건식 윤활유

Dry lubricant

건식 윤활유 또는 고체 윤활유는 고체상임에도 불구하고 액체 오일 매체가 필요 없이 서로 미끄러지는 두 표면 사이의 마찰을 줄일 수 있는 물질이다.[1]

두 개의 주요 건식 윤활유는 흑연과 이황화 몰리브덴이다.그들은 액체와 오일 기반의 윤활유가 작동하는 것보다 더 높은 온도에서 윤활을 제공한다.건식 윤활유는 잠금장치나 건식 윤활 베어링과 같은 용도에 자주 사용된다.이러한 물질은 산화 환경에서 최대 350 °C(662 °F)까지 작동할 수 있으며, 황화 몰리브덴 이황화 환경(최대 1100 °C, 2012 °F)을 감소/비산화한다.대부분의 건식 윤활유의 저마찰 특성은 층간 결합이 약한 분자 수준의 레이어드 구조로 기인한다.그러한 층들은 최소의 힘을 가하면 서로 상대적으로 미끄러질 수 있기 때문에 마찰력이 낮다.

그러나 레이어드 크리스털 구조만으로는 윤활에 반드시 충분한 것은 아니다.실제로 일부 용도에 건조 윤활유뿐만 아니라 기능도 잘 하는 비-라멜라 구조를 가진 고형물이 있다.여기에는 특정 연금속(인듐, 납, 은, 주석), 폴리테트라플루로에틸렌, 일부 고체산화물, 희토류 불소화물, 심지어 다이아몬드도 포함된다.[2]

금속 슬라이딩 시스템에서 수백℃에서 형성된 소형 산화 유리층의 저마찰 특성에 대한 제한적인 관심이 나타났다.그러나 육체적으로 불안정한 성격 때문에 실용성은 아직 수년이 남았다.

가장 일반적으로 사용되는 고체 윤활유는 다음과 같다.

  1. 흑연공기 압축기, 식품 산업, 철도 선로 이음매, 황동 계기 밸브, 피아노 동작, 오픈 기어, 볼 베어링, 기계 숍 작업 등에 사용된다.또한 액체 윤활유는 입자가 자물쇠에 끼게 하여 문제를 악화시키기 때문에 윤활 잠금장치에도 매우 흔하다.그것은 종종 모래 환경에서 총기의 내부 움직이는 부분에 윤활유를 공급하기 위해 사용된다.
  2. 이황화 몰리브덴(MoS2)CV 조인트 및 우주 차량에 사용.[3]진공 상태에서 윤활을 한다.
  3. 질화물 육각형 붕소.우주선에 사용된다."흰 흑연"이라고도 한다.
  4. 이황화 텅스텐.이황화 몰리브덴과 유사하지만, 일부 건조한 윤활 베어링에서만 높은 비용이 발생하기 때문에.

흑연과 몰리브덴 이황화물은 건조 윤활제로 사용되는 주요 물질이다.

구조-기능 관계

많은 고체의 윤활성은 성층 구조 때문이다.라멜레 방향은 운동방향으로 표면에 평행하고 서로 쉽게 미끄러져 마찰이 적고 부하가 높은 상황에서도 슬라이딩 구성 요소 간 접촉을 방지한다.큰 입자는 저속, 부드러운 표면의 미세한 입자와 고속의 거친 표면에서 가장 잘 작동한다.이러한 재료는 액체 윤활유에 건조한 분말 형태로 첨가되어 그 특성을 수정하거나 향상시킬 수 있다.

다른 유용한 고체 윤활제로는 질화 붕소, 폴리테트라플루오레틸렌(PTFE), 탈크, 불화칼슘, 불화 세륨, 이황화 텅스텐 등이 있다.

적용들

고체 윤활유는 다음과 같이 기존의 윤활유가 부적합한 조건에 유용하다.

  • 왕복 운동대표적인 적용은 예를 들어 기어와 체인 윤활에서 마모를 최소화하기 위해 윤활이 필요한 슬라이딩 또는 왕복 운동이다.액체 윤활유는 고체 윤활유가 빠져나가지 않는 동안 짜내거나 부식, 담금질 등을 방지한다.
  • 도자기또 다른 적용대상은 폴리머나 세라믹 등 특정 표면에 화학적으로 활성 윤활유 첨가물이 발견되지 않은 경우다.
  • 고온.흑연과 MoS는2 고온과 산화 대기 환경에서 윤활유 역할을 하며, 일반적으로 액체 윤활유가 생존하지 못한다.일반적인 용도는 고온에서 장시간 머문 후에 쉽게 조이고 나사를 풀 수 있는 고정 장치를 포함한다.
  • 극한의 접촉 압력.광선 구조물은 슬라이딩 표면과 평행하게 방향을 잡아서 낮은 전단 응력과 결합된 높은 베어링 부하가 발생한다.플라스틱 변형을 수반하는 금속 성형에서의 대부분의 용도는 고체 윤활유를 사용한다.

