TU - Tribotechnika

roèník: V. • 3/2012 • cena 3 €
Galvanovna Bomex – kvalitní povrchové úpravy kovù
Niklování - Chromování - Eloxování - Zinkování - Cínování
www.bomex.cz - ètìte na stranì 6 - 7
www.mogul.sk
[email protected]
PRIEMYSELNÉ
OLEJE
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
oleje hydraulické
oleje kompresorové
oleje turbínové
oleje ložiskové
oleje antikorózne
oleje rezné
oleje pre klzné vedenia
oleje pre kalenie a prenos tepla
oleje elektroizolaèné
oleje priemyselné prevodové
obrábacie kvapaliny
plastické mazivá
INOVÁCIE - KVALITA - SERVIS
Distribuèné sklady :
Luèenec, Zvolenská cesta 3132, +421 47 433 0917
Hradište pod Vrátnom, U ihriska 300, +421 34 658 1202
www.mogul.sk
[email protected]
Vážení čitatelia,
technický pokrok prináša niekedy neočakávané zvraty a zdanlivo nepostrehnuteľné a nevýznamné zmeny. Nie je to napr. tak dávno, čo v oblasti strojárstva bol dôraz kladený predovšetkým na
mechanické vlastnosti súčiastok a nástrojov. Pevnosť, tvrdosť, húževnatosť a iné charakteristiky
materiálu boli dominantnými parametrami, ktoré zaujímali teóriu a prax. Vyvíjali sa nové vysoko
pevné materiály s lepšou kombináciou úžitkových vlastností, optimalizovali sa postupy tepelného
a chemicko – tepelného spracovania, nerezové ocele sa postupne stali štandardom v rôznych oblastiach priemyslu, do popredia sa dostávali keramické materiály, plasty, prášková metalurgia. Bol to
logický odraz doby, ktorá diktovala požiadavky predovšetkým v súvislosti s bezpečnosťou veľkých
konštrukčných celkov, ako sú atómové elektrárne, dopravné prostriedky, kozmické lety, gigantické
ťažobné zariadenia, mosty, obrovské žeriavy a pod.
Otázka znie: zmenilo sa niečo v tomto smere na začiatku 21. storočia? Odpoveď je naporúdzi.
Áno, zmenilo a nie málo. Dá sa povedať, že vysoké nároky na mechanické charakteristiky materiálov
síce ešte gradovali, predsa je tu však jeden povšimnutia hodný rozdiel. Stredobodom záujmu sa stal
povrch a jeho vlastnosti. Pre ilustráciu stačí jeden príklad: Požadovaná protikorózna odolnosť sa
nemusí dosiahnuť iba voľbou drahých Cr – Ni – Mo nerezových ocelí, ale aj vhodnou úpravou exponovaného povrchu klasických konštrukčných zliatin. Podobne je to napr. s opotrebením. Dnes sa
bežne na funkčné povrchy nástrojov a súčiastok cieľavedome nanášajú metódami PVD alebo CVD
odolné povlaky na báze Ti - N, príp. iné kombinácie prvkov, schopné zásadne zvýšiť trvanlivosť
a životnosť súčiastok a nástrojov. Výhoda nespočíva iba vo funkčnosti, ale aj v priamej úspore energie. Je totiž rozdiel v množstve spotrebovanej energie napr. pri objemovom kalení a pri parciálnom
ohreve funkčného povrchu. Je dobre, že vývoj sa uberá týmto smerom. Je to najmä dôsledok ekonomického a ekologického tlaku, ktorý núti hľadať nové technológie, materiály a postupy výroby.
Vážení čitatelia, redakciu časopisu Tribotechnika teší, že je to aj vďaka pokroku v oblasti tribológie. Aj toto aktuálne číslo je logicky zamerané na povrchové úpravy a súvisiace technológie. Je toho
veľa, čo sa v tejto oblasti udialo a určite deje aj u vás vo firmách či na výskumných a vývojových pracoviskách. Radi preto uverejníme vaše príspevky, praktické aplikácie a hlavne novinky. Časopis
Tribotechnika je vám k dispozícii. Zároveň si Vás dovoľujeme pozvať na návštevu našej expozície
počas Medzinárodného strojárskeho veľtrhu 2012 v Nitre.
redakcia časopisu TriboTechnika
Časopis TriboTechnika vydáva:
Vydavateľstvo Techpark, o. z.,registrácia vykonaná 22. 10. 2003
pod č. VVS/1–900/90–22538
Redakcia: TechPark, o. z., Pltnícka č. 4, 010 01 Žilina, Slovakia
Tel.: +421 41 500 16 56 – 8, Mobil: 0905 206 227
E–mail: [email protected], [email protected],
www.tribotechnika.sk
Šéfredaktorka: Ing. Dana Tretiníková, e-mail: [email protected]
PR a marketing: Mgr. Zuzana Augustínová, e-mail: augustínová@techpark.sk
Redakcia: Ladislav Repčík, e-mail: [email protected],
Miriam Magáthová, e-mail: [email protected]
Grafika: Grafické štúdio vydavateľstva TechPark Žilina
Rozširuje: Vlastná distribučná sieť, MEDIA PRINT KAPA Bratislava
ISSN 1338–0524
TEMAT
I
CKÉ O
Nové t
KRUHY
rendy v
KONFE
riaden
Najlep
í úd
RENCI
šia
E
Inform prax v prevá ržby
ačné sy
dzke a
ú
stémy
d
Plánov
r
ž
b
e
údr
an
Predikt ie údržby a o žby
dstávo
ívna úd
k
rž
Inovatí
vne tec ba a diagnos
tika
h
Bezpeč
nológi
eú
no
Energe sť a ochrana držby
tický m
zdravia
anažm
Zlepšo
ent
va
Údržba nie výkonnos a životné pro
ti
s
infraštr
uktúry pracovníkov tredie
Záujem o účasť oznámte na e-mailovej
adrese: [email protected]
kde môžete získať kompletnú pozvánku
Pozývame Vás v dňoch 29. - 30. 5. 2012
na 12. ročník
medzinárodnej konferencie
Národné fórum údržby 2012
konanej pod záštitou Ministerstva hospodárstva SR
na Štrbskom Plese
Slovenská spoločnosť údržby
Koceľova 15
815 94 Bratislava
Slovensko
Obsah:
Chemické niklování z produkce firmy BOMEX – 1. část ....................................................................................... 6, 7
Chemické odlakování rychle, ekonomicky a ekologicky ......................................................................................8, 9
Mazání velkých vozidlových vznětových motorů .............................................................................. 10, 11, 12, 13
Syntetické obrábìcí kapaliny bez obsahu boru .......................................................................................... 14, 15, 16
Aditiva v motorových olejích ................................................................................................................................... 16, 17
C.C.JENSEN A/S (CJC) DENMARK - Znalosti prináší profit ....................................................................... 18, 19, 20
Workshop Tribológia a tribotechnika .................................................................................................................... 20, 21
Čistota motorové nafty ............................................................................................................................................. 22, 23
Filtrace moderních hydraulických a mazacích olejů neobsahujících zinek a popel ............... 24, 25, 26, 27
Plovoucí částice drahých kovů jako lovci bakterií světová novinky od firmy MOTOREX ...................................................................................................... 28, 29, 30, 31
Tribotechnika v praxi .......................................................................................................................................................... 31
Ekologické maziva na bázi esteru - vysoké technologické a ekologické požadavky ............ 32, 33, 34, 35
Obtížně odmastitelná maziva .......................................................................................................................... 36, 37, 38
Centrální mazání + mazací technika = CEMATECH ................................................................................................. 39
Vibrodiagnostika – nástroj spoľahlivosti rotačných strojov ...................................................................... 40, 41, 42
Zařazení tryskání do výroby před a za svařením ............................................................................................... 42, 43
Zinkolamelové povlaky .............................................................................................................................................. 44, 45
Zlepšení tribologických vlastností kompozitních povlaků pomocí polymerních částic .................... 46, 47
Další vývojový krok nízkotlaké cementace - PreNitLPC® ................................................................................ 48, 49
Vlastnosti Ni-P povlaků vyloučených elektrolyticky ........................................................................................ 50, 51
Hraničné hodnoty nasýtenia vlhkosti v mazacích olejoch .............................................................. 52, 53, 54, 55
Laserem nanesené práškové povlaky ............................................................................................................ 56, 57, 58
Možnosti zvýšení životnosti nástrojů pro plošné tváření ......................................................... 58, 59, 60, 61, 62
Hodnocení kvalitativních parametrů mikrolamelových povlaků ........................................................ 63, 64, 65
VIENNA-TEC 2012 - ohňostroj inovací a průmyslových technologií .......................................................... 66, 67
Aplikácie nových PVD povlakov TripleCoatings3® .................................................................................................. 69
Poohliadnutie za... ............................................................................................................................................................. 70
3/2012
TriboTechnika
Chemické niklování z produkce firmy BOMEX
Galvanovna Bomex slouží stovkám malých, středních a velkých firem. Neustálým
zlepšováním výrobních procesů nabízí dokonalou kvalitu povrchových úprav. K zajištění
kvality je zařízení podrobováno pravidelně plánované údržbě a lázně průběžným
kontrolám a regeneracím. Firma Bomex nabízí nanášení různých druhů povrchových
vrstev v rozmanitých variantách na několik základních materiálů. V následujícím seriálu
si postupne představíme přehled nabízených technologií a možností povrchových úprav
vzhledem k použitému základnímu materiálu.
Chemické niklování je autokatalytická reakce, používána k nanesení slitiny niklu a fosforu na
základní materiál. Na rozdíl od galvanických procesů, při chemickém
niklování není potřebný elektrický
proud k nanesení vrstvy. Výhodou
tohoto procesu je rovnoměrná
tloušťka pokovení i na dílech složitého tvaru, ve většině případů tak
není zapotřebí následné obrábění
dílů, jako je tomu například u tvrdého chromování. Nanesená
vrstva má vysokou korozní odolnost díky své nízké pórovitosti
a může být následně tepelně vytvrzena až na 1000 HV. Chemický nikl
je používán v mnoha různých aplikacích a především tam, kde je
potřeba vysoké tvrdosti a korozní
odolnosti. Chemické niklování
s vytvrzením je v některých aplika-
6
cích možné použít jako náhradu za tvrdé chromování. Bomex vlastní linku na chemické niklování
s největšími vanami v Česku.
Vlastnosti povrchu
vrstva i na nepravidelných dílech,
nevyžaduje další broušení
·
Tvrdost po pokovení 570-660 HV (53-58 HRc)
·
Možnost vytvrzení až na 1000 HV (69 HRc)
·
Výborná korozní odolnost daná nízkou porézností nanesené vrstvy
·
Vysoká otěruvzdornost
·
Vrozená kluzkost povrchu, statický součinitel
tření s ocelí: 0.13 s mazivem, až 0.4 bez maziva
·
Pololesklý až lesklý vzhled
·
Povrch není toxický, vhodný pro zdravotnický
a potravinářský průmysl
·
Nízká absorbnost vodíku, přibližně 1/5 v porovnání s elektrolytickým niklováním a 1/10 v porovnání s tvrdým chromováním
·
Dobrá smáčivost olejem
Vrstvy: 3 – 80 µm
Rozměry dílů: délka až 2.3 m, maximální hmotnost
250 kg
Základní materiály: ocel, litina, hliník a jeho slitiny,
mosaz, měď
Použití
Chemické niklování se používá v mnoha průmyslech a aplikacích díky svým vlastnostem, jako jsou
korozní odolnost, tvrdost, otěruvzdornost a netoxičnost. Několik příkladů jeho použití:
·
Strojírenský průmysl: hřídele, válce, slévárenské
formy a nesčetné množství dalších částí
·
Automobilový průmysl: brzdové písty, spony, díly
do převodovky, atd.
·
Naftový, plynový a chemický průmysl: příruby,
trubky, čerpadlové komponenty, ventilová tělesa, atd.
·
Nesčetné množství dílů do elektrotechnického,
leteckého, potravinářského a dalších průmyslů
-red·
Rovnoměrná
DOKONALÁ
KVALITA
POVRCHOVÝCH
ÚPRAV
CHEMICKÉ NIKLOVÁNÍ
TVRDÉ CHROMOVÁNÍ
ELOXOVÁNÍ
CÍNOVÁNÍ
ZINKOVÁNÍ
BOMEX - CZ s.r.o.
Jasenice 795
75501 Vsetín
Tel.: 00 420 571 803 363
Fax: 00 420 571 803 377
E-mail: [email protected]
www.bomex.cz
3/2012
TriboTechnika
Chemické odlakování
rychle, ekonomicky a ekologicky
Stoprocentní kvalita povrchové úpravy a nulová zmetkovitost je cílem každého výrobce.
Tento cíl je ale prakticky nedosažitelný, tudíž nastává problém, jak opravit vadnou povrchovou úpravu. V lakovnách se navíc kromě opravy zmetků jedná i o odlakování dílů pro
repasi, odlakování závěsů, háčků a případně i maskovacího materiálu. Zařízení pro odlakování bývá často kvůli svému „negativnímu vlivu“ na okolí umístěno v nepříliš viditelných
místech výroby nebo se, ještě raději, provádí externě.
Pro chemické odlakování nabízí
Atotech CZ, a.s. dvě řady inovativních produktů, které poskytují ekologické a zároveň vysoce ekonomické řešení odlakování: Master
Remover a Recover.
Odlakovače Master Remover
Odlakovače Master Remover
firmy Atotech byly uvedeny na trh
v roce 2007, vynikají všemi výhodami chemických odlakovacích lázní, ale díky svému složení vyhovují
všechny dnešním požadavkům na
ekologicky šetrný provoz. Lázně
vynikají i bezkonkurenční rychlostí
odlakování a prakticky neomezenou životností lázně.
Obr.1: Odlakovače Master Remover si poradí rychle
a ekologicky s libovolně silnou vrstvou laku
Nejpoužívanější lázeň z řady,
Master Remover 4500, je tvořena
emulzí nezávadného organického
rozpouštědla s alkalickou směsí
hydroxidů a tenzidů. Tato emulze
tak za tepla dokáže odstraňovat
nejrůznější laky rychlostí 3 - 10 μm
8
(při 40 – 70 °C) za minutu. Odlakování dílců s vrstvou
práškového laku cca 80 - 100 μm je tak záležitostí
Obr. 2. : Pracoviště pro odlakovací lázeň Master
Remover 4500
minut, maximálně půl hodiny. Ovšemže na trhu existuje řada přípravků, které pracují za studena,
v nabídce je má i Atotech, ale u žádného z nich
nedosáhnete tak vysoké rychlosti odlakování.
