Lubrificanti solidi

I lubrificanti sono sostanze che riducono l’attrito e l’usura nell’interfaccia di due materiali che devono rispondere a molti requisiti tra cui elevata temperatura di ebollizione, bassa temperatura di congelamento, elevata resistenza all’ossidazione, elevato indice di viscosità, stabilità termica.

I lubrificanti solidi devono essere in grado di sopportare il carico applicato senza subire deformazioni o perdite significative ed inoltre deve essere caratterizzato dall’avere un basso coefficiente di attrito e di usura.

I lubrificanti solidi presentano alcuni vantaggi rispetto a quelli liquidi, semi-solidi e gassosi tra cui una maggior efficacia ad alte pressioni.

I lubrificanti solidi sono compositi autolubrificanti che, a seconda della loro composizione, sono classificati in polimeri, carbonio e grafite, composti metallici, ceramica e cermet.

I polimeri sono adatti a sopportare carichi leggeri e costituiscono il gruppo più importante dei lubrificanti solidi tuttavia a causa della loro bassa conduttività termica il calore viene scarsamente dissipato e si può avere un problema di fusione.

I polimeri che vengono maggiormente utilizzati quali lubrificanti solidi sono il politetrafluoroetene e il nylon.

Il politetrafluoroetene noto come teflon è un polimero termoplastico non infiammabile duro e ceroso ottenuto per polimerizzazione del tetrafluoroetene CF2=CF2.

Esso ha una elevata stabilità chimica, bassa energia superficiale, basso coefficiente di attrito, assenza di tossicità tuttavia essendo morbido ha un’alta velocità di usura, scarsa resistenza allo scorrimento, scarsa conducibilità termica ed elevata dilatazione termica.

Il nylon 6,6, il nylon 6,10 e il nylon 6 hanno eccellenti proprietà antiusura e sono usati in applicazioni che comportano carichi elevati o rotazioni ad alta velocità. 

Gli svantaggi di tali polimeri possono essere superati utilizzando riempitivi come ferro o carbonio e un supporto metallico come bronzo o piombo.

La grafite ha elevata stabilità termica ed è efficace sia in ambiente ossidante che riducente mostrando buone caratteristiche a causa della struttura stratificata in cui è presente un debole legame tra gli strati che sono in grado di scivolare l’uno rispetto all’altro a seguito di una forza applicata minima.

E’ utilizzata nei cuscinetti a sfera, nei giunti di binari ferroviari, per la lubrificazione delle serrature e negli ingranaggi.

Tra i composti metallici vi è il disolfuro di molibdeno MoS2 che come la grafite ha una struttura cristallina esagonale con la proprietà intrinseca del taglio facile tuttavia inizia a ossidarsi intorno ai 450°C trasformandosi in triossido di molibdeno MoO3 il quale è esso stesso un lubrificante.

Il disolfuro di molibdeno dà scarse prestazioni in presenza di umidità ma si presta a lubrificare nel vuoto motivo per il quale viene utilizzato nei veicoli spaziali.

In alternativa a questi lubrificanti possono essere utilizzati quelli in ceramica costituiti da CaF2/BaF2 o PbO/SiO2 che mostrano buone prestazioni a temperature oltre i 1000°C. Vengono inoltre usati l’ossido di alluminio (I) Al2O, il carburo di boro B4C, il carburo di silicio SiC e il nitruro di silicio Si3N4.

I cermet sono materiali compositi costituiti dall’unione di un materiale ceramico e un materiale metallico abitualmente carburo di titanio TiC, carburo di cromo Cr3C2 e carburo di tungsteno WC miscelati con cromo, molibdeno, nichel e cobalto.

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Author: Chimicamo

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