Kluzné laky - maziva pro nejextrémnější podmínky
Pevná maziva, mezi něž patří i kluzné laky, tvoří zvláštní skupinu maziv, které nacházejí uplatnění tam, kde jsou provozní podmínky pro kapalná maziva nepříznivé. Rostoucí požadavky na tribologickou výkonnost, zdravotní nebo ekologické limity a nejrůznější kombinace nových materiálů jsou mnohdy optimálně řešitelné právě kluznými laky.
Proto je nacházíme v mnoha různorodých aplikacích, kde jsou často neviditelné, ale spolehlivě zajišťují požadované funkce. Nejen v oblasti letectví a kosmonautiky, ale i v mnohem prozaičtějším automobilovém průmyslu a v řadě dalších odvětví.
Pevná maziva zahrnují velmi rozmanité látky, které mají příznivé tribologické vlastnosti, tedy snižují tření a opotřebení podkladového materiálu. Můžeme je klasifikovat do sedmi základních skupin. Do první patří různé anorganické sloučeniny, jako je grafit a sirníky kovů (MoS2 nebo WS2), což jsou tzv. strukturální maziva, nebo další anorganické sloučeniny, jako je oxid zinečnatý (ZnO), hydroxid vápenatý (Ca(OH)2), borax a další. Druhou skupinou jsou organické samomazné polymery, jako je PTFE, PE, PA a další. Třetí skupinou jsou měkké kovy, např. Pb, Sn, Ag, Cu, Au. Jako další skupiny pak bereme chemické povrchové vrstvy na kovech, především různé fosfáty, skla určená pro mazání při velmi vysokých teplotách, některá mýdla a konečně povrchově aktivní sloučeniny.
Pevná maziva se používají v závislosti na jejich požadované funkci, přičemž nejčastější jsou čtyři způsoby:
- přísada do mazacích olejů a plastických maziv - zvyšuje jejich únosnost a snižuje tření v extrémních podmínkách;
- speciální mazací pasta - vzniká smícháním pevného maziva s olejem nebo plastickým mazivem - usnadňuje překonání kritických provozních bodů;
- mechanické, chemické nebo metalurgické nanášení pevných maziv na funkční plochy součástí;
- kluzné laky vytvářející na povrchu součásti tenkou homogenní vrstvu s vlastnostmi, které požaduje konkrétní aplikace.
Kluzné laky jsou disperze pevných maziv v roztocích anorganických nebo organických pojiv s ředidlem. Po nanesení na povrch materiálu a následném uschnutí nebo vytvrzení je vytvořen suchý, pevný mazací film odolávající opotřebení a modifikující také další tribologické vlastnosti třecího kontaktu. Jde o nejpokročilejší formu pevných maziv, protože umožňují optimálně přizpůsobit složení laku i technologii jeho nanášení všem funkčním požadavkům dané aplikace.
Přednosti kluzných laků
Moderní kluzné laky umožňují použití v oblastech, kde se jiná maziva nedají použít.
- Snižují tření a opotřebení ošetřených třecích kontaktů,
- Zajišťují konstantní tření s velmi malými odchylkami,
- Používají se za nejnáročnějších podmínek (extrémní teploty, vakuum, záření, prach),
- Rozsah teplotní odolnosti (teploty prostředí) sahá od -200 do +650 °C (i více),
- Neznečišťují třecí kontakt ani jeho okolí,
- Umožňují celoživotnostní mazání,
- Jsou kompatibilní s oleji a plastickými mazivy, což optimalizuje záběh a nouzové mazání,
- Jsou vhodné pro všechny materiály - kovy, plasty, elastomery, keramika, dřevo,
- V případě potřeby je zajištěna velmi dobrá ochrana podkladu proti korozi,
- Mají dlouhou skladovatelnost bez vlivu na stárnutí,
- Tlumí hluk, zamezují jevu „stick-slip“ a snižují vibrační opotřebení (tribokorozi),
- Nevyžadují žádnou údržbu,
- Zlepšují a usnadňují montáž strojních součástí,
- Tenká vrstva laku (5-30 μm) umožňuje vysokou vydatnost (kolem 15 m2/kg),
- Kluzný lak lze přelakovat,
- Nedochází k vodíkové křehkosti.