Nevýhodou této lázně je omezení použitelnosti na
ocel, železo, mosaz a slitiny hořčíku, nelze jí tedy
použít na hliník nebo zinek. Obrovskou výhodou je
prakticky neomezená životnost lázně.
V ČR je v provozu lázeň již od roku 2007 a to bez nutnosti její výměny. Master Remover způsobí rozpad
laku na drobné částečky, které lze snadno odfiltrovat, případně je lze nechat usadit na dně a odstranit
při občasném čištění vany. Lázeň není citlivá na
vodu, naopak zakládá se částečně z vody.
Koncentrát se nelikviduje a oplachové vody neobsahují nebezpečné látky a tak je lze bez problémů
likvidovat na ČOV. Master Remover představuje
z hlediska bezpečnosti práce a ochrany zdraví ideální alternativu k běžně používaným technologiím
jakými je pyrolýza nebo tryskání.
Na dílcích nezůstávají po odlakování žádné zbytky
TriboTechnika
laku, takže je lze obvykle zavěsit na začátek lakovací linky a provést novou povrchovou úpravu. Díly
máte také vždy pod kontrolou a lze tak předejít jejich poškození při přepravě a manipulaci
v externí odlakovně.
Ve spolupráci s externími dodavateli zařízení dodává Atotech lázeň s kompletním odlakovacím pracovištěm a to mnohdy za cenu, která se Vám díky
dlouhé životnosti lázně vrátí nejpozději do roka.
Master Remover se vyplatí každému, kdo za externí odlakování utratí více než cca 250 000 Kč ročně,
případně tomu, kdo ocení okamžité odlakování
bez nutnosti převozu dílců k odlaku.
Odlakovací technologie Recover
Novinkou v portfoliu je technologie
Recover pro odlakování cenných dílců, především z hliníku nebo slitin barevných kovů. Tato
technologie byla
původně určená
k odlakování leštěných hliníkových
ráfků, ale umožňuje
i odlakování jakýchkoliv drahých dílců,
do kterých bylo inObr. 3: Absolutně zachovaný
vestováno značné
vysoký lesk po odlakování
množství prostředv lázni Recover
ků před závěrečnou
povrchovou úpravou lakováním. Výhodou je absolutní zachování povrchové úpravy, ať již se jedná
o galvanizovaný povrch nebo povrch leštěný do
vysokého lesku. Díky tomu, že nemůže dojít k žádnému napadení základního materiálu, je tato technologie schválena například Fordem (schválení
WSS-M2P109-B) jako jediná možná metoda pro
odlakování hliníkových ráfků.
Chemické přípravky lázně Recover neobsahují
nebezpečné látky, tudíž provoz této technologie
je vysoce ekologickým. Rychlost odlaku je také
vysoká, kolem 3 - 5 µm za minutu, takže odlakování dílce je zpravidla otázkou cca 60 - 90 minut.
Přípravky Recover dodáváme spolu s celým
výrobním zařízením, takže ručíme za 100-procentně bezproblémový provoz odlakovacího
pracoviště.
Závěr
Odlakovací lázně Master Remover z portfolia
firmy Atotech přinášejí v porovnání s konkurenčními produkty několik podstatných výhod:
·
Vysoká rychlost odlakování všech typů práškových laků, KTL i mokrých barev a to rychlostí až cca
10 µm za minutu
·
Nenapadá základní materiál, materiál neztrácí
mechanickou pevnost
·
Aplikace ponorem i postřikem, lze i jednoduše
vložit do linky (např. pro KTL)
·
Odlakované dílce není potřeba dočišťovat, lze je
ihned znovu nalakovat
·
Bez fenolu, chlorovaných rozpouštědel a dalších
toxických látek
·
Dlouhá, prakticky neomezená životnost lázně,
a tím pádem i úspora nákladů na likvidaci odpadních vod.
·
Provozní zkušenost - několik let bez výměny
lázně
·
Snížení celkových provozních nákladů na odlakování
Odlakovací technologie Recover přináší:
% odlakování cenných dílů bez sebemenšího poškození základního materiálu a bez ztráty
lesku výrobku
·
Bez použití toxických rozpouštědel nebo jiných
nebezpečných látek
·
Vysoká rychlost odlakování
·
Určeno především pro velkokapacitní odlakování hliníkových ráfků, střešních nosičů a dalších
autodílů, lakovaných dílců domácích spotřebičů a
dalších výrobků, které prošli před lakováním drahou povrchovou úpravou
Ing. Roman Konvalinka, Atotech CZ, a.s.
·
100
english abstract
Master Remover and Recover – Atotech's
sustainable paint removal technologies offer
many cost, process and environmental advantages over alternative paint removal techniques.
Master Remover efficiently removes E-coats,
wet paints and powder coatings from multiple
metal substrates. Recover is a highly effective
stripping process designed for the removal of
organic coatings from all materials in just one
cycle while preserving the metallurgical and
visual properties of the substrate.
9
3/2012
3/2012
TriboTechnika
Mazání velkých vznětových
motorů rallyových trucků Tatra
Již od dob, kdy automobily byly ještě v plenkách, je zavedenou praxí prověřovat konstrukční opatření na automobilech v nejnáročnějších podmínkách. Když to bylo možné, inovovaná automobilní technika se nasazovala
na různé druhy závodů. Konstrukční opatření, která přežila zkoušku v náročných podmínkách, sloužila jako předloha pro zavedení do sériové výroby.
Toto platí do dneška v ještě větší míře. Kolotoč konkurence běží stále rychleji
a třeba zkoušet stále v náročnějších podmínkách avšak za kratší dobu.
Potřeba neustálého zvyšování výkonů motorů využívá fenomenu
závodění i v oboru kamionové
techniky. Závodění přináší velké
množství otázek z hlediska technických řešení. Vývojové práce na
motoru dnes nemůže dělat jeden
člověk. Na druhé straně, omezené
finanční zdroje českých závodníků
neumožňují zadat drahý vývoj přímo výrobci motoru. Řešením je
účast nadšenců z řad specializovaných odborníků z jednotlivých
technických disciplín. Osob podílejících se z technické stránky na
vývoji úspěšných českých kamionů je mnoho. Každý odborník přispívá svým dílem.
Je třeba říci, že úspěšný vývoj pro-
Tatra T. Tomečka,vítěze Africa Eco Rally 2012
vedený na komerčním motoru pro
závodní účely není samoúčelný
jen pro závodníky,má široké
10
využití mezi veřejností-uživateli obdobných motorů, ale i přímo v řadách výrobců a jejich
servisních sítí.
Autoři tohoto příspěvku představují klíčové postupy, kdy byla analyzována data a posléze
realizována technická řešení z pohledu chlazení
a mazání na vozidlech Tatra 815 osazených
rozdílnými motory: vzduchem chlazený motor
Tatra a vodou chlazený motor Caterpillar. Řešení přinesla úspěch a někdy i zklamání, ale vždy představovala špičku inženýrských dovedností v českých
i světových měřítcích.
Dakar, prubířský kámen
Kdo dlouhodobě sleduje špičkový světový závod,
jakým rally Dakar bezesporu je, pak bude určitě souhlasit, že tento závod je dnes z hlediska úrovně technických inovací na zúčastněné technice jedním z určujících ve vývoji automobilní techniky. Je to způsobeno mnoha faktory:
§
neustálý růst popularity a publicity závodu vytváří enormní požadavky na kvalitu technických řešení pro závod; na druhé straně, úspěch znamená
obrovskou reklamu pro tým či značku,
§
na týmy je tak vytvořen tlak na výkonnost a zároveň enormní spolehlivost techniky,
§
cesta: pokus / omyl zde není možná tak jako
např. u okruhových závodů, na jedné straně z důvodů časových, na druhé pak z hlediska financování.
Jen samotná přihláška na závod stojí milion o dalších milionech v technice nemluvě.
Z českých vývojářských pracovišť je nejdéle
fungujícím nezávislým vývojářským pracovištěm
vývojová sekce AMK Sunoco Racing Team , která již
15 let dodává řešení z pohledu mazání a chlazení závodním týmům z ČR a SR. Za dobu své historie,
v oboru kamionů, vývojáři Sunoco Racing Teamu
TriboTechnika
zaznamenali mnohé úspěchy s týmy a jezdci, jako
Karel Loprais, vítěz Dakar 1994, 1995, Tomáš
Tomeček, 2. místo Dakar 2004, vítěz Africa Eco
Race 2011,2012, André Azevedo a Jaromír
Martinec, několikanásobní medailisté Dakaru.
Technická data Tatry Marka Spáčila pro sezonu
2012: TTD Tatra 815 4X4 DAKAR - Marek Spáčil
Typ
TATRA 815-2C0R45 4x4.1 - Variant Kit
Motor
Caterpillar C-13, kapalinou chlazený šestiválec o objemu
12,5 litrů, přeplňovaný jedním turbodmychadlem s
mezichladiči plnícího vzduchu,
výkon: cca 950 hp,
točivý moment: více než 3300 Nm
Převodovka
manuální desetistupňová převodovka TATRA 10 TS210
+ dvoustupňový sestupný převod TATRA 2.30 TRS
s možností řazení za jízdy (20 převodových stupňů)
Podvozek
klasická „tatrovácká“ koncepce s centrální nosnou
rourou a výkyvnými polonápravami,
obě nápravy odpruženy vzduchovými vlnovce, doplněnými na každé polonápravě dvojicí tlumičů Reiger
Pneumatiky
14.00 R20 Michelin XZL / Pirelli PS 22 Pista 14x20",
centrální dohušťování
Palivové
nádrže
objem 900 litrů
Rozměry
rozvor náprav: 4290 mm,
délka: 6100 mm,
výška: 3200 mm,
šířka: 2500 mm
Maximální
rychlost:
cca 170 km.h-1
Spotřeba
v těžkém terénu přes 100 l / 100 km
Nástavba
tvořena hliníkovými profily, povrchové panely jsou
vyrobeny z karbonu. Uvnitř nástavby je povinný
ochranný rám
Praktická část - predstavení vozidel, motorů
a opatření, roky 2008 -2012
Marek Spáčil, Czech Dakar Team - vůz LIAZ:
Vozidla LIAZ – vzhledem k stáří vozidel, byly prováděny velmi specifické diagnostické zásahy s následnými velmi netradičními řešeními. Motory byly
vystřídány a odladěny od tří výrobců.
Hlavní agregáty se zásahy z hlediska výkonnosti/
spolehlivosti: motor Tedom, motor Deutz,
převodovka ZF, náprava Rába.
Přes veškerou snahu se ukázalo, že bez dlouhodobého ladění, změn v typech agregátů a systémů,
není možné pomýšlet na kýženou metu-vítězství.
Problém mj. s nápravami Rába byl neřešitelný.
Nedostatek náhr. dílů na nápravu Rába rozhodl
o odstoupení ze závodu z dobré pozice! A tak bylo
rozhodnuto přejít na osvědčenou platformuvozidlo Tatra.
Vůz Tatra 815 - pro dosažení vyššího výkonu a kroutícího momentu, s přihlédnutím k dobrým zkušenostem Tatry a týmu Karla Lopraise, bylo
rozhodnuto zabudovat vodou chlazený motor
Deutz. Tato volba však odhalila problémy, které
zástavba do tradiční platformy Tatra přináší:
Problematické poměry v odvodu tepla z motoru.
§
2010: motor Deutz - problémy s chlazením, přehřívání, vyústily při závodě v zadření motoru.
Protože politika dodavatele motoru neumožnila
blíže lokalizovat příčinu (motor odvezl a odmítl
účast vlastníka při revizi) bylo opět rozhodnuto
změnit typ motoru. Volba padla na robustní a spolehlivý motor Caterpillar.
§
2011: motor CATERPILLAR C-13 (13 litrů), výkon
950 hp, kroutící moment 3 300 Nm, max. otáčky
2 400 min-1- změnou je nová dvoulamelová spojka
SACHS, přepracovaný systém chlazení - motor
absolvoval jen 3 etapy, pak havárie vozu; motor
s hodnocením: bez nejmenšího problému. A tak
do sezony 2012 vozidlo šlo v konfiguraci shodné
s tou z roku 2011.
Tomáš Tomeček, Letka Racing Team, vůz Tatra
815
Ing. Tomáš Tomeček je tatrovák. Od začátku své závodnické kariéry v r. 1991 upravuje a pilotuje pou-
Technická data Tatry Tomáše Tomečka pro sezonu 2012:
TTD Tatra 815 DAKAR - Tomáš Tomeček , Livescore
Typ:
Tatra 815-2T0R45 4x4.1 VK (Varian Kit),
homologace FIA: T4-4063 02/01 VK
Motor:
Tatra, 12V, 19 000 cm3, vzduchem chlazený,
2x Turbo + mezichladič plnícího vzduchu
Převodovka:
Tatra 14 TS 210 L - 20 stupňů
Podvozek:
páteřový rám s centrální nosnou rourou a
výkyvnými polonápravami Tatra,
4 teleskopické tlumiče Ateso na každé nápravě,
odpružení vzduchovými vlnovci - obě nápravy
Pneumatiky:
14,00 R20 XZL Michelin
Rozměry:
rozvor náprav: 4090 mm,
šířka vozu: 2500 mm,
výška vozu: 3100 mm,
délka vozu: 5900 mm
Maximální rychlost:
155 km.h-1
Spotřeba:
v terénu 100 ÷ 120 l / 100 km
11
3/2012
3/2012
TriboTechnika
ze 100 %-ní vozidla Tatra. Jeho technické znalosti se
projevily v jeho angažování do týmu Karla Lopraise,
s nímž v 90-tých letech dosáhl i na metu nejvyšší na
Dakaru. Po ukončení angažmá automobilky Tatra
na závodění, zakládá vlastní závodní tým. Jde cestou evoluce agregátů Tatra. Tedy především vývoj a
výkonostní evoluce vidlicových,vzduchem chlazených motorů Tatra. Jím připravený závodní kamion
Tatra 815 používá i tým Petrobras s jezdci André
Azevedem a ing. Ja-romírem Martincem.
