การหล่อลื่นด้วยตนเองของโลหะคอมโพสิตคืออะไร?

วัสดุหล่อลื่นด้วยตนเองโลหะผสม เป็นวัสดุวิศวกรรมขั้นสูงที่ออกแบบมาเพื่อลดแรงเสียดทานและการสึกหรอโดยไม่ต้องพึ่งพาน้ำมันหล่อลื่นของเหลวภายนอกเช่นน้ำมันหรือไขมัน วัสดุเหล่านี้มีความสำคัญในการใช้งานที่การบำรุงรักษาเป็นเรื่องยากสภาพการทำงานนั้นรุนแรงมาก (อุณหภูมิสูงสุญญากาศหรือสภาพแวดล้อมที่มีการกัดกร่อน) หรือการปนเปื้อนจากสารหล่อลื่นแบบดั้งเดิมจะต้องหลีกเลี่ยง ฟังก์ชั่นการหล่อลื่นด้วยตนเองนั้นทำได้ผ่านการผสมผสานระหว่างวัสดุอย่างระมัดระวัง ด้านล่างนี้เป็นส่วนประกอบหลักและวัสดุที่ใช้ในระบบการหล่อลื่นด้วยตนเองของโลหะคอมโพสิตซึ่งนำเสนอในรูปแบบที่มีโครงสร้างทีละจุด

1. เมทัลลิกเมทริกซ์ (วัสดุฐาน)
เมทริกซ์โลหะให้ความแข็งแรงเชิงกลความสามารถในการรับน้ำหนักการนำความร้อนและความสมบูรณ์ของโครงสร้าง วัสดุเมทริกซ์ทั่วไป ได้แก่ :

บรอนซ์ (โลหะผสม Cu-SN): ใช้กันอย่างแพร่หลายมากที่สุดเนื่องจากความต้านทานการสึกหรอที่ยอดเยี่ยมความสามารถในการกลึงที่ดีและความสามารถในการรักษาสารหล่อลื่นที่เป็นของแข็ง รูพรุนสีบรอนซ์มักจะใช้เป็นนั่งร้านสำหรับการแทรกซึมของน้ำมันหล่อลื่น
เหล็ก (คาร์บอนหรือสแตนเลส): ใช้ในการใช้งานที่มีความแข็งแรงสูง คอมโพสิตที่ทำจากเหล็กมักจะถูกเคลือบหรือชุบด้วยน้ำมันหล่อลื่น
โลหะผสมทองแดงและทองแดง: นำเสนอการนำความร้อนและไฟฟ้าสูงเหมาะสำหรับหน้าสัมผัสแบบเลื่อนไฟฟ้า
โลหะผสมอลูมิเนียม: น้ำหนักเบาและการกัดกร่อนที่ใช้ในการบินและอวกาศและยานยนต์ที่ลดน้ำหนักเป็นสิ่งสำคัญ
โลหะผสมที่ใช้เหล็ก: คุ้มค่าและแข็งแรงมักใช้ในบูชอุตสาหกรรมและแบริ่ง
โดยทั่วไปแล้วเมทริกซ์จะผลิตโดยใช้เทคนิคโลหะผง - ผงโลหะผสม, การบีบอัดพวกเขาภายใต้ความกดดันและการเผาที่อุณหภูมิสูงเพื่อสร้างโครงสร้างที่มีรูพรุนหรือหนาแน่น

2. สารหล่อลื่นที่เป็นของแข็ง (สารลดแรงเสียดทานหลัก)
สิ่งเหล่านี้จะถูกฝังอยู่ภายในเมทริกซ์เมทัลลิกและค่อยๆปล่อยลงสู่พื้นผิวในระหว่างการทำงานซึ่งเป็นฟิล์มแรงเฉือนต่ำที่ลดแรงเสียดทาน น้ำมันหล่อลื่นที่เป็นของแข็งที่สำคัญ ได้แก่ :

กราไฟท์: น้ำมันหล่อลื่นที่ใช้คาร์บอนมีประสิทธิภาพในสภาพแวดล้อมออกซิไดซ์และที่อุณหภูมิสูง (สูงถึง 400 ° C ในอากาศ) มันทำงานได้ดีในสภาพที่ชื้นซึ่งไอน้ำช่วยสร้างฟิล์มหล่อลื่น มักใช้ในคอมโพสิตทองแดงหรือเหล็ก
โมลิบดีนัมไดซัลไฟด์ (Mos₂): เป็นที่รู้จักกันดีในโครงสร้างผลึก lamellar Mos₂ให้การหล่อลื่นที่ยอดเยี่ยมภายใต้โหลดสูงและในสภาพแวดล้อมสูญญากาศหรือแห้ง มันมีความเสถียรสูงถึง 350 ° C ในอากาศและใช้กันอย่างแพร่หลายในการบินและอวกาศและการป้องกัน
Polytetrafluoroethylene (PTFE): ฟลูออโรโพลิเมอร์สังเคราะห์ที่มีหนึ่งในค่าสัมประสิทธิ์ต่ำสุดของแรงเสียดทาน มันนุ่มและมีประสิทธิภาพที่อุณหภูมิต่ำถึงปานกลาง (สูงถึง 260 ° C) PTFE มักผสมกับน้ำมันหล่อลื่นอื่น ๆ เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพ
ทังสเตนซัลไฟด์ (WS₂): คล้ายกับMos₂ แต่มีความเสถียรทางความร้อนที่สูงขึ้นและประสิทธิภาพที่ดีขึ้นในสภาวะที่รุนแรง พบได้น้อยเนื่องจากต้นทุนที่สูงขึ้น
Boron Nitride (H-BN): รู้จักกันในชื่อ "กราไฟท์สีขาว" ให้การหล่อลื่นที่อุณหภูมิสูงและในสภาพแวดล้อมเฉื่อย
น้ำมันหล่อลื่นเหล่านี้จะกระจายไปทั่วเมทริกซ์ในระหว่างการผลิตและค่อยๆสัมผัสกับการสึกหรอของพื้นผิวเพื่อให้มั่นใจว่าการหล่อลื่นในระยะยาว

