Trong ngành ma sát học, Sự mài mòn biểu hiện là vết mài mòn và/hoặc ăn mòn gây ra khi có tải và chuyển động bề mặt kim loại lặp đi lặp lại như rung động, trượt. 

Mài mòn vốn phức tạp; hư hỏng bề mặt và hao mòn liên quan đến chuyển động nằm trong không gian hiệp đồng của chất kết dính, chất ăn mòn và tác nhân gây mài mòn. Một kỹ sư nhà máy có thể thấy dấu hiệu này ở bất kỳ bộ phận máy nào có chuyển động, chẳng hạn như bánh răng, ổ trục, khớp đuôi chim, phớt, trục chính và bu lông.Sự mài mòn hoặc chà sát được đặc trưng bởi các đặc điểm rất nhỏ do chuyển động tương đối nhỏ. Nó thường trùng với sự ăn mòn tại các đặc điểm này vì rung động có thể loại bỏ các oxit trên bề mặt nhằm bảo vệ bề mặt kim loại.

Có một số phương pháp tiêu chuẩn liên quan đến kiểm tra mài mòn, từ đánh giá chung về mỡ bôi trơn (ASTM D-1470) đến các phương pháp cụ thể hơn bao gồm nhiều phạm vi ứng dụng. Việc mô phỏng các điều kiện mài mòn bằng máy đo mài mòn rất khó khăn vì thiết bị này cần độ dịch chuyển cực nhỏ (kích thước bước) cũng như tần số cao và tải trọng cao. Có các máy kiểm tra mài mòn thương mại chuyên dụng, một số có độ dịch chuyển cực nhỏ và tần số cao, nhưng đôi khi việc thêm một máy kiểm tra chuyên dụng mới (và đắt tiền) không phải là một lựa chọn.

Vậy, Mức độ thay đổi nào trong các thông số thử nghiệm được phép để một thử nghiệm vẫn mô phỏng được sự mài mòn do ma sát?

Điều kiện chính trong bất kỳ thử nghiệm độ mài mòn nào là độ dịch chuyển. Các bề mặt tiếp xúc chịu tác động của các thành phần “dính” so với “trượt” của chuyển động dao động phải chồng lên nhau, tức là bán kính tiếp xúc Hertzian phải bằng hoặc lớn hơn biên độ trượt. Điều này là do ma sát xảy ra ở nơi bề mặt chịu tác động của cả dính và trượt. Nhiều máy đo độ mài mòn có độ dịch chuyển đủ nhỏ để đáp ứng điều kiện này.

Tần số trong các phương pháp tiêu chuẩn thay đổi từ 30 đến 50 Hz, cũng hợp lý đối với nhiều máy đo độ mài mòn, và tải cần phải cao, nhưng cao đến mức nào? Nếu thiết lập bị giới hạn về tải, câu hỏi cần trả lời là liệu tải có đủ để phân biệt các chất bôi trơn có độ phân hóa đủ tốt để xếp hạng chúng theo hiệu quả chống mài mòn hay không.

KIỂM TRA MỨC ĐỘ MÀI MÒN

Hệ thống thử nghiệm được sử dụng cho công việc này là Bruker UMT (Universal Mechanical Tester) sử dụng mô-đun Block-On-Ring. Chiều dài cung tối thiểu để dao động là 9 độ và tần số được sử dụng là 30 Hz và 50 Hz, đáp ứng hoặc vượt quá các yêu cầu của tiêu chuẩn tham chiếu ASTM D1470. Tải được giới hạn ở mức 100 N (153 MPa). Thiết lập không có bất kỳ khả năng tạo nhiêt nào. Thời gian thử nghiệm được giữ ở mức hai giờ. 

