Was sind trockene Schmierstoffe?
Trockenschmierstoffe sind feste chemische Verbindungen, üblicherweise in Form eines Pulver- oder Filmüberzugs, die zur Verringerung der Reibung zwischen sich bewegenden Teilen verwendet werden. Die drei beliebtesten Arten von Verbindungen, die ab 2011 für Trockenschmierstoffe verwendet werden, sind Graphit, C; Molybdändisulfid, MoS 2 ; und Polytetrafluorethylen (C 2 F 4 ) n . Andere Arten von Festschmierstoffen, die üblicherweise verwendet werden, umfassen Bornitrid (BN) und Wolframdisulfid (WS 2) . Zu den Vorteilen, die Trockenschmierstoffe gegenüber Standardschmierstoffen aus Erdölprodukten wie Fetten und Ölen bieten, gehört die Fähigkeit, deutlich höheren Temperaturen standzuhalten, ohne dass es zu einer thermischen Zersetzung kommt, sowie dünnere Reibungsbarrieren und hohe Drücke zu bewältigen. Typische Betriebstemperaturen für Trockenschmierstoffe liegen bei bis zu 350 ° Celsius.
Welche Art von Trockenschmierstoff gewählt wird, hängt von der jeweiligen Anwendung ab. Beispielsweise kann Molybdändisulfid einem Wärmewert von bis zu 1100 ° Celsius standhalten, und einige trockene Schmiermittel können kalten Temperaturen im Tieftemperaturbereich standhalten, die Gase wie Stickstoff verflüssigen würden. Wenn Trockenschmiermittel als dünne Filme aufgetragen werden, werden sie häufig zum Beschichten von Kugellagern verwendet, und die Beschichtung selbst ist bei einer Dicke von nur 0,0001 bis 0,003 Zoll (0,00254 bis 0,0762 Millimeter) haltbar. Andere extreme Bedingungen, denen einige trockene Schmiermittel widerstehen können, umfassen Drücke von 250.000 Pfund pro Quadratzoll (17.237 bar) in einer Gesamtvakuumumgebung, in der häufig flüssiger Sauerstoff gespeichert wird.
Das Hauptmerkmal dieser Chemikalien, das ihnen die unglaubliche Fähigkeit verleiht, die Reibung zu verringern, ist die sogenannte Lamellenstruktur. Dies bedeutet, dass die Partikel innerhalb des Schmiermittels eine Reihe überlappender Lamellen oder paralleler Schichten im molekularen Maßstab bilden. Diese Schichten gleiten gegeneinander und verhindern, dass die beiden Oberflächen, auf denen sich die trockenen Schmierstoffe ablösen, auch unter extremen Bedingungen in direkten Kontakt kommen. Mehrere verschiedene Verbindungen wurden auf ihre Lamellenfähigkeit getestet, und ein Beispiel für ein Trockenfilmschmiermittel, das seit vielen Jahren verwendet wird, ist neben einfachem Graphit Talk oder wasserhaltiges Magnesiumsilicat, Mg 3 (Si 4 O 10 ) (OH ) 2 .
Die vier Hauptanwendungen, für die Trockenschmierstoffe verwendet werden, sind alle mit extremen Bedingungen verbunden, wie sehr hohen Kontaktdrücken und hohen Temperaturen. Unter solchen Bedingungen überleben Graphit und MoS 2 , flüssige Erdölschmierstoffe dagegen nicht. Trockenschmierstoffe werden auch hauptsächlich in Maschinen verwendet, in denen es zu Hin- und Herbewegungen kommt, durch die flüssige Schmierstoffe aus dem Hauptkontaktpunkt gedrückt werden. Keramik ist der andere Bereich, in dem Festschmierstoffe eine besondere Verwendung finden, da sie so angepasst werden können, dass sie die gewünschten chemischen Reaktionen mit den zu schützenden Teilen auslösen.
Zwei neue Verbindungen, die ab 2011 ebenfalls zum Einsatz kommen, sind Calciumfluorid (CaF 2 ) und Cerfluorid (CeF 3) . Diese Verbindungen sind aufgrund des damit verbundenen Aufwands nicht so häufig. Cerfluorid ist ein Beispiel dafür, da Cer selbst ein Seltenerdmetall ist und solche Metalle in der Regel als ziemlich giftige Substanzen bekannt sind. Aufgrund der Schwierigkeit, ausreichende Probenmengen für die Analyse zu erhalten, wurden ab 2011 nur wenige direkte Toxizitätstests für CeF 3 durchgeführt.