Vozidla Tatra v období 2008-12
Vývojové zásahy bez rozlišení týmové příslušnosti
byly provedeny zejména na těchto agregátech: motor Deutz, motor Caterpillar, převodovka hlavní
Tatra, motor Tatra, převodovka redukční Tatra,
brzdový systém.
Vývoj mazání motoru vozidla Tatra, léta 2009 2011
To jak je sériový motor konfigurován z výroby, představuje v současné době evoluční optimum. Proto
je možné každoroční navyšování výkonu cestou zvyšování plnících tlaků na turbodmychadlech
a akceptaci vyšších provozních teplot v motoru.
Okolo teplot se točí vše. S ohledem na závodníkovy preference, které jsme jako maziváři museli vzít
v úvahu při analýzách a návrhu optimální formulace oleje byly stanoveny priority při konfiguraci
nejvhodnějšího mazacího oleje pro motor:
§
vysokoteplotní viskozita,
§
bod vzplanutí,
§
síla mazacího filmu,
§
pevnost mazacího filmu,
§
odolnost proti pěnění,
§
oxidační stabilita.
Regulační systémy motoru Tatra
Problematika regulačního systému mazacího okruhu oleje motoru Tatra. Motor Tatra je z konstrukčního hlediska nesmírně flexibilní. Umožňuje kvalifikovanému technikovi množství zásahů. To však zároveň nese i břímě dlouhých analýz, aby se
eliminovalo riziko špatného rozhodnutí.
Hlavní regulační prvky chladícího a mazacího
systému motoru Tatra a jejich limitní data, které je
třeba vzít v úvahu při návrhu konstrukčního prvku,
mazacího oleje:
§
pojistný ventil olejového čerpadla - otevírá v 700
kPa,
§
obtokový ventil čističe oleje - otevírá v 210 kPa,
12
§
otvírací ventil odstředivého čističe - otevírá v 190
kPa,
§
elektronická regulace chlazení,
§
pojistný obtokový ventil chladiče oleje - otevírá
v 240 kPa,
§
přepouštěcí šoupátko s termostatem,
§
přepouštěcí a pojistný ventil na hlavním kanálu otevírá v 120 kPa, redukční tlak 400 kPa,
§
pokud je instalováno topení, instalace dalších
2 regulačních ventilů.
V předchozích sezónách byl nasazen sériový motorový olej Sunoco typu SAE15W40. Z hlediska opotřebení nevykazoval motor žádné problémy.
Nicméně hodnoty tlaků oleje při provozu na nejvyšších hodnotách kroutícího momentu, a tedy na
nejvyšších teplotách oleje, se již dotýkaly hranice,
pod níž nelze jít bez rizika poškození motoru.
Protože ale na trhu s oleji nebyl žádný, splňující
technické požadavky jak jsme je specifikovali
(a mj. klíčovým problémem byla nedostupnost
technických dat různých olejů) padlo rozhodnutí
jít do návrhu zcela nového typu oleje pro motor,
šitého na míru Tatře.
Nechat stávajíci osvědčený olej?
§
jaký dopad bude mít kardinální změna typu zákl.
oleje (rozdíl u 15W40 / 5W50 resp. HC-1 / HC2/HC-3, resp. API base oil 2 / 3),
§
cena - zásadní změna formulačního vzorce i viskozitního rozsahu si vyžádá rozsáhlé zkoušky na
laboratorních a zkušebních pracovištích v USA,
Belgii, ČR. Je ve hře příliš mnoho (cena závodního motoru, čas-Dakary se jedou 1/rok)
§
Pokud budeme preferovat parametry oleje dle
bodu 2.2 a nasadíme olej s nedostatečnou aditivací, jaká by normálně odpovídala vznětovému
motoru kamionu a je vyzkoušená, je ústupek ve
formulaci (TBN, antioxidanty, disperzanty,
detergenty) akceptovatelný, vyváží ho zlepšení
viskozitních parametrů?
Po podrobných analýzách v laboratořích a následných diskusích o typech olejů padajících v úvahu,
byly zvoleny varianty, slibující naplnění požadavků,
avšak každá s důrazem na jinou hlavní vlastnost oleje. Pak bylo přikročeno k vlastnímu testování na motoru. Výsledky těch nejdůležitějších testů-závislosti
teploty oleje a tlaku oleje při určitých otáčkách motoru, shrnuje na straně 13 uvedená tabulka a graf.
Výsledkem bylo konstatování, že zvolený olej
viskozitního rozsahu SAE 15W50 na bázi
hydrokrakovaného základového oleje typu HC3
TriboTechnika
a specifického aditivačního složení by měl tím
olejem, který by měl zajistit bezproblémovou
funkci motoru Tatra i za podmínek dalšího navýšení přeplňovacích tlaků.
Výběr alternativ mazacího oleje
Pro výběr byly zužitkovány dlouholeté zkušenosti
nejen ze závodů, ale i z provozu běžných vozidel
v autodopravách. Výhodou bylo to, že motory
Tatra se z dlouhodobého pohledu nemění, a tak
zkušenosti s různými režimy (zajímaly nás především ty kritické) bylo možné aplikovat v tomto případě.
Skupina
Viskozitní
základ.
třída SAE
oleje
max.,
CCS
(cP)
Kinematická Kinematická
viskozita
viskozita
40 °C (cSt)
100 °C (cSt)
HC 3
5W50
6600
(-30 °C)
118
19
HC 2
15W40
7000
(-20 °C)
115
15
HC 1+3
10W40
7000
(-25 °C)
88
13.7
Výše vidíte porovnání viskozit několika variant formulí mixů olejů ze zdroje SUNOCO pro motor
Tatra.
Obr.1 Graf závislosti teploty a tlaku oleje na otáčkách
motoru
Motor Tatra - výsledky měření tlak / teplota oleje
- porovnání stavu 2010/2011:
Shrnutí k návrhu nového motorového oleje pro
vysokovýkonný motor Tatra V12:
§
teplota oleje 2011 je vyšší než u 2010 - je to zapříčiněno zvýšením tlaku na 2. stupni přeplňování → důsledek zvyšování výkonových parametrů motoru,
§
přesto se podařilo udržet viskozitu na lepších
hodnotách, než u varianty 2010
§
závěr pro uvolnění do provozu - zvolený typ
nového olejového mixu pro mazání motoru
SAE 5W50 se jeví jako správný.
Závěr
Teprve závody v roce 2012, tedy Dakary 2012,
tj. Africa Eco Race 2012 a jihoamerický Dakar
2012, měly ukázat, zda jsme při vývoji vykročili
správným směrem. Jaký byl výsledek? Tomáš
Tomeček vyhrál Africa Eco Race 2012 v kategorii
kamionů (v celkovém hodnocení skončil třetí)
a André Azevedo s kopilotem Jaromírem
Pozn.
Teplota °
C
Teplota °
C
Martincem absolvovali
úspěšně jihoamerický
rok 2010
rok 2011
Dakar.
málo zahřátý
A
mazání motorů?
127
116
olej u 2011
Rovněž s ním nebyl
sebemenší problém!
130
125
Všechny naše motory
128
ukončily závody bez
128
známek nadměrného
127
130
opotřebení.
ing. Tomáš Tomeček,
126
131
Letka Racing Team, ČR
126
131
ing. Petr Chytka, CSc.,
Sunoco Racing Team
126
131
Klub AČR, Jihlava
Měření
Poté, co padlo rozhodnutí o tom, že nejvhodnějším bude olej s viskozitním rozsahem dle SAE
5W50, a po upřesnění formulačního vzorce, byla
provedena série zkoušek. Následně byla provedena porovnání původního stavu s nově navrhovaným.
Otáčky
Tlak MPa
Tlak MPa
rok 2011
rok 2010
2400
0,42
0,255
2200
0,385
0,235
2000
0,365
0,235
1800
0,325
0,22
1600
0,28
0,215
1400
0,255
0,21
1200
0,24
0,2
13
3/2012
3/2012
TriboTechnika
Syntetické obráběcí
kapaliny bez obsahu boru
Špičkové technické vlastnosti a vysoký výkon jsou dnes samozřejmé požadavky na vodou mísitelné obráběcí kapaliny. Nadstandardní obráběcí
kapaliny dále vykazují mimořádnou životnost jako významný benefit pro
zákazníka. Skutečně prvotřídní obráběcí kapalina navíc musí ve své formulaci obsahovat chemické látky vykazující minimální negativní vlastnosti
z hlediska hygieny a ekologie. Syntetické obráběcí kapaliny, které neobsahují minerální oleje, převyšují všechny uvedené požadavky, zejména
pak v případě, že ve své chemické formulaci neobsahují sloučeniny boru.
Vodou mísitelné obráběcí kapaliny můžeme rozdělit na dvě velké
skupiny - na dnes převažující
mikroemulze s nižším obsahem
minerálního oleje a na syntetické
roztoky zcela bez minerálního oleje, představující nejmodernější
směr vývoje. Syntetické chladící
kapaliny neobsahují minerální oleje, ale speciální směsi ve vodě rozpustných maziv a dalších aditiv.
Jednotlivé formulace se výrazně
liší v závislosti na technické aplikaci produktu, mimořádný význam
při vývoji mají hygienické a ekologické aspekty. Syntetické kapaliny
se dělí do dvou skupin podle
svého chování k průniku cizích
olejů. Většina produktů cizí olej
odlučuje, velmi efektivní jsou však
také produkty olej emulgující.
Syntetické kapaliny mají řadu
výhod, které zvyšují produktivitu výroby. Spojují v sobě ty nejlepší vlastnosti ze světa obráběcích kapalin, totiž vysokou úroveň
mazacích vlastností známou z oblasti řezných olejů a chladicí vlastnosti vody. Vysoký chladicí účinek
umožňuje zvýšit řeznou rychlost operací. Zvýšení životnosti
nástrojů, obvykle kolem 20 %,
šetří prostoje a vysoké náklady.
14
Aditivační protipěnivostní technologie umožňuje
použití i při vysokém tlaku chladicí kapaliny. Velkou
výhodou je udržování extrémně čistého pracovního prostoru strojů díky výrazné eliminaci tvorby
úsad a povlaků. Optimalizované smáčecí vlastnosti
výrazně snižují výnos kapaliny a tím její spotřebu.
Použití syntetických kapalin je též velkým
přínosem pro pracovní hygienu a ekologii. Je
samozřejmé, že tyto typy produktů splňují bez výjimek požadavky chemické legislativy, především
neobsahují chlor, fenoly a dusitany. Většinou jsou
taktéž bez obsahu sloučenin boru, které mohou
vykazovat nebezpečné toxikologické vlastnosti
a vytvářet potenciál k tvorbě úsad v prostředí tvrdé
vody. Pozitivní je menší dráždivost vůči pokožce
v důsledku mnohem nižšího obsahu biocidů ve
srovnání s emulzními kapalinami. Nepřítomnost
minerálního oleje eliminuje sklon kapaliny k biologickému napadení. Syntetické kapaliny mohou
nahradit nejen klasické emulze a mikroemulze, ale i
řezné oleje. Tímto způsobem je možné vyloučit
nepříznivé vlastnosti řezných olejů, mezi jinými
požární nebezpečí.
Naprosto zásadní charakteristikou moderních
syntetických kapalin Castrol je nepřítomnost
sloučenin boru v chemické formulaci. Často jsou
tyto kapaliny označovány v názvu označením BF
(„boron free“). Kyselina boritá se používá v klasických obráběcích kapalinách jako konzervační
činidlo a některé její soli jsou od roku 2010 na tzv.
„Seznamu látek vzbuzujících mimořádné obavy“ –
který je vydáván Evropskou chemickou agenturou.
TriboTechnika
Důvodem je skutečnost, že tyto sloučeniny vykazují dle posledních toxikologických výzkumů teratogenní vlastnosti tj. mohou negativně ovlivnit
vývoj nenarozeného lidského plodu. Je proto
zcela zřejmé, že v blízké budoucnosti můžeme očekávat omezení v použití obráběcích kapalin obsahujících bor. Dalším pozitivem obráběcích kapalin
bez obsahu boru je velmi nízká tendence tvořit
úsady při provozu v obráběcím stroji.
Velká většina syntetických obráběcích kapalin
vykazuje jako zásadní výhodu odlučivost
cizích olejů. Efektivní separace cizích olejů umožňuje prodloužit životnost kapaliny. Snadnější
obnovitelnost původních vlastností náplně vede
k menšímu doplňování koncentrátu ve srovnání
s klasickou emulzí či mikroemulzí. Univerzálním
produktem pro broušení i běžné klasické obrábění
Castrol Lubricants (CR), s.r.o.
V Parku 2294/2
148 00 Praha
www.castrol.com
e-mail: [email protected]
tel.:+420603222163
výkonově srovnatelným s klasickými emulzemi je
Castrol Syntilo 9931 BF, zatímco špičkovou syntetickou kapalinu bez obsahu boru specializovanou
na broušení představuje Castrol Syntilo 81 BF.
Moderní syntetické roztoky vykazují nejen
chladicí, ale též extrémní mazací vlastnosti a
jsou tak vhodné pro nejnáročnější obráběcí
operace. Příkladem je protahování, vystružování,
řezání závitů a obrábění ozubení, které jsou s výkonovou rezervou zvládnutelné s unikátním produktem Castrol Syntilo 9974 BF. V nabídce značky
Castrol jsou též nejmodernější speciální druhy syntetických kapalin pro obrábění hliníku s téměř neutrálním pH, které zcela eliminují nepříznivé chemické interakce, obrábí při dosažení excelentní
kvality povrchů a taktéž přispívají k velmi šetrným
hygienickým vlastnostem.
Castrol Slovensko, s.r.o.
Rožňavská 24
821 04 Bratislava
3/2012
3/2011
TriboTechnika
Unikátní syntetické vodou mísitelné kapaliny
absorbující cizí oleje spojují v sobě výhody
syntetických kapalin s výhodami mikroemulzí.