Trong số nhiều sản phẩm bôi trơn có sẵn, dạng paste có xu hướng cung cấp khả năng bảo vệ tốt nhất khỏi sự mài mòn do ma sát. Các chất bôi trơn khác như lớp phủ chống ma sát thường không có khả năng này. Để đánh giá phương pháp ma sát và khả năng tái tạo của nó, cả hai loại chất bôi trơn đều được thử nghiệm để xem xét phạm vi hiệu suất rộng. Ban đầu, các bộ phận thử nghiệm được cân để đo lượng vật liệu bị mất (theo khối lượng), nhưng trong tất cả các thử nghiệm này, không đủ vật liệu bị mất để có thể đo một cách đáng tin cậy trên cân bốn số. 

Đơn giản hơn nhiều là đo kích thước của vết mài mòn sau một lần thử nghiệm trong thời gian quy định. Về nguyên tắc, vết mài mòn càng lớn thì chất bôi trơn càng kém hiệu quả. Nếu ma sát gây ra sự mài mòn tại điểm tiếp xúc, diện tích tiếp xúc sẽ lớn hơn theo thời gian thử nghiệm. Theo đó, một loạt chất bôi trơn có khả năng bảo vệ chống mài mòn ma sát kém sẽ tạo ra vết sẹo mòn lớn hơn so với những chất bôi trơn có khả năng bảo vệ tốt.  

Để thử nghiệm, các khối thép tiêu chuẩn LFW-1 và các vòng mài được sử dụng, với chất bôi trơn được bôi lên vòng. Khi chạy không bôi trơn, thử nghiệm đôi khi thất bại sớm, tức là, thiết bị dừng thử nghiệm nếu lực tăng đột biến và khiến hệ số ma sát vượt quá 0,5. Đối với các thử nghiệm kéo dài toàn bộ hai giờ, các vết mòn trên vòng thường >6 mm (chỉ cần đo bằng micrômet).

Bốn lớp phủ chống ma sát thương mại đã được thử nghiệm ở tải 100 N, 50 Hz, dao động cung tổng cộng 9 độ và các vết mài mòn kết quả đều lớn, rộng từ 5,2 đến 5,5 mm, so với trường hợp không bôi trơn có diện tích >6 mm. Không có gì ngạc nhiên khi các lớp phủ không cho thấy sự giảm đáng kể về vết mài mòn so với trường hợp không bôi trơn và chúng cũng cho thấy các lỗi sớm xuất hiện thường xuyên.

Để xem đầu kia của phạm vi hiệu suất, chúng tôi đã thử nghiệm một loại paste thương mại được khuyến nghị cho các ứng dụng làm nhám. Keo dán MOLYKOTE 1 (Paste 1) đã được thử nghiệm 10 lần trong cùng điều kiện (50 Hz, 100 N, dao động tổng cộng 9 độ, 2 giờ) và cho thấy khả năng tái tạo khá tốt. Trong mỗi 10 thử nghiệm lặp lại, các vết mài mòn khối được đo ở các vị trí trên cùng, giữa và dưới cùng. Giá trị trung bình của ba phép đo đó dao động trong khoảng từ 1,32 mm đến 1,77 mm, với độ lệch chuẩn là 0,14 mm. Vết sẹo vòng được đánh giá theo cách tương tự. Các phép đo trung bình dao động trong khoảng từ 3,81 đến 5,96, với độ lệch chuẩn là 0,66. 

Để so sánh, một loại paste thương mại khác thứ hai cũng được chạy với 10 lần lặp lại. Paste 2 không hiệu quả trong việc bảo vệ chống mài mòn bằng Paste 1. Trong trường hợp này, có nhiều lỗi sớm hơn và nhiều biến thể hơn về độ rộng vết mài mòn, như đã thấy với lớp phủ. Ngoài ra, như mong đợi, cả vết sẹo hình khối và hình vòng đều rộng hơn trung bình đối với Paste 2 so với Paste 1, nhưng nhỏ hơn so với lớp phủ chống ma sát. cho thấy khả năng chống mài mòn vượt trội của Molykote dạng Paste cũng như vượt trội hơn so với các loại chất bôi trơn dạng Paste khác trên thị trường.

Nguồn: Dupont