흑연

흑연은 구조적으로 6각형의 다순환 탄소 원자의 면으로 구성되어 있다.평면 사이의 탄소 원자의 거리가 더 길고 따라서 결합이 약하다.

흑연은 공기 중의 윤활에 가장 적합하다.수증기는 흑연 윤활에 필요한 성분이다.물의 흡착은 흑연의 육각면 사이의 결합 에너지를 기질과 흑연 사이의 접착 에너지보다 더 낮은 수준으로 감소시킨다.수증기는 윤활의 요건이기 때문에, 흑연은 진공에서 효과적이지 않다.[4]그것은 전기적으로 전도성이 있기 때문에 흑연은 갈바닉 부식을 촉진시킬 수 있다.산화 대기에서 흑연은 최대 450 °C의 고온에서 지속적으로 효과적이며 훨씬 높은 온도 정점을 견딜 수 있다.

흑연은 자연과 합성이라는 두 가지 주요 집단이 특징이다.

  • 합성 흑연은 고온 소결제로 탄소 순도(99.5~99.9%)가 높은 것이 특징이다.1등급 합성 흑연은 질 좋은 천연 흑연의 윤활성에 접근할 수 있다.
  • 천연 흑연은 채굴에서 유래한다.천연 흑연의 품질은 광석의 품질과 채광 후 처리에 따라 달라진다.최종 제품은 탄소(고등급 흑연 96~98% 탄소), 유황, SiO2, 회분 함량을 가진 흑연이다.탄소 함량과 그래피티화의 정도(높은 결정체)가 높을수록 산화에 대한 윤활성과 내성이 좋아진다.

약간의 윤활만 필요하며 더 많은 열 절연 코팅이 필요한 용도의 경우, 무정형 흑연(80% 탄소)을 선택할 것이다.

이황화 몰리브덴

MoS는2 황화물이 풍부한 일부 침전물에서 채굴되어 윤활유에 적합한 순도를 얻기 위해 정제된다.흑연과 마찬가지로 MoS는2 쉬운 전단이라는 본질적인 성질을 가진 육각형 결정 구조를 가지고 있다.MoS2 윤활 성능은 종종 흑연 윤활 성능을 초과하며 진공에서도 효과적이지만 흑연은 그렇지 않다.400 °C에서 MoS의2 온도 제한은 산화에 의해 제한된다.입자 크기와 필름 두께는 기질의 표면 거칠기와 일치해야 하는 중요한 매개변수다.입자가 크면 MoS의2 불순물로 인한 마모로 인해 과도한 마모가 발생할 수 있으며, 입자가 작으면 산화 속도가 빨라질 수 있다.

질화 붕소

질화 육각형 붕소는 세라믹 파우더 윤활유다.가장 흥미로운 윤활유 특징은 산화 대기에서 1200 °C 서비스 온도의 고온 저항이다.더욱이 질화 붕소는 열전도율이 높다.(질화붕소는 매우 단단하여 연마재 및 절삭공구 구성요소로 사용된다.)

폴리테트라플루오레틸렌

폴리테트라플루오레틸렌(PTFE)은 윤활유와 그리스에 첨가제로 널리 사용된다.PTFE의 낮은 표면 에너지로 인해 오일이나 물에서 PTFE의 안정적인 무농축 분산이 발생할 수 있다.논의된 다른 고체 윤활유와는 달리 PTFE는 레이어드 구조를 가지고 있지 않다.PTFE의 매크로 분자는 항성 구조와 유사하게 서로를 따라 쉽게 미끄러진다.PTFE는 0.04까지 감소된 정적 및 동적 마찰의 가장 작은 계수 중 하나를 보여준다.작동 온도는 약 260 °C로 제한된다.