3. สารเติมแต่งและองค์ประกอบการผสม
เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพวัสดุเพิ่มเติมจะถูกรวมเข้ากับคอมโพสิต:

ตะกั่ว (PB): ใช้ในอดีตเพื่อความนุ่มนวลความสามารถในการฝังและความสามารถในการสร้างฟิล์มหล่อลื่น อย่างไรก็ตามเนื่องจากปัญหาด้านสิ่งแวดล้อมและสุขภาพ (การปฏิบัติตาม ROHS) จึงเป็นทางเลือกที่ปราศจากตะกั่ว
TIN (SN): ปรับปรุงความต้านทานการกัดกร่อนและความเข้ากันได้กับวัสดุเพลา มักจะถูกเพิ่มเข้าไปในโลหะผสมสีบรอนซ์
สังกะสี (Zn) และนิกเกิล (NI): เพิ่มความแข็งแรงและความต้านทานการกัดกร่อนในคอมโพสิตที่ใช้เหล็ก
ซิลิกอนคาร์ไบด์ (SIC) หรืออลูมิเนียมออกไซด์ (Al₂o₃): การเสริมกำลังเซรามิกที่เพิ่มความแข็งความต้านทานการสึกหรอและความเสถียรทางความร้อนโดยเฉพาะอย่างยิ่งในการใช้งานที่มีน้ำหนักมาก

4. วิธีการผลิตที่มีอิทธิพลต่อองค์ประกอบของวัสดุ
วิธีการผลิตมีผลต่อโครงสร้างวัสดุและประสิทธิภาพขั้นสุดท้าย:

ผงโลหะโลหะ: วิธีที่พบบ่อยที่สุด ผงโลหะผสมกับน้ำมันหล่อลื่นและสารเติมแต่งที่เป็นของแข็งกดเป็นรูปร่างและเผา สิ่งนี้สร้างการกระจายตัวของสารหล่อลื่นภายในโครงสร้างโลหะที่มีรูพรุนหรือหนาแน่น
การแทรกซึม: preforms โลหะที่มีรูพรุน (เช่นสีบรอนซ์ที่ถูกเผา) จะถูกแทรกซึมด้วยน้ำมันหล่อลื่นหลอมเหลวหรือโลหะผสมจุดเล็ก ๆ (เช่นตะกั่ว-ลิน) เพื่อเติมรูขุมขนและเพิ่มการหล่อลื่น
การฉีดพ่นพลาสม่าหรือการพ่นด้วยความร้อน: ใช้ในการสะสมการเคลือบด้วยหล่อลื่นด้วยตนเองลงบนพื้นผิวโลหะรวมโลหะและน้ำมันหล่อลื่นในโครงสร้างชั้น
การผลิตสารเติมแต่ง (การพิมพ์ 3 มิติ): เทคนิคที่เกิดขึ้นใหม่ช่วยให้การควบคุมการกระจายวัสดุและรูปทรงเรขาคณิตที่ซับซ้อนได้อย่างแม่นยำ

5. แอปพลิเคชันและข้อได้เปรียบด้านประสิทธิภาพ
ใช้วัสดุหล่อลื่นด้วยตนเองโลหะคอมโพสิตใน:

ตลับลูกปืนและบูชในเครื่องยนต์ยานยนต์และการส่งสัญญาณ
ส่วนประกอบการเลื่อนในการก่อสร้างและเครื่องจักรการเกษตร
กลไกการบินและอวกาศ (เช่นเกียร์เชื่อมโยงไปถึงระบบควบคุม)
ระบบอัตโนมัติอุตสาหกรรมและหุ่นยนต์
อุปกรณ์ทางทะเลและนอกชายฝั่งที่สัมผัสกับความชื้นและเกลือ
ข้อดีรวมถึง:

ลดการบำรุงรักษาและการหยุดทำงาน
การทำงานในอุณหภูมิและสภาพแวดล้อมที่รุนแรง
ความต้านทานต่อปัญหาการปนเปื้อนและการปิดผนึก
อายุการใช้งานที่ยาวนานภายใต้เงื่อนไขการเลื่อนอย่างต่อเนื่อง

วัสดุหล่อลื่นด้วยตนเองของโลหะคอมโพสิตเป็นระบบที่ซับซ้อนรวมเมทริกซ์โลหะที่แข็งแกร่ง (บรอนซ์, เหล็ก, ทองแดง, ฯลฯ ), น้ำมันหล่อลื่นที่เป็นของแข็ง (กราไฟท์, Mos₂, PTFE) และสารเติมแต่งเพิ่มประสิทธิภาพ ผ่านการผลิตขั้นสูงวัสดุเหล่านี้ให้การดำเนินงานที่เชื่อถือได้และไม่ต้องบำรุงรักษาในการเรียกร้องแอปพลิเคชัน ในขณะที่อุตสาหกรรมย้ายไปสู่เทคโนโลยีที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมและมีประสิทธิภาพมากขึ้นการพัฒนาคอมโพสิตที่ไม่มีประสิทธิภาพสูงยังคงเติบโตอย่างต่อเนื่องเพื่อให้มั่นใจว่ามีบทบาทสำคัญในวิศวกรรมเครื่องกลสมัยใหม่