Mohou tak velmi efektivně nahradit klasické
emulzní kapaliny. Tím je možné dosáhnout výrazného zvýšení produktivity práce za současného snížení rozpočtu pro chladící a mazací kapaliny.
Velkou výhodou tohoto typu syntetických roztoků
je mimořádná kompatibilita s nátěry a materiály
těsnění a schopnost pohlcovat cizí oleje srovnatelně s mikroemulzemi. Tyto vlastnosti umožňují
úspěšné nasazení nejen pro moderní stroje, ale taktéž pro starší strojový park, kde jinak bývá pro nasazení typických syntetických kapalin nutnou podm í n k o u roz s á h l á o p t i m a l i z a ce p rovoz u.
Představitelem této unikátní skupiny produktů je
Castrol Syntilo 75 EF, které je možno provozovat
Aditiva
Nedostatky potřebných vlastností základových olejů doplňují přísady, které
dodávají motorovým olejům špičkové
vlastnosti. Z těchto důvodů nositelem
kvalitativního rozlišení motorových olejů
jsou druhy a množství zušlechťujících přísad
obsažených v hotovém výrobku. Tyto
přísady označujeme jako aditiva.
Druh aditiva v mazivu a jejich množství se liší podle
způsobu užití maziva. Obsah aditiv v mazivu se
pohybuje do 25 %. Druhy a množství stanovují
výrobci na základě norem a praktických zkoušek.
CHEMICKÁ STRUKTURA ADITIV
nejen v měkké, ale i v tvrdé vodě. Produkt vykazuje
vynikající protikorozní vlastnosti a díky nepřítomnosti boru a klasických biocidů i mimořádně šetrné
hygienické charakteristiky.
Syntetické produkty vykazují zpravidla vyšší
jednotkovou cenu, ale při vhodném nasazení
vykazují výrazně nižší celkové provozní náklady. Jsme Vám k dispozici pro technickou optimalizaci i snižování nákladů Vašich obráběcích procesů.
Ing. Petr Kříž
Castrol Lubricants (CR), s.r.o.
V Parku 2294/2
148 00 Praha 4
Tel: 603 222 163
e-mail: [email protected]
www.castrol.com
16
Polární aditiva
Velké množství aditiv jsou tzv. povrchově aktivní –
povrchové látky. Povrchové látky jsou chemické látky, jejichž molekuly jsou nesymetrické, a proto na
jejich koncích vznikají elektrické náboje. Těmito
náboji jsou molekuly přitahovány k povrchům,
např. k povrchu pístu ve válci motoru. Polární aditiva utvoří na povrchu tenký film, který v závislosti na
chemické složení aditiva zvyšuje odolnost proti
korozi, proti usazování nečistot, proti poškození
vysokým tlakem apod.
Nepolární aditiva
Nejsou povrchově aktivní, tzn. že nejsou přitahovaná k povrchům, ale jsou rozptýlená v celém objemu
maziva rovnoměrně. Přesto jsou tato aditiva velice
významná – zlepšují viskozitu maziva, snižují bod
tuhnutí maziva, chrání gumová těsnění proti
poškození apod.
ADITIVA S POVRCHOVÝM ÚČINKEM
Detergenty
Zamezují usazování nečistot na povrchu, případně
již vytvořené nečistoty rozpouštějí. Díky detergentům mazivo lépe přilne k mazaným plochám.
Detergenty hrají významnou roli např. při ochraně
pístu ve válci, kde vlivem vysokých teplot dochází
k uvolnění uhlíku, který má tendenci se usazovat na
TriboTechnika
v motorových olejích
pracovních plochách pístu. Vzniklé usazeniny
způsobují netěsnosti vlivem mechanického
poškození nebo změnou tvaru zapříčiněnou nánosem nečistot.
Disperzanty
Zabraňují tvorbě usazenin, které se tvoří především na nižších provozních teplot. Disperzanty
obalí mechanické nebo kapalné nečistoty a zamezí tak jejich koncentraci a usazování. Nečistoty se
vlivem disperzantu vznášejí rovnoměrně v celém
objemu maziva. Zamezí se tak zablokování olejových kanálů a filtrů.
Zlepšující ochranu proti vysokému tlaku a opotřebení
Chrání před opotřebením ocelových částí, které se
o sebe třou pod vysokým tlakem např. ozubená
kola. Chemickou reakcí tvoří aditiva na povrchu
kovu odolné vrstvy, které zamezí kontaktu kov-kov.
Zvyšující ochranu proti korozi
Vytvářejí na povrchu kovů ochranný film, který
zabraňuje tvorbě koroze. K oxidaci povrchů kovů
může docházet např. u agresivních sloučenin
vznikajících ve válci motoru při spalování palivové
směsi.
ADITIVA ZLEPŠUJÍCÍ VLASTNOSTI
Zlepšující viskozitu
Tato aditiva stabilizují viskozitu maziva, tzn. viskozita je méně závislá na teplotě. Tím rozšiřují teplotní rozsah, v jakém je mazivo schopno plnit svou
funkci. Se snižující se teplotou viskozita maziva stoupá a naopak, se zvyšující teplotou viskozita maziva klesá. Změny viskozity maziva mají dopad rovněž na tloušťku mazacího filmu a na ztráty energie,
které vznikají překonáváním odporu maziva.
Snižující bod tuhnutí
Snižují možnost shlukování parafinů v mazivu za
nízkých teplot. Při nízkých teplotách dochází
u minerálních olejů k vylučování a shlukování parafínů a tudíž ke zvyšování hustoty. Zvýšená hustota
maziva a jeho nekonzistentnost zhoršuje kvalitu
mazání a zvyšuje ztráty energie z důvodu překonávání odporu maziva.
Chránící elastomery
Zpomalují stárnutí gumových a umělohmotných
částí, které jsou ve styku s mazivem (například
těsnění) tím, že zamezují vyplavení změkčovadel
obsažených v gumových a plastových dílech.
Elastomery zajišťují, aby gumové a plastové části
byly stále elastické (pružné).
ADITIVA CHRÁNÍCÍ
Antioxidanty
Omezují chemickou degradaci maziva, ke které
dochází především za vyšších teplot. Likvidací oxidačních činidel zamezují vzniku nežádoucích chemických sloučenin, které zkracují životnost maziva. Degradací mazivo tmavne a dochází ke zvyšování viskozity.
Inhibitory oxidace
Zdržují stárnutí oleje tím, že přerušují řetězovou
oxidační reakci oleje (zvýšení odolnosti proti stárnutí).
Deaktivátory kovů
Zabraňují chemickým reakcím probíhajícím na
povrhu mikroskopických kovových částeček
přítomných v mazivu (ocel, měď). Kovové částečky, které vznikají třením kovu o kov, působí jako
katalyzátor chemických degradačních procesů.
Vytvořením ochranného filmu kolem částeček
kovu je zamezeno katalytickým chemickým reakcím a je tudíž zpomaleno stárnutí maziva.
Snižující pěnivost
Tato aditiva potlačují vznik olejové pěny.
Intenzivním promícháváním oleje se vzduchem
dochází k tvorbě pěny, která urychluje stárnutí
maziva (usnadňuje oxidaci), zvyšuje stlačitelnost
maziva (vznikají problémy u hydraulických
soustav, motorů, kompresorů a převodovek) a může způsobit i únik maziva ze zařízení.
Při výběru oleje je nutno dbát pokynů výroby stroje, který ve spolupráci s „olejáři“ vyzkouší ten
nejvhodnější. Téměř v každém případě máme možnost vždy si vybrat z několika druhů olejů.
Petra Michaela Šliwová
17
3/2012
3/2012
TriboTechnika
C.C.JENSEN A/S (CJC) DENMARK
Výrobce CJC OFFLINE (obtokových) filtrů představil výrobcům a provozovatelům větrných elektráren plnoautomatický monitorovací systém OCM
30X (Oil Contamination Monitor) určující znečištění oleje v převodovkách
větrných turbínových genertorů (WTG).
Níže uvedený članek s názvem „Znalosti prináší profit- Naučte se snížit činitele provozních ztrát”, Vám přiblíží nový výrobek CJC - OCM 30X.
Knowledge is Profit
Learn how to lower Your Lost Production Factor
The rotor of a WTG will easily top 200 million revolutions in 20 years. Wear is
enormous. Not least to the gearbox where numerous particles are released
from the components to the oil. But if you monitor the size and number of
these particles, you can forecast serious problems, optimize operation and
schedule maintenance well in advance.
Your best option is to employ the
CJC™ Oil Contamination Monitor,
OCM 30X offered by C.C.JENSEN
4 microns in the air-containing oils of a WTG gearbox. You can collect all data from OCM 30X
remotely and analyse them using either
www.cjconline.dk or your company's SCADAsystem.
Profit from increased ROI
With remote monitoring and sample response
intervals as short as 20 seconds, you can collect
data under all operating conditions, even when the
WTG is inaccessible for physical inspection.
With the data provided by OCM 30X, you will not
only get the earliest possible warnings of gearbox
failures and component-specific problems. You will
also get an in-depth understanding of gearbox
wear under different operation conditions. This will
help you improve operation, maintenance as well
as rootcore analysis dramatically. In short, OCM 30X
will not only protect your investment. It will
increase your ROI.
CJC™ Oil Contamination
Monitor, OCM 30X
A/S. The OCM 30X monitors particle contamination as small as
18
Small particles are the worst
It is critical to monitor the occurrence of small particles the size of 4 to 21 microns. Their size and number reveal gearbox wear under different operating
condition, and thus the need for maintenance and
changes in operation. When particles above the
TriboTechnika
size of 100 microns appear, it is often too late to
take simple preventive action. The degradation of
the component's surfaces is highly advanced.
However, the OCM 30X is the market's only device
that offers exact monitoring of contamination
from particles as small as 4, 6, 14 and 21 microns.
Does not confuse air bubbles for particles
The oil in a WTG gearbox is whipped full of air. But
unlike other measuring methods, OCM 30X is not
air sensitive. It measures the light's refraction to
monitor all kinds of particles exactly; soft and
solid, magnetic as well as non-magnetic. But it
completely ignores air bubbles, which makes it
the market's most accurate monitoring method
for this purpose.
Figure 1. Shows how OCM 30X measures the size and
number of particles in WTG gearbox oil under different
operating conditions. The graph also shows how
OCM 30X monitors abnormal particle peaks that reveal
wear problems indicating a future breakdown.
Predict and Prevent Gearbox Failure
If you take a look at Figure 1, you will see how OCM
30X monitors the number and size of particles
under different operation conditions. The graph is
a read-out from a 2 MW WTG. The number of particles peak when operation conditions change,
such as filter replacement and cooling problems.
The read-out from OCM 30X also reveals abnormal particle peaks that can't be explained by
changes in operation. These peaks should be analyzed carefully to assess degradation of components and prevent breakdowns.
In this specific case, all data was analyzed using
cjconline.dk, and the customer was warned well in
advance about an impending breakdown.
Preventive maintenance was scheduled, and the
physical inspection confirmed the readouts from
OCM 30X and the analysis using cjconline.dk.
Components were changed in time, and the customer prevented an extremely expensive breakdown.
OCM 30X is Tried and Tested
C.C.JENSEN A/S commissioned the first OCM 30X
in 2007. Since then, the oil contaminationmonitoring unit has been installed in more than
50 WTG gearboxes onshore as well as offshore.
Series production of OCM 30X began in the winter
2011-12, and 100 units have been ordered for
delivery during Q1 and Q2 2012.
The world's leading WTG manufacturers and utili-
CJC off-line (obtokové) filtry
a filtrační separátory
CJC filtrační vložky pro všechny
druhy olejových medií a kapalin
SKALDA spol. s r. o.
regionální zastoupení a distribuce Off-line filtrace CJC
(C. C. JENSEN Dánsko) pro ČR a SR
tel.: +420 604 48 48 23, e-mail: [email protected],
www.skalda.net
19
3/2012
3/2012
TriboTechnika
ties constitute the largest part of C.C.JENSEN A/S'
customers. Using OCM 30X, they do not only benefit from fewer and less serious gearbox problems.
Their most important advantage is the increased
profits they get from a significant reduction in the
WTG's lost production factor.
Predict
Exact particle monitoring in WTG gearbox oil
Monitors particles as small as 4, 6, 14 and 21
microns
Non-air sensitive
Remote monitoring 24/7/365
Monitor and analyse data with cjconline.dk or your
SCADA system
Prevent
1. Earliest possible warnings and improved root
core analysis
2. Optimize operation effectively to reduce wear of
the gearbox
3. Identify component-specific problems and
improve components
4. Schedule the need for maintenance accurately
5. Reduce 'fire fighting' and quick fix solutions
6. Preventive maintenance instead of emergency
repairs or breakdowns
7. Change smaller components in time instead of
heavy parts too late
Profit
Optimise operation and reduce O&M cost
Increase availability and reduce the lost production
Vyžádejte si proto i Vy další informace nejen o
CJC - OCM 30X, ale o celém výrobním program
CJC OFF-LINE (obtokové filtrace) na adrese:
Bernard S. Skalický M. A. CEO,
SKALDA, spol. s r. o.
Výhradní zástupce a distributor C.C.JENSEN
AS Denmark pro Českou republiku a Slovensko
E-mail: [email protected]
Tel.: +420 604 48 48 23
www.skalda.net
20
Tribotechnika
a tribológia
Progresívny prístup v systéme starostlivosti
o technické zariadenia aplikáciou tribotechniky, organizovaním techniky mazania a starostlivosťou o mazivá.
Pre vedeckú, odbornú a spotrebiteľskú verejnosť
prichádzajú nové výzvy, ktoré sú zamerané na
vedný odboro tribológie a tribotechniky. Ide
o úlohy, ktoré súvisia s organizáciou tribotechnických zariadení a mazacích služieb v oblasti
výrobných, energetických, dopravných podnikov, pre vytváranie podmienok aplikácie
tribotechnickej diagnostiky, ako aj na prípravu
odborného personálu.
Cieľom workshopu je zoznámiť účastníkov
o správnej aplikácii a vývoji kvalitného maziva,
monitorovaní stavu kvality olejov, starostlivosti
a ošetrovaní počas prevádzky. O aplikácii tribotechnických poznatkoch, na dosiahnutie minimálnej energetickej náročnosti, predĺžení životnosti aplikovaných mazív a tým i zlepšenie ekonomických výsledkov podnikateľských aktivít.