Důsledkem uvedených předností jsou další příznivé okolnosti, které podporují rozšíření kluzných laků. Například, že součást opatřená funkčními plochami s kluzným lakem je čistá, dlouho skladovatelná a zaručuje konstantní třecí vlastnosti. Součást má také ideální předpoklady pro robotickou montáž včetně jejího upevnění definovanou silou.
Druhy kluzných laků
Kluzné laky obsahují mnoho složek, jejichž poměry musí být vyladěny tak, aby svým synergickým působením optimalizovaly vlastnosti kluzného laku pro zamýšlenou oblast použití. Obsahují obvykle tyto čtyři základní skupiny látek:
1. Pevná maziva v daném poměru (nejčastěji MoS2, grafit, PTFE),
2. Pojiva (organická nebo anorganická),
3. Ředidlo (uhlovodíkové rozpouštědlo nebo voda),
4. Přísady (např. inhibitory koroze, smáčedla, pigmenty, UV-barviva).
Ale to vůbec neznamená, že pro určité případy použití nemohou být některé skupiny látek úplně vynechány. Typickým příkladem jsou speciální vysokomolekulární polymerní povlaky, které se používají jako montážní mazivo pro spojovací součásti. Obsahují „jen“ směs polymerů rozptýlenou ve vodě, která se při správné aplikaci přetvoří v homogenní pevný polymerní film s přesně definovanými tribologickými vlastnostmi. Výsledný neviditelný kluzný lak dává součásti takové vlastnosti, které značně usnadňují ruční montáž a umožňují i automatickou nebo robotickou montáž.
Jiným případem je kluzný lak používaný na bocích pístů spalovacích motorů. Zde se jedná o celoživotnostní mazání důležité funkční plochy pístu. Boky pístů výrazně ovlivňují třecí ztráty v motoru. Kluzný lak s vysokým podílem černých pevných maziv se nanáší sítotiskem. Výsledný povlak je nejen plně funkční, ale i dekorativní.
Velmi důležitá je homogenita složení kluzného laku, protože to zaručuje také homogenitu jeho funkčních vlastností. V této souvislosti je příznivé, když použitá pevná maziva jsou co nejjemnější a jsou dokonale dispergována v pojivu. Použití pevných maziv ve formě speciálních nanočástic přináší díky jejich příznivým vlastnostem další zlepšení.
Nanášení
Z uvedených příkladů je zřejmé, že vedle správného složení je velmi důležitý také správný způsob nanášení laku, který se skládá z odmaštění a úpravy povrchu, nanesení laku, vytvrzení a následné kontroly.
Velmi důležitá je příprava povrchu, na který má být kluzný lak nanášen. Ten rozhoduje o jeho přilnavosti povrchu a o životnosti kluzného laku. Bylo prokázáno, že nejvyšší přilnavosti je dosaženo, je-li povrch pískovaný a fosfátovaný.
Volba technologie nanášení kluzného laku musí vzít v úvahu řadu činitelů, především tvar součásti, její funkci, počet kusů a vlastnosti kluzného laku. Používají se velmi rozmanité metody počínaje jednoduchým ponorem nebo nátěrem a konče robotizovaným nástřikem. Funkčního stavu naneseného laku se dosáhne usušením nebo vytvrzením za zvýšené teploty. Aby bylo možné zkontrolovat kvalitu nánosu kluzného laku, bývá součástí jeho složení UV indikátor.
Oblasti použití
V současnosti je jich mnoho a za nejtypičtější lze jmenovat:
- ve vakuu a v kosmickém prostoru,
- v prostředí, kde působí ionizující záření,
- v prostředí se zvýšeným nebezpečím požáru,
- v chemicky agresivním prostředí,
- tam, kde nesmí dojít ke znečištění,
- v podmínkách nízké a velmi nízké rychlosti pohybu,
- v ekologicky citlivém prostředí,
- v prostředí s extrémně vysokými či naopak nízkými teplotami.
Z uvedeného přehledu se může zdát, že kluzné laky najdeme jen v extrémních aplikacích - vojenské, letecké a kosmické technice, ale velmi široké uplatnění mají kluzné laky i v oblastech tak přízemních, jako je automobilový, energetický nebo spotřební průmysl, protože i zde se stále častěji vyskytují provozní podmínky, které jsou pro jiné typy maziv nepřijatelné.
O tom, že kluzné laky jsou skutečně špičkovým technickým výrobkem, svědčí i malý počet jejich výrobců. Na západní polokouli je jich méně než deset, přičemž polovina z nich pochází z Německa.
Petr Dobeš
398