적용 방법

분사/디핑/브러싱

오일, 물 또는 그리스에서 첨가제로서 고체 윤활유의 분산이 가장 일반적으로 사용된다.조립 후 윤활이 불가능한 부품의 경우 건막 윤활유를 분사할 수 있다.용제가 증발한 후 코팅은 상온에서 경화하여 고체 윤활유를 형성한다.페이스트(paste)는 그리스와 같은 윤활유로, 부하가 높고 동작이 느린 부품의 조립 및 윤활에 사용되는 고체 윤활유의 비율이 높다.검정 페이스트는 일반적으로 MoS를2 함유하고 있다.500 °C 이상의 고온의 경우 금속 분말을 기반으로 페이스트를 구성하여 나사산 연결부 및 기타 조립품의 분해를 용이하게 하는 데 필요한 산화로부터 금속 부품을 보호한다.[citation needed]

자유 분말

드라이파우더 텀블링은 효과적인 적용 방법이다.본딩은 기질의 사전 인산화에 의해 개선될 수 있다.일반적으로 기질에 고형 입자를 부착하는 것은 연속적인 용도에서 사용 수명을 제공하기에 불충분하기 때문에 자유 분말을 사용하는 것은 한계가 있다.단, 런닝인 조건이나 금속 형성 공정의 개선을 위해서는 개선된 슬라이드 조건의 짧은 기간으로 충분할 수 있다.[citation needed]

마찰방지코팅

마찰방지(AF) 코팅은 몰리디황화, PTFE 또는 흑연과 같은 윤활 색소의 미세한 입자로 구성되어 바인더와 혼합된 "유방화 페인트"이다.도포와 적절한 경화 후에, 이러한 "거미" 또는 건조 윤활유는 금속 표면에 결합되어 어두운 회색 고체 필름을 형성한다.많은 건식 필름 윤활제는 특별한 녹 억제제를 함유하고 있어 탁월한 부식 방지를 제공한다.롱 웨어링 필름은 대부분 보세형이지만 여전히 슬라이딩 거리가 그리 길지 않은 애플리케이션으로 제한된다.조바심 및 갈링 문제가 있는 경우(예: 스플라인, 범용 조인트 및 키드 베어링), 작동 압력이 일반 오일 및 그리스의 하중 지지 용량을 초과하는 경우(피스톤, 캠축), 청결한 작동을 원하는 경우(AF 코팅은 먼지와 이물질을 수집하지 않음) AF 코팅이 적용된다.그리이스 및 오일), 그리고 부품을 장기간 보관할 수 있는 경우.[5]

컴포지트

자가 리브레이크 복합 재료:PTFE, 흑연, MoS와2 같은 고체 윤활제와 일부 다른 마찰 방지 및 마모 방지 첨가제는 폴리머와 모든 종류의 소결 물질에 혼합되어 있다.예를 들어 MoS는2 슬리브 베어링, 엘라스토머 O링, 카본 브러시 등의 소재에 복합적으로 사용된다.고체 윤활유는 플라스틱에 혼합되어 "자체 윤활" 또는 "내부 윤활" 열가소성 복합체를 형성한다.예를 들어, PTFE 입자는 플라스틱에서 결합 표면 위에 PTFE 필름을 형성하여 마찰과 마모를 감소시켰다.나일론 성분이 복합된 MoS는2 마모, 마찰 및 스틱 슬립을 감소시킨다.게다가, 그것은 매우 미세한 결정구조에서 작용하는 핵물질의 역할을 한다.흑연 윤활 열가소성 플라스틱의 주요 용도는 수용성 환경에서 작동하는 용도에 있다.[citation needed]

참조

  1. ^ 토르스텐 바텔스 외2005년 웨인하임 산업 화학 백과사전 "Lubricants and Lubrication".doi:10.1002/14356007.a15_423
  2. ^ Scharf, T. W.; Prasad, S. V. (2013-01-01). "Solid lubricants: a review". Journal of Materials Science. 48 (2): 511–531. Bibcode:2013JMatS..48..511S. doi:10.1007/s10853-012-7038-2. ISSN 1573-4803. S2CID 135902634.
  3. ^ harshvs (2016-10-28). "Space tribology – An overview of application of tribology in space..." tribonet. Archived from the original on 2016-12-03. Retrieved 2016-12-02.
  4. ^ "SKF DryLube bearings". SKF dry lubricated bearings. SKF. Retrieved 2 December 2011.[영구적 데드링크]
  5. ^ "Coating Terminology". DECC.


추가 읽기

[1] [2]

  1. ^ Singh, H.; Mutyala, K. C.; Mohseni, H.; Scharf, T. W.; Evans, R. D.; Doll, G. L. (July 2015). "Tribological Performance and Coating Characteristics of Sputter-Deposited Ti-Doped MoS2 in Rolling and Sliding Contact". Tribology Transactions. 58 (5): 767–777. doi:10.1080/10402004.2015.1015758. S2CID 136631684.
  2. ^ Singh, H.; Mutyala, K.C.; Evans, R.D.; Doll, G.L. (December 2015). "An investigation of material and tribological properties of Sb2O3/Au-doped MoS2 solid lubricant films under sliding and rolling contact in different environments". Surface and Coatings Technology. 284: 281–289. doi:10.1016/j.surfcoat.2015.05.049.