Program workshopu bude zameraný aj na stroj
ako taký z pohľadu mikrosveta mazacieho oleja.
Cieľom workshopu je tiež upozorniť na najčastejšie sa vyskytujúce chyby pri starostlivosti tribotechnických systémoch.
Workshop bude prínosom pre všetkých, ktorí
s mazivami pracujú, používajú ich vo výrobe, ale
aj v údržbe, tribotechnikom v podnikoch,
technológom a technikom, pracovníkom
technického rozvoja, technickým laborantom,
konštruktérom, pedagógom v technických
oboroch v stredných i vysokých školách.
V neposlednom rade by sme privítali aj
odborníkov z priemyselných odvetví výroby,
energetiky, plynárenstva, dopravy, automobilizmu, ako aj z oblasti poľnohospodárskej techniky.
Workshop môže byť aj prvým krokom pre
získanie certifikátu pre pracovníkov v oblasti
tribotechniky
SLOVENSKÁ PLYNÁRENSKÁ AGENTÚRA, s.r.o.
SLOVENSKÝ PLYNÁRENSKÝ A NAFTOVÝ ZVÄZ
v spolupráci so
Slovenskou spoločnosťou pre tribológiu a tribotechniku
Asociáciou technickej diagnostiky SR
Vás pozývajú na workshop
TRIBOTECHNIKA a TRIBOLÓGIA
24. – 25. 09. 2012, hotel Slovakia Žilina
Progresívny prístup v systéme starostlivosti o technické zariadenia
aplikáciou tribotechniky, organizovaním techniky mazania a
starostlivosťou o mazivá.
SPNZ a SPA, s. r. o. v spolupráci so Slovenskou spoločnosťou pre tribológiu a
tribotechniku a Asociáciou technických diagnostikov sa rozhodli, vzhľadom
na potrebu priemyselnej praxe v dňoch 24. a 25. septembra 2012
zorganizovať 1. ročník workshopu na tému starostlivosti o tribotechnické
zariadenia.
Odborní garanti:
Ing. Viera Peťková, eustream, a.s.
Ing. Milena Kureková, InterTriboDia, s.r.o. Tlmače
Ing. Jozef Stopka, TRIBEX, s.r.o. Bratislava
Prof. Ing. Marián Dzimko, CSc., Technická univerzita Žilina
Kontaktná adresa:
SPA, s.r.o.
Tatiana Škopková
Mlynské nivy 48
821 09 Bratislava 2
E-mail: [email protected]
Uzávierka prihlášok : 17. 9. 2012
Mediálny partner
Časopis TriboTechnika
Pltnícka 4, 010 01 Žilina
[email protected]
www.tribotechnika.sk
3/2012
TriboTechnika
Čistota motorové nafty
Moderní naftové motory jsou vybaveny moderním vstřikovacími systémy
(např. Common Rail), ve kterých může být palivo stlačováno až na tlak
2500 bar. Zároveň se snižují tolerance ve vstřikovacích systémech. Z toho
vyplývá, že požadavky na čistotu motorové nafty se radikálně zpřísňují.
Za vysokých tlaků a teplot může
docházet k opotřebení především
vstřikovačů ať už vlivem vody nebo
jemných částeček přítomných
v naftě. Proto se řada výrobců naftových motorů nespokojuje s požadavkem uvedeným v normě EN
590 na maximální hmotnost
nečistot 24 mg/kg nafty, ale uvádí
i maximální hodnotu kódu čistoty
nafty podle ISO 4406 – 18/16/13.
ní nádrží; voda vzniklá kondenzací vodní páry pronikající přes odvzdušnění nádrží; voda + nečistoty
vznikající činností bakterií a hub ve zkondenzované
vodě; rez z vnitřních stěn nádrží.
Sledování čistoty nafty
V normě EN 590 jsou uvedeny kvalitativní parametry motorové nafty, metody, kterými se mají tyto
parametry měřit i limitní hodnoty. Z hlediska znečištění je zde norma EN 12662 – metoda membránové filtrace, a limit max. 24 mg/kg. Použitá membrána má mít průměrnou porozitu 0,7 µm. Obsah
vody se stanovuje coulometrickou titrací podle EN
ISO 12937. Limit obsahu vody je max. 200 mg/kg.
Stanovení kódu čistoty se provádí většinou laserovými čítači částic, laboratorními i přenosnými.
Ovšem v normě EN 590 zatím není zakotven požadavek na maximální kód čistoty motorové nafty.
Jak to vypadá v praxi
Vysoké znečištění jak částicemi, tak vodou, není
v praxi bohužel nic neobvyklého a často jsou k vidění vzorky obsahující několik procent vody nebo nečistoty v množství tisíců mg/kg anebo obojí zároveň.
Na obrázku 2 je skleněná vzorkovnice s naftou, ve
Obr. 1 – Systém Common Rail
To znamená, že v 1 mililitru takové
nafty může být maximálně 2500
částic větších než 4 µm, maximálně
640 částic větších než 6 µm a maximálně 80 částic větších než 14 µm.
A pro systémy Common Rail s těmi
nejvyššími tlaky (HPCR) se uvádí
dokonce limitní kód čistoty 12/9/6,
což převedeno na maximální
počty částic v 1 ml nafty znamená
40/5/0,6! Pokud nafta tento požadavek nesplňuje, měla by být před
plněním přefiltrována. Zdrojem
znečištění mohou být především :
prach pronikající přes odvzdušně22
Obr. 2 – Vzorek nafty obsahující cca 0,2 % vody
TriboTechnika
které je cca 0,2 % vody, tedy 10x víc než povoluje
norma EN 590.
Na obrázku 3 je zase ukázána membrána po stanovení nečistot ve velmi znečištěné naftě, pro srovnání je vedle ní čistá membrána.
Obr. 3 – Čistá membrána a membrána po stanovení
znečištění velmi špinavé nafty
Zajímavý je výsledek stanovení čistoty motorové
nafty souběžně podle EN 12662 a čítačem částic.
Vzorek, ve kterém bylo podle EN 12662 naměřeno
10 mg/kg nečistot (a 41 mg/kg vody – to je důležité, protože nadlimitní obsah vody by mohl způsobit zkreslení kódu čistoty směrem k vyšším hodnotám), měl kód čistoty měřený na laserovém automatickém čítači částic podle ISO 4406:1999
22/20/16, tedy zcela nevyhovující pro použití této
nafty v systému Common Rail. Tato nafta musí být
před naplněním do automobilu přefiltrována,
přestože vstřikovací systém dnešních motorů je
osazen mnohem jemnějšími filtry, než bývalo
kdysi obvyklé. Běžně je používána dvoustupňová
filtrace, kde první filtr je zároveň i odstraňovačem
vody. Tento filtr mívá porozitu 10 μm. Druhý jemný
filtr mívá porozitu 2 μm.
Podle jejího technického sdělení dělala americká
firma POLARIS Laboratories měření 162 vzorků
motorové nafty a pouze 50% z nich mělo kód čistoty 18/16/13 a nižší. Přitom systémy s nejvyššími
tlaky vyžadují ještě výrazně vyšší čistotu paliva.
Kromě toho vzhledem k tolerancím uvnitř vstřikovacího systému jsou z hlediska opotřebení nebezpečné i částice o velikosti 2 μm, které při stanovení
kódu čistoty nejsou postiženy – při jeho stanovení
se počítají pouze částice od velikosti 4 μm. Kromě
toho přídavky biopaliva na bázi esterů mastných
kyselin znesnadňují odstraňování vody z nafty.
Z výše uvedených faktů jasně vyplývá, že čistota
motorové nafty tak, jak je definována v EN 590,
nemusí být dostatečná pro moderní vysokotlaké
vstřikovací systémy typu Common Rail. Požadavky
na čistotu nafty definované ve Worldwide Fuels
Charter zatím počítají právě s limity 18/16/13
u kódu čistoty a 200 mg/kg u vody jako s maximy.
Ale na dalším zpřesnění v souvislosti s ochranou
vstřikovacího systému naftového motoru se dále
pracuje a do úvahy je také brán vliv změn průtoku
paliva, vibrací a povahy částic znečištění.
Předpokládá se, že vyhovující filtry budou muset
mít koeficient β roven 1000 pro částice s velikostí
4 μm (c).
ALS Tribology poskytuje detailní analýzy mazacích olejů pro dosažení
bezporuchového provozu a vysoké produktivity zařízení pomocí
preventivní údržby. Pravidelné analýzy olejů z motorů, převodů,
hydraulických systémů, kompresorů a dalších zařízení poskytují
možnost sledování stavu opotřebení pro každý díl sledovaného zařízení.
Výhody spolupráce s naší laboratoří
● Jednoduchá sada pro odběr
a zaslání vzorku
● Příznivé ceny analýz
● Kvalitní diagnóza na základě výsledků
● Přizpůsobivost schémat rozboru olejů
● Svoz vzorků z našich poboček po ČR
● Školení a konzultace pro zákazníky
Naše kvalifikace
● Akreditovaná laboratoř
vybavená moderními přístroji
● Zkušení a certifikovaní
specialisté
● Rozsáhlá databáze výsledků
● Účast na mezilaboratorních
porovnávacích zkouškách
www.alsglobal.eu
Vaše dotazy rádi
zodpovíme
na telefonním čísle:
+420 284 081 575
+420 602 162 535,
a na emailové adrese:
[email protected]
3/2012
TriboTechnika
Filtrace moderních
hydraulických a mazacích olejů
neobsahujících zinek a popel
HYDAC Filtertechnik GmbH
Při použití nebo neodborné manipulaci s moderními výkonnými hydraulickými
a mazacími oleji nastává nebezpečí elektrostatických výbojů a zvýšené tvorby produktů stárnutí, které jsou také označovány pojmem Varnish (v češtině
„lak, fermež“). Funkce komponentů v hydraulických a mazacích zařízeních je
tímto jevem omezena nebo úplně znemožněna.
Elektrostatické výboje ničí filtrační
elementy, poškozují ventily a senzory a mohou dokonce vést
k explozi v hydraulické nádrži.
Váznutí ovládacích pístů ve ventilech, problémy s ložisky nebo neobvykle krátké intervaly výměny filtračních elementů jsou důsledkem
nadměrného množství produktů
stárnutí v provozním médiu. Aby
byl umožněn hospodárný a bezpečný provoz zařízení, je bezpodmínečně nutné použití filtračních
systémů, které jsou schopné vázat
produkty stárnutí oleje a zabránit
vzniku nebezpečných elektrostatických výbojů. Použitím systému
filtrace se lze také vyhnout neplánované a nákladné výměně oleje.
Požadavky trhu a platné ekologické předpisy nutí výrobce olejů
dodávat hydraulické a mazací oleje
s kvalitou, která je u olejů kategorie I na bázi nezměněného základového oleje nedosažitelná. Kvůli
tomu jsou používány stále více základové oleje, u kterých byla molekulární struktura cíleně změněna či
vystavěna. Pro dosažení zaručených vlastností jsou do základového oleje přimíchána aditiva (větši-
24
nou více než jedna sada aditiv). Základové oleje kategorie I obsahují aromáty, které jsou většinou toxické. V aditivech je dále obsažen zinek a po spálení oleje zůstává popel. Následkem je, že již nesplňují mezinárodně platné ekologické standardy. Oleje kategorie II až IV, které jsou doplněny vhodnými sadami aditiv, obsahují minimum toxických nebo rakovinotvorných látkek, těžkých kovů a jsou tzv. bezpopelové. Na druhou stranu vzhledem k chybějícímu podílu kovů vykazují oleje pouze nepatrnou elektrickou
vodivost (viz obr. 1).
2000
1800
1600
1400
Vodivost [pS/m]
3/2012
1200
1000
800
600
400
200
0
Kategorie I
Kategorie II
23°C
Kategorie III
50°C
obr. 1
Protéká-li tento olej v hydraulickém systému,
dochází k elektrostatickému nabíjení. To může vést
k jiskrovým výbojům v systému (viz obrázek 2), které
způsobují poškození hydraulických komponentů,
jako ventilů a filtrů, zničení elektronických součástek a také ke vzniku produktů stárnutí oleje.
TriboTechnika
Jiskrový výboj v extrémním případě může zapříčinit explozi par v olejové nádrži.
Filtrační elementy, které zřetelně snižují vytváření
náboje, významně přispívají k tomu, aby bylo možné i v budoucnu provozovat hydraulická a mazací
zařízení bezpečně, spolehlivě a hospodárně.
Stárnutí moderních olejů neobsahujících zinek
3/2012
je také závislý na teplotě, viskozitě, rychlosti proudění a stupni znečištění kapaliny (viz obrázek 3).
Volumenstrom [l/min]
0
0
2
4
6
8
10
12
-100
-200
Spannung [V]
-300
-400
-500
-600
-700
-800
22 °C
32 °C
42 °C
52 °C
obr. 3
obr. 2
a popel vede k vytváření v oleji nerozpustných, velmi jemných (<1 m) a pevných nečistot, které jsou
také označovány pojmem varnish (lak). Toto znečištění se usazuje na povrchu olejem smočených
součástí a ovlivňuje nepříznivě jejich funkci.
Důsledkem může být váznutí prvků, přehřívání
a zkrácená životnost. Filtrační zařízení, která jsou
vybavena speciálními filtračními médii, redukují
díky velkému povrchu a schopnosti neutralizovat
kyselé složky produkty stárnutí oleje.
Důsledky
Důsledky elektrostatických výbojů mohou mít závažné následky. Tak může například přenos náboje olejem způsobit nekontrolované výboje v hydraulické nádrži, v extrémním případě s možností
následné nebezpečné exploze.
Kromě toho vypalují jiskrové výboje otvory ve filtračním médiu. Obrázek 4 ukazuje otvor velikosti
cca 200 μm ve filtračním médiu 3-μm. Tímto je filtr
vlastně vyřazen z funkce.
