«КоммерЦЪ»: Токопроводящая смазка с позиции новейшей науки

В настоящее время для повышения токопроводящих свойств широко используются смазки, где в качестве одного из ключевых материалов присутствует медь. Технологи ГК «Бипрон», опираясь на международный опыт и собственные многолетние исследования, остановились на медных электрических контактах со смазкой на основе комплексного лития. Данный вариант был выбран как наиболее распространённый на мировом рынке. Этот состав показал лучшие низкотемпературные характеристики, длительный срок службы и устойчивость к окислению, низкое трение и лучшую реакцию к присадкам на основе комплексного лития. В статье раскроем состав медной токопроводящей смазки, расскажем об области её применения и свойствах. Особо остановимся на новых добавках, например, на основе ионных жидкостей и углеродных нанотрубок.

Изучаем состав
Медная смазка, часто называемая противозадирным составом, представляет собой смесь, содержащую медные чешуйки или частицы. Она в основном используется для предотвращения истирания, коррозии и заедания металлических деталей, которые подвергаются воздействию высоких температур и эксплуатируются в суровых условиях.

В её состав входят:
• медные частицы, которые обеспечивают токопроводящие характеристики, делающие смазку эффективной в предотвращении износа и окисления;
• загустители ― эти агенты помогают ей сохранять свою консистенцию и сцепление с металлическими поверхностями;
• базовое масло, обычно минеральное или синтетическое, действующее как носитель для других компонентов;
• пластификаторы — часто используются как вещества, которые вводят в состав полимерных материалов для придания/повышения эластичности или пластичности смеси при переработке и эксплуатации;
• различные добавки могут быть включены для улучшения производительности, повышения устойчивости к воде или улучшения температурной стабильности.

Перечисляем преимущества
Медную токопроводящую смазку, благодаря её уникальной формуле, широко используют в различных отраслях промышленности, например автомобильной и аэрокосмической. Одно из главных её преимуществ ― электрическая проводимость.

Медь является одним из лучших материалов благодаря своей атомной структуре, обеспечивающей движение электронов. Кроме этого, можно выделить ещё несколько преимуществ. Так, при высоких температурах смазка может истончаться, что влияет на выравнивание частиц и затрудняет проводимость. Медь в данном случае является оптимальным решением. В свою очередь, при низких температурах смазка загустевает, что приводит к захвату базовым составом частиц меди ближе друг к другу и потенциально улучшает проводимость.

Проводящие свойства этого металла очень актуальны в выхлопных системах, где детали становятся чрезвычайно горячими и имеются электрические компоненты.

Также необходимо отметить антикоррозионные свойства медной проводящей смазки. Доказано, что она помогает продлить срок службы компонентов за счёт снижения износа и защиты от влаги.

Новые разработки
В последнее время в мировой научной литературе опубликовано много материалов о создании смазок с улучшенными свойствами на основе новых добавок.

В статье Thermal Conductivity Characterization of Thermal Grease Containing Copper Nanopowder изучали смазки, использующиеся в электронных устройствах. В этом исследовании нанотермопасту приготовили путём смешивания медного нанопорошка с силиконовым маслом, графеном и оксидом алюминия. Результаты исследования показали, что теплопроводность улучшилась на 4,5 Вт/м·К по сравнению с кремниевой основой.

Интерес представляет использование Ketjen black (KB)¹ , (ацетиленовой (AB) или углеродной сажи (CB). Смазка, приготовленная с использованием KB, имеет выраженную токопроводящую способность при комнатной температуре, при 100 и 150 °C. Кроме того, она также обладает лучшими свойствами взаимодействия с поверхностью, чем смазки с AB и СB. Когда массовая доля ω (KB) составляет 1,8%, коэффициент трения и ширина износа уменьшаются на 11 и 14 % соответственно.

Согласно публикации Insights into the Tribological Properties and Electrical Conductivity of Cu–C Coating Under Grease Lubrication, покрытие Cu–C было получено на медной подложке, и с его помощью изучено влияние композитной смазки, содержащей WS2 и MoS2 (дисульфид вольфрама и дисульфид молибдена), на её свойства и электропроводность. Экспериментальные результаты показали, что покрытие Cu–C продемонстрировало определённые эффекты снижения трения в условиях сухого скольжения с нагрузкой 5Н. При нанесении на поверхность смазки на основе полимочевины оно показало более низкие коэффициенты трения и контактные сопротивления при нагрузках 2Н и 5Н, что сопровождалось снижением скорости износа. Кроме того, включение добавок, таких как WS2 и MoS2, способно эффективно снизить как трение, так и контактное сопротивление.

Новая токопроводящая смазка была синтезирована с использованием нанометрового порошка, то есть SnO2, легированного сурьмой Sb (АТО) в качестве добавки. Типичные свойства этой новой проводящей смазки были подробно исследованы. Результаты показывают: ATO может значительно улучшить температуру каплепадения и снизить контактное сопротивление. Вывод теста свидетельствует о том, что ATO способно существенно улучшить свойства смазки, когда его ω (АТО) составляет: 0,1% ― смазка демонстрирует лучшие свойства свойства снижения трения; 0,5% ― проявляются эффективные противоизносные свойства.

Стабильную и однородную смазку на основе углеродных нанотрубок (УНТ, одностенных и многостенных) в полиальфаолефиновом масле получили без использования химического поверхностно-активного вещества. Например, при загрузке ω 11% по весу (7% по объёму) одностенных УНТ (диаметр 1–2 нм, длина 0,5–40 мкм) теплопроводность (TC) смазки увеличивалась на 60–70 % по сравнению с составом без таких нанотрубок. Кроме того, она является электропроводящей, имеет высокую температуру каплепадения, хорошую термостойкость и не реагирует с медью при температурах до 177 °C. Производительность смазки с углеродными нанотрубками улучшается с повышением их качества и чистоты.

В статье On Electric Conductivity of Greases опубликовано исследование о влиянии введения ионных жидкостей в состав смазок и изменение их свойств. Оценена зависящая от температуры объёмная проводимость литиевой комплексной смазки, легированной различными ионными жидкостями и неионными твёрдыми веществами (медью и графитом), и объяснены довольно разные механизмы проводимости. Объёмная ионная проводимость чистых ионных жидкостей также была измерена, что помогает в интерпретации смазок на основе ионной жидкости (ИЖ).

Они стали жизнеспособным решением для разработки продуктов нового поколения в качестве как чистых смазочных материалов, так и присадок к ним. Благодаря наличию дискретных ионов, ИЖ имеют возможность создавать электропроводящие смазочные материалы, совместимые с современными условиями электропривода, что является новой стратегией для разработки подобных систем. Проблемным вопросом в этом является достижение требуемых характеристик электрических свойств смазочных материалов, учитывая их сложную архитектуру. Объёмная проводимость продукта легированного ИЖ оценивается и сопоставляется со смазками с обычными присадками. Сравнение показывает, что в дополнение к диссоциации ионов их взаимодействие с различными компонентами (базовым маслом, загустителем) имеет решающее значение для определения проводимости смазки.

В заключение хотим обратить внимание на высокое качество и эффективность отчественной медной токопроводящей смазки «Контакт-Макс»ТМ и предложить коллегам-специалистам провести её тестовое использование в условиях промышленной эксплуатации оборудования. Также выражаем готовность к совместным перспективным разработкам смазочных систем и соответствующих продуктов.



¹ Ketjen Black (КВ) — это разновидность технического углерода, изготовленная с помощью очень оригинального специального производственного процесса. По сравнению с обычной токопрово- дящей технической сажей, KB требует очень небольшого количества этой добавки для достиже- ния высокой проводимости.