образцы пластина из Ст45 с полимерным покрытием и кольцо Ст45. Образцы приводятся в соприкосновение, и прикладывается сжимающая осевая нагрузка, обеспечивая контактное давление от 0,15 до 3,6 МПа. Образец-кольцо вращается с частотой 3 об/сек с погрешностью ±10 %, и непрерывно регистрируется значение момента сил трения.

Объект испытаний — полимерные покрытия
Force LPS 842
РУСМА D 321 R
РУСМА Dry Moly 511

Результаты испытания
На графике представлены изменения силы трения во времени при контактном давлении 1,5 МПа.

При испытании на торцевом трении момент страгивания в покрытиях Force LPS 842 и РУСМА Dry Moly 511 идентичны, однако РУСМА Dry Moly 511 проявило быструю приработку с наименьшим моментом трения, в то время как покрытие Force LPS 842 после 10 сек испытаний подверглось разрушению и резкому увеличению силы трения. Многочисленные локальные повреждения цельности покрытия Force LPS 842 наблюдались и при однократном свинчивании резьбового соединения.

При свинчивании и развинчивании резьбового соединения с покрытием РУСМА D 321 R выявлено «размазывание» покрытия при механическом воздействии по поверхностям контакта, что обеспечивает сохранность основного тела болта. При испытаниях на торцевом трении покрытие РУСМА D 321 R показало наибольший момент страгивания и длительную приработку (до 20 сек).