ELEKTROSTATICKÉ VÝBOJE
Vznik náboje
Jsou-li v hydraulickém systému v kontaktu dva
materiály (např. filtr a olej) s rozdílnou energií,
přestupují elektrony z materiálu s menší výstupní
energií do materiálu s vyšší výstupní energií. V kapalině přitom tvoří ionty nosiče náboje. V hraniční
oblasti kapaliny vzniká nedostatek elektronů
a v kapalině se vytváří opačně nabitá difusní
vrstva, jejíž náboj klesá s narůstající vzdáleností.
Pokud nyní kapalina proudí, jsou náboje unášeny
a vzniká rozdíl potenciálů (=napětí). Čím rychleji
kapalina proudí, tím větší je rozdíl potenciálů.
Překročí-li generované napětí určitou mez, dojde
k rázovému vyrovnání napětí, které má většinou
formu jiskrového výboje. Předpokladem k tomu je
skutečně malá vodivost kapaliny, mj. jako důsledek zrušení kovových aditiv. Elektrostatický náboj
obr. 4
obr. 4
Výbojem mohou být také poškozeny další
komponenty, jako jsou chladiče a ventily, citlivé
senzory a elektronické součástky v hydraulickém
systému.
Také olej sám je výboji poškozován. Jiskrové
výboje rozbíjejí molekuly kapaliny a přitom vznikají volné radikály, které polymerizují do dlouhých
řetězců, což vede ke tvorbě látky varnish (lak).
Mimoto urychlují volné radikály stárnutí oleje.
Řešení
Za pomoci zvlášť koncipovaného zkušebního stavu prozkoumali inženýři HYDAC Filtertechnik elek-
25
3/2012
TriboTechnika
trostatické chování hydraulických filtrů v kritických
olejích. Došli k závěru, že konstrukce filtračního elementu, která by byla jen elektricky vodivá, bez speciální kombinace materiálů by sice zabraňovala jiskrovým výbojům v elementu, olej by však nadále
obsahoval elektrický náboj. Pokud olej s obsahem
elektrického náboje z mezní oblasti filtru odteče,
má pak kapalina dokonce větší náboj, protože nedošlo k vyrovnání nábojů jiskrovými výboji na filtru.
Olej s velkým elektrickým nábojem je transportován dále do hydraulického systému. Nekontrolované výboje pak vznikají na jiném místě, což má podle
okolností vážné důsledky (např. explozi v nádrži).
100
0
0
2
4
6
8
10
12
-100
Standard-Element
-200
Spannung[V]
Stat-Free-Element
-300
-400
-500
-600
-700
-800
Volumenstrom [l/min]
obr. 5
Proto byly vyvinuty filtrační elementy HYDAC
Stat-Free®, které zabraňují svou jedinečnou technologií nejen následkům elektrostatických nábojů,
ale také odstraňují samotnou příčinu.
Pro prozkoumání elektrostatických vlastností filtrů
byly vyvinuty speciální senzory. Pomocí tzv.
StatSticks senzorů lze měřit napětí v oleji za filtrem.
Takovéto měření prokázalo výskyt napěťových špiček až 17 000 V a nebezpečné jiskrové výboje v nádrži. Po vybavení filtračními elementy podle nové
technologie Stat-Free® nebyly detekovány žádné
výboje a napětí bylo pouze 2 až 3 V ( viz obr. 5 ).
Mechanismus stárnutí oleje je v těchto případech
vždy stejný. Základové oleje sestávající z uhlovodíkových řetězců podléhají v důsledku vysokých lokálních teplot procesu krakování, tedy rozpadu.
Vzniká struktura radikálů, která reaguje s jinými
uhlovodíky, aditivy nebo s kyslíkem. Na konci těchto reakcí vzniká dlouhý řetěz, který je také nazýván
varnish. Ten se usazuje jako olejový kal v hydraulickém a mazacím zařízení.
Moderní oleje kategorií II - IV obsahují velké
množství aditiv, které zlepšují vlastnosti základového oleje, jako např. viskozitní index, ochrana
proti korozi, sklon k pěnění, přilnavost a také proces
stárnutí oleje (antioxidanty). Proces stárnutí oleje je
ovlivněn hlavně dvěma látkami z aditiv, fenoly
a aminy. Obě tyto látky působí jako radikálové akceptory (lapače) a přerušují chemickou reakci, která
vede v konečném důsledku k vytváření látky varnish (lak) v oleji. Přitom jsou ale tyto radikálové akceptory spotřebovávány. Jakmile jsou vyčerpány,
pokračuje stárnutí oleje velmi rychle. Obsah aminů
a fenolů, který určuje stav stárnutí oleje, nelze tradičními měřícími metodami stanovit. Pro stanovení
stavu stárnutí oleje se využívají nové měřící metody, jako RULERTM (Remaining Useful Life Evaluation
Routine) test nebo MPC (Membrane Patch
Colorimetry) test.
Důsledky
Důsledky rychlého stárnutí oleje a vzniku látky varnish jsou mnohostranné. Látka varnish se usazuje
v komponentech hydraulického zařízení, jako
např. v nádrži nebo v hydraulických ventilech. Jsouli ventily blokovány, může dojít velmi rychle k výpadku hydraulického zařízení. Mimoto je varnish
nerozpustná měkká látka, která velmi rychle
VARNISH (lak)
Příčina
Varnish je produkt chemických reakcí v oleji. Tyto
chemické reakce, které jsou často označovány jako
stárnutí oleje, se značně urychlují přítomností lokálních horkých míst (hotspots) v oleji (>300 °C).
Elektrostatické výboje jsou častým zdrojem takové
vysoké teploty. Jiná horká místa mohou vzniknout
v důsledku tzv. microdieselingu nebo ohřátých konstrukčních dílů.
26
obr. 6
zablokuje hydraulické filtry, často za několik málo
hodin. Pokud je obsah antioxidantů pod 60 - 80 %,
měla by být provedena kompletní výměna oleje.
Řešení
Pokud je v hydraulickém zařízení akutní problém
s látkou varnish, například jsou blokovány filtry
nebo ventily, je možnost použít speciální filtry,
jako například filtr HYDAC IXU ( viz obr. 6 ) Princip
činnosti těchto filtrů není na rozdíl od standardních hydraulických filtrů založen na mechanických, ale na chemických procesech. Olej protéká
speciální pryskyřicí, která váže produkty stárnutí
oleje a tak je účinně odstraňuje.
HYDAC – to je synonymum systémové techniky,
hydrauliky, elektroniky a regulace
HYDAC – to je více než 5 500 techniků a odborných
pracovníků po celém světě.
HYDAC – to je takřka 50 letá tradice vývoje a výroby
špičkových fluidních systémů a komponentů
HYDAC – to je kvalita, komplexní dodávky
systémové fluidní techniky a servis
Tímto je však odstraněn pouze důsledek, nikoli
příčina, tedy vznik produktů stárnutí. Ovšem použití filtračních elementů Stat-Free® může působit
proti rychlému stárnutí oleje. Elektrostaticky optimalizované elementy zabraňují elektrostatickému náboji v oleji, výbojům a s nimi spojeným vznikem produktů stárnutí. Také snížení teploty oleje
může vést podle druhu zařízení ke zřetelnému
zpomalení stárnutí.
Trvalá kontrola oleje (monitoring) nabízí možnost
poznat stav stárnutí oleje nejpřesněji. Ověřený
proces pro určení stavu stárnutí oleje je proces
RULERTM, který byl realizován ve FluidCareCenter®
v HYDAC Filtertechnik. V podstatě se přitom srovnává obsah antioxidantů ve vzorku použitého oleje se vzorkem čerstvého oleje a určuje se maximální zbývající doba použitelnosti použitého
oleje.
Závěr
Při použití moderních hydraulických a mazacích
olejů bez obsahu zinku a popela, s nepatrnou elektrickou vodivostí, může dojít k elektrostatickým jevům a zvýšené tvorbě produktů stárnutí oleje
v systému. Může dojít k závažným následkům,
jako například explozi v nádrži, zakalení oleje a výpadkům komponentů.
Použití filtračních elementů Stat-Free® působí
proti elektrostatickým nábojům a tak zaručuje
bezpečnější provoz zařízení. U už pokročilého stárnutí oleje se lze vyhnout nákladné výměně oleje
použitím chemického filtračního systému (HYDAC IXU). Pro vyloučení zhoršení stavu oleje je užitečná pravidelná kontrola vzorků oleje procesem
RULERTM.
Zpracoval: Zbyněk Kania
HYDAC – to znamená spokojený zákazník
Vážení obchodní přátelé,
Rádi bychom Vás pozvali na naše tradiční
firemní dny HYDAC CZ v Plané nad Lužnicí.
Zde Vám předvedeme naše možnosti v oblasti
výroby, montáže a ingeneeringu, představíme
nové výrobky a předvedeme nové systémy.
Pro každý den jsou připraveny zajímavé
přednášky a interaktivní semináře z oblasti
hydrauliky a fluidní techniky.
Termín: 30. a 31. května 2012
Kontakty:
tel. +420 381 201 711,
[email protected]
www.hydac.cz
www.hydac.com
3/2012
TriboTechnika
Plovoucí částice drahých kovů jako lovci bakterií
světová novinka od firmy MOTOREX
Již více než 90 let znamená jméno BUCHER MOTOREX nejvyšší kvalitu maziva
směřovanou do budoucnosti. Založením dceřinné společnosti MOTOREX AG
začátkem 70–tých let, se zaměřil nezávislý švýcarský podnik na působení
v průmyslové oblasti.
U firmy MOTOREX stojí profesionální know-how zcela a úplně ve
službách aktuálního pokroku: pod
tím rozumíme smysluplnou a ekologickou proměnu nových technologií a koloběhu výrobků od výroby až po recyklaci. Mít odpovědnost za partnery, životní prostředí
a personál není pro MOTOREX jen
heslem. Solidní směs z tradice a po-
Plovoucí částice drahých kovů jako lovci bakterií:
ZELENÁ REVOLUCE Motorex Tresor PMC ®
kroku, zkušenosti několika generací a široké vývojové činnosti jsou
zdravou základnou pro kontinuálně úspěšný růst.
MOTOREX jako největší švýcarský
podnik na odběr čerstvých olejů
dnes uplatňuje svou rozsáhlou paletu produktů úspěšně na světovém trhu. Při tom se rozumí samo
sebou, že MOTOREX nenabízí jeden produkt, ale rozsáhlá řešení od
A až po Z.
28
Vodou ředitelné chladící a řezné kapaliny jsou mimořádně důležitou součástí náročných procesů při
obrábění. V přírodě nemůže život existovat bez vody, nicméně voda, minerální olej a emulgátory
používané ve strojích se mohou stát ideálními inkubátory pro vznik bakterií, hub a plísní. Doposud se
proti jejich neustálému růstu a tvorbě musely pravidelně používat chemické látky jako bór, aminy, fungicidy nebo baktericidy. Nutnost používání těchto
chemikálií je nyní u konce.
Motorex představuje jako první na světě výrobek „SWISSCOOL TRESOR PMC“ (s katalyzátory ze
vzácných kovů), první chladicí mazací koncentrát,
který brání a udržitelně omezuje růst bakterií s využitím bioaktivních vzácných kovů namísto nebezpečných biocidů. Mnoho oblastí vědy a technologie
včetně lidské medicíny využívá antibakteriální
efekt vzázných kovů. U produktu TRESOR PMC se
Motorexu podařilo integrovat tuto technologii do
inovativního chladicího maziva s dlouhodobým působením. Vrtání, frézování, soustružení a broušení
to jsou strojírenské operace tvořící velké množství
odlétávajících třísek a požadující mimořádné chlazení a mazání, které snese vysokou zátěž.
Silný proud vody se valí přes nástroj a obráběný
předmět a zabraňuje tomu, aby se povrchové plochy vzniklým teplem a energií k sobě nesvařily.
Následné mazání zajišťuje velmi tenký olejový film,
který připlouvá s vodou ve formě olejových kapének. Minerální olej je ve vodě co nejjemněji rozptýlen, to znamená zaemulgován. Tato směs je ideálním výživným roztokem, ve kterém se bakterie a plísně cítí opravdu dobře a zdatně se množí. Obráběcí
stroj se stává doslova líhní a pro nepříjemný zápach
je nutné brzy kapalinu vyměnit. K zastavení tohoto
procesu mohly být do této doby používány pouze
nebezpečné látky jako jsou bór, fungicidní a baktericidní přípravky. A přesně tyto přípravky, které však
představují nebezpečí pro člověka a životní prostředí, se nyní již ze zdravotních důvodů netolerují.
Použití těchto problematických látek se stalo před-
TriboTechnika
mětem diskusí a debat po celém světě a čelí rostoucím a oprávněným námitkám zejména od pracovníků, kteří s nimi pravidelně přicházejí osobně
do styku.
Jak funguje technologie PMC
Když je chladicí okruh daného zařízení naplněn
produktem Motorex Tresor PMC, katalyzátory ze
vzácných kovů – patentovaný BacCrack od společnosti Motorex – bakterie „dostihnou a zahubí“.
Drobné částečky vzácných kovů, které jsou
lidskému oku neviditelné, plují rozptýlené uvnitř
chladicí emulze.
významně prodlužuje délku jeho možného použití.
Intenzivní výzkum a vývoj
Chemici a strojaři ze společnosti Motorex ve spolupráci s externími biology společně vedeni zkuše-
ným průmyslovým specialistou z firmy Motorex
Dr. Stefanem Maricem, věnovali svému výzkumu
mnoho let práce, až nakonec dospěli k tomuto průlomovému objevu. Od počáteční myšlenky přes
vývoj a komplexní testování až k finálnímu produktu. Každý aspekt tohoto nového výrobku byl
pečlivě přezkoumán a všechny další relevantní
skutečnosti byly svědomitě prověřeny, ať již se
jedná o přísné regulace týkající se BOZP, ekologickou udržitelnost či náročné požadavky na prvotřídní výkon daných strojů a zařízení. Ve složení látky Motorex Tresor PMC tak nenaleznete žádné substance, které jsou potenciálně nebezpečné pro člověka či životní prostředí. Nejen, že tento chladicí lubrikant zcela funguje bez bóru, chloBakterie, které tyto částečky během svého oběhu potkají, jsou okamžitě zlikvidovány katalytickou činností. Díky
těmto neustále přítomným jemně rozptýleným katalyzátorům ze
vzácných kovů, nemají
nežádoucí populace
bakterií vůbec žádnou
šanci. Operátoři obráběcích strojů si tak mohou s úlevou oddechnout. Navíc vzhledem
k tomu, že vzácný kov
stále zůstává vzácným
kovem, jeho katalytický
efekt se s postupujícím
časem nijak neoslabuje,
což danému lubrikantu
29
3/2012
3/2012
TriboTechnika
ru, aminů, baktericidů a fungicidů, ale výrobek byl
rovněž zařazen do produktové kategorie, která je
nejméně nebezpečná pro kvalitu vody, tj. do třídy
Water Hazard Class 1. Z hlediska svého inovativního
složení produkt již vyhovuje mnohem přísnějším regulacím Evropské unie, týkajících se používání biocidů, které mají vejít v platnost od roku 2014.
specializované instalace a důkladně monitorované
procesy. Společnost Motorex investovala do nových výrobních zařízení s online monitorováním,
které jsou výhradně využívány právě pro výrobu
lubrikantu Tresor PMC, což napomáhá zajištění spolehlivé velkoobjemové produkce a reprodukovatelnému programování výrobního procesu.Reference od renomovaných zákazníků, jako jsou firmy
Enz Technik AG, WANDFLUH, BGM, MAPAL Roser
AG, RATIA, BOSCH, FESTO, HEIDELBERG, KBA,
CHIRON a dalších, hovoří jasně : pomocí revoluční
technologie Tresor PMC jsme výrazně snížili náklady na obrábění, zvýšili produktivitu a podstatně
zvýšili životnost emulze ve strojích. Světová novinka MOTOREX TRESOR PMC je první chladící a mazací kapalina bez obsahu baktericidních a fungicidních látek, která zabraňuje růstu bakterií.
MOTOREX AG Langenthal zatím vyrábí tři modifikace této revoluční emulze :
Vynikající výkon je samozřejmostí
Jedním ze zásadních požadavků pro výzkumnou
práci byla skutečnost, že v případě stojírenského výkonu rozhodně nelze dělat žádné kompromisy.
Průběžné testování více než potvrdilo, že tento inovativní produkt zaručuje velmi vysoký strojní výkon
a mimořádně dlouhou životnost celého zařízení,
čímž se tak zařadil mezi další známé výrobky firmy
Motorex, které jsou součástí řady SWISSCOOL. Jeho
výkon je umocněn obecně nízkou požadovanou
koncentrací. V neposlední řadě je tak udržitelně vylepšena rovněž nákladová efektivnost díky významně nižší nutné spotřebě maziva, sníženým požadavkům na údržbu a servis a faktu, že dodatečná
chemická aditiva již nyní vůbec nejsou potřeba.
Komplexní testování se zákazníky
V návaznosti na úspěšné interní testování v roce
2007 byla veškerá výrobní centra inovativních zákazníků firmy Motorex ve Švýcarsku i v zahraničí naplněna řeznou emulzí Tresor PMC. Je samozřejmostí, že v té době již Tresor PMC úspěšně prošel všemi
klinickými testy a splnil náročné požadavky specifikované svými vývojáři. Počet zákazníků používajících Tresor PMC se rychle zvyšoval rovněž díky tomu, že i ti nejnáročnější z nich byli brzy získáni tímto
inovativním konceptem. Celosvětová poptávka po
výrobku se tak prudce zvýšila a neustále zvyšuje.
Nově vybudovaná výrobní zařízení
Sofistikované složení výrobku Tresor PMC požaduje
30
SWISSCOOL TRESOR PMC 100 univerzální
chladící a mazací kapalina s univerzálním použitím
SWISSCOOL MAGNUM PMC 300 vhodný pro obrábění obtížně obrobitelných materiálů, vyznačuje
se vysokým čistícím účinkem a dlouhou životností
SWISSCOOL MAGNUM PMC 600 vhodný zejména
pro obtížně obrobitelné materiály, ocel, barevné
a lehké kovy. Použitelný jak na všech konvenčních
obráběcích strojích, tak na výrobních CNC linkách
Firma MOTOREX také vyrábí a dodává do průmyslu
vysoce výkonné řezné emulze inovované v řadě
MAGNUM UX, dále špičkové oleje a kapaliny na
broušení a ostření řady SWISSGRIND a v neposlední řadě je nutno vyzdvihnout špičkovou kvalitu řezných olejů s tzv. V - max technologií s názvem
ORTHO NF-X.
Zákazníci, kteří obrábějí často různé materiály na určitých strojích dostávají s výrobkem SWISSCUT
ORTHO NF-X ideální, k pokožce vlídný a vysoce výkonný řezný olej s malým odpařováním a vysokým
výkonem. Testy výrobku byly provedeny paralelně
ve Švýcarsku, Německu a Holandsku. Společné
zhodnocení jednoznačně ukázalo na masivní zvýšení životnosti nástrojů, optimální řezný proces
u všech strojů a v neposlední řadě také vynikající povrchy výrobků u různých materiálů. Firma TORNOS
tento výrobek doporučuje a přímo i prodává
zejména pro použití na více-vřetenových automa-
TriboTechnika
tech DECO a MULTIDECO. Společně s firmou
CHIRON vytváří MOTOREX společné průmyslové
projekty. Zákazník tak dostává universální produkt
se špičkovými vlastnostmi za rozumnou cenu.
Absolutní špičkou je firma MOTOREX však při mazání a chlazení vysokootáčkových vřeten obráběcích
strojů. Stále výkonnější vřetenové systémy tvoří
srdce moderních obráběcích center. Vřetena se
otáčí v rozmezí 10 000 - 100 000 min-1 a ložiska vřeten a jejich chlazení jsou namáhána do krajnosti.
Právě pro tyto účely vyvinuli technici firmy
MOTOREX specialitu - vodou mísitelnou řadu chladících kapalin pro chlazení vřeten - SPINDLE-KIT.
Mazání vřetena speciálním jemně filtrovaným olejem SPINDLE LUBE HYPERCLEAN 13/10 ve třídě
HLP-D je doplněno chladícím systémem vřetena
naplněným speciálním produktem vodou mísitel-
nou kapalinou s vynikající ochranou proti korozi
pro všechny použité materiály COOLANT- F. Oba
výrobky jsou potom ošetřeny příslušnými prostředky pro zvýšení životnosti.
Nejnovějším trendem v oblasti chlazení vřeten obráběcích strojů je již namíchaná chladící kapalina
k okamžitému použití COOL-X s vynikající antikorozní ochranou a dlouhou životností.
Přehled o kompletním výrobním sortimentu firmy
MOTOREX získáte u našich specialistů na firmě
DECKENBACH CZ v Českých Budějovicích, kteří
vás i vaši firmu ochotně a rádi navštíví a pomohou
vyřešit vaše výrobní problémy, zvýšit vaši produktivitu a snížit výrobní náklady.
Firma DECKENBACH CZ, s.r.o. je výhradním dovozcem a distributorem průmyslových maziv
MOTOREX pro Českou a Slovenskou republiku.
Ing. Ivan Trybenekr
Tribotechnika
v teórii a praxi
Autorský kolektív pod vedením Ing. Viery
Peťkovej, PhD. v zostave Ing. J. Stopka, prof.
Ing. H. Pačaiová, PhD., prof. Ing. J. Balla,
CSc., Ing. M. Kureková, Ing. P. Demián, Ing.
A. Sloboda, PhD., Ing. P. Kmec, PhD. a Ing.
M. Lošonský sa podujal na osvetu
aktuálnej, náročnej, technicko-teoretickej
problematiky aplikácie tribológie
v odbornej publikácii pod názvom
„Tribotechnika v teórii a praxi“.
Kniha je rozčlenená do
13-tich kapitol v rozsahu
367 strán s množstvom tabuliek, grafov a obrázkov.
Už vo svojom názve napovedá, že sa dotýka teoretických I praktických informácií z oblasti používania
mazacích prostriedkov,
mazacích zariadení a pracovnými tribotechnickými
postupmi.
V samostatných kapitolách oboznamuje čitateľa
so základmi tribológie, s druhmi mazacích
prostriedkov, ako tieto pôsobia v systémoch a aké
sú na ne kladené požiadavky. Čo ovplyvňuje ich
kvalitu a ako je potrebné sa o ne starať a ošetrovať
ich, ako sa hodnotia vlastnosti tribotechnického
systému počas technického života. V kapitole
o vzorkovaní sa popisuje jeho dôležitosť, aby sa získali skutočne pravdivé informácia o mazive, ale
i o zariadení ako takom. Samostatnú časť tvorí proces analýzy a vyhodnocovania kvality maziva. Čitateľa oboznamuje s praktickými príkladmi
a aplikáciami jednotlivých diagnostických metód,
bezpečnosťou a hygienou pri manipulácii s mazivami.
Mazivo je rovnocenný, plnohodnotný, aktívny
prvok systému. Svojimi vlastnosťami pôsobí a určuje funkčné závislosti, vytvára štruktúru systému
a zároveň ovplyvňuje veľkosť mechanických, energetických a materiálových strát, čím neovplyvňuje
iba technický život samotného tribologického systému, ale aj celého technického zariadenia. Kniha
čitateľovi poskytne veľa užitočných informácií
a poznatkov, ktoré budú uplatniteľné pri vzdelávaní a v praktickom živote.
31
3/2012
3/2012
TriboTechnika
Ekologické maziva na bázi esteru
splňují vysoké technologické
a ekologické požadavky
Použití ekologických maziv se doporučuje vždy tam, kde jde o to, udržet na
minimu možné poškození životního prostředí, ke kterému by mohlo dojít prosakováním (olejové havárie) nebo úkapy olejové náplně. V některých
zemích, například v Německu nebo ve Švédsku, jsou úřady dokonce vyžadovány pro práci v ekologicky citlivých zónách, jako jsou území ochrany vod.
Ekologická maziva musí vedle
výkonnostních nároků, jak jsou
definovány výrobci strojů (OEM),
např. ochrana proti opotřebení
a udržování stroje v čistotě, splňovat také požadavky na nároky ekologické. Pomocí testů toxicity a ekologické toxicity se zjišťují možné
negativní účinky na savce, ve vodě
žijící zvířata a mikroorganismy
i rostliny; pomocí biologických
testů rozložitelnosti se zjišťuje, zda
se v okolí rozloží. Mikroorganismy
se v přirozeném prostředí vyskytují
vždy a ekologická maziva rychle
rozloží. Biologicky nerozložitelné
produkty zůstávají dlouhou dobu
v přírodě a poškozují ekosystém.
Mikroorganizmy a drobná zvířata
žijící v půdě nebo ve vodě, mohou být usmrceny, jakmile se dostanou do kontaktu s mazivy, která obsahují jedovaté složky. I netoxická maziva, která se
dostanou do vody, mohou usmrtit ryby nebo dafnie
tím, že zablokují jejich dýchací cesty. Z tohoto důvodu je nutné, aby maziva, která se dostanou do
biosféry, byla rychle odstraněna, aby se ekosystém
mohl rychle zregenerovat. Tohoto cíle je nejlépe
dosaženo u produktů, které mikroorganizmy rychle
rozloží na nejedovaté finální produkty jako kysličník
uhličitý a vodu, tzn., že budou zcela odstraněny
z okolního prostředí (obrázek 1).
V posledních 30 až 50 letech se vyvíjely ekologické
a toxikologické vědy. Díky tomuto úsilí se dnes
může průmysl opřít o jasně definované a standardizované testy, které zahrnují všechny eko-toxikologické stránky maziv.
Pojem “biologicky odbouratelný” není jasně definován a nepopisuje jednoznačně eko-toxické vlastnosti maziv. Biologické odbourávání se v přírodě
odehrává postupně. V prvním kroku, „primárním
odbourávání“, vznikají fragmenty, které mohou být
pro okolní prostředí stále ještě škodlivé. Při úplném
biologickém odbourávání (ultimate biodegradability) jsou finální produkty nejedovaté a jsou tvořeny hlavně oxidem uhličitým a vodou. Označení
„Biologicky odbouratelný“ se může vztahovat jak na
primární tak i na úplné odbourávání (obrázek 1, 2).
Je, proto nutné povšimnout si toho, jakého rozkládání se tvrzení„biologicky odbouratelný“ týká.
Na počátku 80. let byly vyvinuty testy k určení primárního odbourávání. Ještě dnes je známý především
test CEC L-33-A-93 (dříve test T82). MeziObrázek 1:
Při úplném biologickém odbourávání se biologicky odboura- národně uznávané specifikace pro ekologická mazitelná maziva většinou rozloží až na vodu a kysličník uhličitý va nebo ekologické viněty jako např. německý
32
TriboTechnika
Blauer Engel (Modrý anděl) nebo nový European
Eco-Label (evropská eko-viněta) testy primárního
odbourávání neakceptují, protože jejich vypovídací schopnost je příliš malá.
Z údajů v tabulce 1 vyplývá, že ester, minerální olej
a polyalfaolefiny vykazují různé chování při odbourávání. Maziva na bázi esteru splňují požadavky
nároky na biologickou odbouratelnost důležité
značky Eco-Label (vyšší než
60 % v testu OECD 301B).
U PAO je rozpětí velké. Je
známo, že PAO s krátkými
řetězci a nízkou viskozitou
vykazují dobré hodnoty
odbourávání, PAO s vyšší
viskozitou – jako se používají např. v motorových
a také v hydraulických olejích – však požadavek„vyšší
než 60 %“ v testu OECD 301
B nesplňují.
Formulace maziv
Maziva, která splňují vysoké nároky, jsou komplexní
Obrázek 2:
směsi z jednoho nebo něSrovnání primárního biologického odbourávání s úplným biologickým
kolika základových olejů
odbouráváním maziva
a přídavných látek, tzv. aditiv. Důležité vlastnosti
Tyto testy zejména neberou v potaz skutečnost, že
jako ochrana proti opotřebení nebo dlouhá životv prvních krocích odbourávání mohou vznikat látnost vyplývají až ze souhry všech komponentů ve
ky, které mohou být dokonce větší ekologickou
formulaci. Také toxikologické vlastnosti závisí značzátěží než výchozí produkty (obrázek 2). V prvních
ně na použitých aditivech. Proto je třeba rozlišokrocích biologického odbourávání vznikají menší
vat mezi základními oleji a úplnou formulací.
nové organické molekuly, které mohou být jedoBiologická rozložitelnost plně formulovaného
vaté a ryby nebo dafnie je mohou snadno přijímat
maziva může být například podstatně horší než
kůží.
biologická rozložitelnost použitého základního
Moderní specifikace pro„ekologická maziva“ vyžaoleje.
dují vždy rychlé, úplné biologické odbourávání,
neboť jen tím lze zajistit to, aby potenciálně škodliSrovnání výkonnosti hydraulických olejů,
vé komponenty nerozvinuly svůj účinek. Úplné
které se zakládají na nasycených nebo nenasybiologické odbourávání maziv se dnes zjišťuje
cených esterech
standardizovanými, světově uznávanými testy
V 80. letech minulého století byly nenasycené esteřady OECD, především OECD 301 B .
ry přírodní jako řepkový olej, ale také synteticky
V literatuře se uvádějí následující srovnávací údaje
vyrobené, doporučovány a používány pro nejpro základní kapaliny:
Testy biologické
odbouratelnosti
Primární biologická
odbouratelnosti
CEC L-33-A-93 [3]
Úplné biologická
odbouratelnost
OECD 301 B [6]
Minerální
olej
Polyalfa- olefiny
(PAO)
Syntetické
estery
Přirozené estery
(nenasycené estery)
Požadavky
eko-viněty*
20 – 30 %
25 – 35 %
85 – 95 %
> 95 %
Test není
akceptován
20 – 35 %
30 – 70 %
85 – 95 %
> 95 %
> 60 %
Tabulka 1: Biologická odbouratelnost v % v závislosti na základním oleji a testovací metodě (* např. Blauer Engel,
European Eco-Label)
33
3/2012
3/2012
TriboTechnika
různější aplikace. Přes dobrou biologickou odbouratelnost nelze taková maziva použít pro náročné
aplikace jako v hydraulických zařízeních, neboť po
krátké době způsobují škody díky úkapům a kondenzaci (ucpávání filtrů).
Srovnání výkonnosti hydraulických olejů, které
se zakládají na nasycených esterech nebo polyalfaolefinech (PAO)
Nejdůležitějšími kritérii pro ne příliš nákladné
mazání jsou:
- ochrana komponentů stroje
- intervaly výměny oleje / množství maziva, které
je třeba koupit
- účinky na životní prostředí
- náklady na údržbu
- celkové náklady během životnosti stroje
Obrázek 3
Minerální olej a polyalfaolefiny tvoří na vodní hladině
duhově zbarvené kruhy.
Obrázek 4
Maziva na bázi esteru netvoří na vodní hladině žádné
duhově zbarvené kruhy.
34
Ekologická maziva se používají proto, aby se minimalizovaly škodlivé účinky na životní prostředí
a také náklady na likvidaci, když se odkapáváním
nebo nehodou dostane větší množství do okolního
prostředí. Limity biologické odbouratelnosti maziv
na bázi PAO ve srovnání s alternativami na bázi nasycených esterů byly zmíněny výše.
Znečištění PAO lze ve vodě snadno rozpoznat,
neboť stejně jako minerální olej tvoří na vodní hladině známé, duhově zbarvené kruhy. Znečištění
vody PAO nelze opticky odlišit od znečištění minerálním olejem. PAO nenabízejí v tomto aspektu žádnou výhodu oproti minerálním olejům.
Abychom stroje a jejich komponenty chránili za
všech pracovních podmínek – od studeného startu
až po dlouhodobý provoz za vysokých teplot – má
rozhodující význam chování viskozity maziva
v celém teplotním spektru. Důležitými parametry
v této souvislosti jsou bod tuhnutí a index viskozity.
Nízký bod tuhnutí zajišťuje schopnost přečerpávání a vytvoření únosného filmu maziva za chladu;
vysoký index viskozity zaručuje, že mazivo zůstane
i za vysokých teplot kompaktní a stabilní.
Jen základní oleje PAO s nízkou viskozitou (do cca
ISO VG 22) jsou biologicky odbouratelné. Pro dosažení potřebné vyšší viskozity, např. ISO VG 32 nebo
ISO VG 46, se používají přídavné látky, tak zvaná
zahušťovače (zlepšovače indexu viskozity VII). Z literatury je známo, že existují zahušťovače, které
nemohou odolávat silným smykovým silám, které
se vyskytují v hydraulických systémech, převodech
nebo motorových olejích, a rozmělní se na nízkomolekulární produkty. Tímto mechanickým rozmělněním ztrácí zahušťovače svůj pozitivní účinek
na viskozitu – film maziva se zeslabí, což může
v extrémních případech vést k poškození stroje
(obrázek 5).
Orientační pomůcky pro uživatele „ekologických maziv“
Moderní maziva splňují požadavky ohledně hospodárnosti, funkčnosti v praxi a ekologie.
Pro posouzení hospodárnosti je třeba evidovat celkové náklady na mazání zařízení nebo vozového
parku po delší dobu, např. 10-ti let. Ty se skládají
mimo jiné z nákladů na pořízení maziva, údržbu
a nákladů v případě havárie. Funkčnost a slučitelnost se životním prostředím vstupují přímo do
výpočtu hospodárnosti.
Aby bylo bez velkých nákladů možné učinit správná rozhodnutí pro koupi, vytvořily různé organizace tak zvané „Eco-Labels pro ekologická maziva“,
TriboTechnika
zmínit je třeba zejména etiketu Blaue Engel
v Německu, Swedish Standard a nedávno nově
zavedený Eco-Label pro maziva Evropského společenství. Výrobky, které nesou jedno z těchto
označení, splňují požadavky, které jsou dnes kladeny na ekologické maziva.
Obrázek 5:
Ztráta viskozity smykem v hydraulickém bagru
Nedoporučujeme používat výrobky, které nesplňují všechny požadavky Eco-Labels a např. se
vychvalují pouze výsledkem testu, většinou biologickou odbouratelností. „Ekologický“ je více než
jen primárně biologicky odbouratelný; toxicita
vůči zvířatům ve vodě a v půdě je stejně důležitým
aspektem.
Pro posouzení funkčnosti je třeba použít především doložené zkušenosti z praxe. Specifikace, jak
jsou publikovány „Německou průmyslovou normou“ (DIN), „Mezinárodní organizací pro standardizaci“ (ISO), jsou další pomůckou při rozhodování.
Ekologická maziva se používají již více než dvacet
let. Na počátku se od nenasycených esterů přírodního (např. řepkového oleje) nebo syntetického
původu očekávalo mnoho, jak již dnes víme,
příliš mnoho. Vysoce kvalitní formulace olejů na
bázi nasycených esterů jsou dnes číslem jedna
na světovém trhu. V praxi se osvědčily v mnoha
milionech hodin provozu bez technických problémů.
Shrnutí
Ekologická maziva lze na trhu snadno poznat,
neboť nesou jednu nebo několik Eco-Labels na
etiketě a splňují příslušné mezinárodně uznávané specifikace; příkladem jsou maziva, certifikovaná organizacemi „Blauer Engel“ nebo
„Swedish Standard“. Jen tato splňují požadavky,
které musí být kladeny na ekologický produkt.
Výrobky, které jsou označeny jen jako „biologicky odbouratelné“, možná nesplňují všechny
tyto požadavky, zejména je možné, že se v okolním prostředí nerozloží rychle a úplně.
Pro velmi náročné použití jsou zvláště vhodné
formulace, které se zakládají na nasycených esterech, protože v celém teplotním spektru a při
vysokém mechanickém zatížení tvoří akceptovatelný film maziva a zařízení optimálně chrání.
Maziva, jejichž viskozita je nastavena pomocí
zhušťovače (zlepšovač indexu viskozity VII),
mohou při vysokém teplotním a mechanickém
zatížení zřídnout, což může vést k oslabení filmu
maziva a tím k poškození stroje opotřebením.
Polyalfaolefiny s třídami viskozity ISO VG 32, 46 a
vyššími mohou vykazovat tuto technickou nevýhodu podle použitých zhušťovačů.
Ekonomické, technologické a ekologické požadavky dnes optimálně splňují především kvalitní formulace maziv na bázi nasycených esterů
a speciálně vyvinutých systémů aditiv.
Text: Radim Staša
Filtrační zařízení KLEENOIL v kombinaci s Hi-Tech
oleji PANOLIN zajišťují celoživotní a biologicky
odbouratelné náplně v hydraulických systémech,
které jsou podrobovány pravidelným zkouškám
v akreditované laboratoří
Považský Chlmec 500,
010 03, Žilina,
tel.: +421 949 516 668,
e-mail: [email protected]
www.stasa-oleje.eu
35
3/2012
3/2012
TriboTechnika
Obtížně odmastitelná maziva
Část 1. deriváty nenasycených mastných kyselin
Čistý povrch kovů je nutným předpokladem správného průběhu konečné
operace povrchové úpravy, ať se jedná o galvanické nebo žárové pokovování, nanášení nátěrových hmot, fosfátování, pasivaci či konzervaci povrchu. Stejně důležité je i čištění povrchu kovů před některými mechanickými (válcování, tažení, tryskání) nebo tepelnými úpravami kovů (kalení, žíhání, svařování, cementování, vakuové napařování, PVD, CVD apod. ).
Každá technologie nebo operace
povrchové úpravy kovů má své specifické požadavky na úroveň čistoty povrchu. Tyto požadavky musí
být známy pro každou technologii
povrchových úprav. Zároveň musí
být znám i sled technologických
operací, (technologie předběžné
úpravy povrchu), kterou získáme
požadovaný stav a čistotu povrchu
z výchozího stavu povrchu zpracovávaného materiálu.
Nečistoty na povrchu kovů
Kvalitně provedená povrchová
úprava je důležitá nejen pro vzhled
strojírenských výrobků, ale často
také z hlediska jejich životnosti
a spolehlivosti funkce. Přesto se
často setkáváme se skutečností, že
kvalitě povrchových úprav není
věnována patřičná péče. U povrchových úprav, ať už jde o galvanické nebo žárové pokovování,
o smaltování, o organické povlaky
nebo jakoukoli jinou technologii,
se pak často setkáváme s typickými vadami, které se někdy projeví
až po delší době používání výrobku a které bývají příčinou podstatného snížení jeho životnosti. Praxe
dokazuje, že velká část těchto
závad, které mohou vést ke ztrátám, bývá způsobena nedokonalým předběžným očištěním povrchu před konečnou povrchovou
úpravou.
Nesprávně nebo nedokonale pro36
vedené předběžné čištění má za následek závady:
·
zhoršení přilnavosti povlaků
·
zhoršení
vzhledu povrchu, zejména vznik
vizuální nehomogenity
·
snížení korozní odolnosti provedené úpravy
Předběžnému čištění povrchu je tedy nutno věnovat patřičnou pozornost. Povrch dílu je před povrchovou úpravou vždy více nebo méně znečištěn.
Nečistoty bývají z hlediska původu dvojího druhu:
Cizorodé nečistoty, které lpí na povrchu většinou
pouze fyzikálními silami (adheze, adsorpce), a které
se dostaly na povrch z vnějšku buď úmyslně, jako
zbytky dřívější úpravy povrchu (konzervační nebo
mazací prostředky, zbytky lešticích nebo brusných
past), nebo neúmyslné, jako náhodné znečištění při
dopravě nebo při skladování (nejčastěji různé mastné látky, tj. oleje, tuky, vazelíny, ale také prach, zbytky abraziv z brusných prostředků, kovový obrus,
zbytky značení apod.);
Nečistoty vzniklé přeměnou kovu, chemickou reakcí kovu s prostředím. Jsou to nejčastěji korozní produkty, kovové oxidy, ale také různé sole, jako uhličitany, chloridy, sírany, sirníky, obecně tedy produkty
reakce kovu a prostředí. Pro tento druh nečistot je
charakteristické to, že jsou s povrchem kovu vázány
poměrně silnými vazbami. Mluvíme proto o chemických nečistotách (na vazbě k povrchu se podílejí
chemické síly). Z hlediska podmínek vzniku těchto
nečistot obvykle rozlišujeme produkty atmosférické koroze za normální nebo mírně zvýšené teploty,
vznikající za spoluúčasti vzdušné vlhkosti (rez),
a produkty koroze za vysoké teploty (okuje). V současné době k nečistotám počítají i produkty chemických reakcí kovů s přípravky, které se používají
při strojírenském zpracování kovů. Například fosfátové zamýdlované vrstvy pro tažení, chemisorpčně
vázané organické sloučeniny z tažírenských nebo
TriboTechnika
lisovacích přípravků, korozních inhibitorů apod.
Pro odstranění nečistot z povrchu kovů je k dispozici celá řada technologických operací, které se
kombinují do logického sledu operací technologie předběžné úpravy povrchu tak, aby se dosáhlo
požadované čistoty s potřebnou jistotou a efektivně. Používají se fyzikální, fyzikálně chemické a chemické operace, z nichž k nejčastějším patří:
·
mechanické operace (broušení, kartáčování,
leštění, otryskávání, …)
·
fyzikálně chemické operace (odmašťování,
moření, opalování, …)
·
sdružené operace (omílání, moření s odmaštěním, odmaštění s pasivací,…)
K požadovanému cíli lze obvykle dospět různými
způsoby a volbu optimálního způsobu předúpravy povrchu ovlivňuje celá řada technických, ekonomických a ekologických faktorů.
typu v bezpečnostních listech a doporučují způsoby jak tyto látky z povrchu kovů odstranit. V dalším textu jsou uvedeny některé z problematických nečistot, rizika jejich přítomnosti na povrchu
a doporučené způsoby jejich odstraňování.
Deriváty nenasycených mastných kyselin
rostlinného původu.
Minerální oleje získané zpracováním ropy jsou
velmi obtížně biologicky rozložitelné. Tuto nevýhodu nemají rostlinné oleje a jejich deriváty. Navíc
pěstování olejnatých surovin je v současné době
schopné cenově konkurovat ropným derivátům
a patří mezi obnovitelné a dotované surovinové
zdroje. Není proto divu, že jsou deriváty nenasycených mastných kyselin rostlinného původu
nejvýznamnější a rychle se rozšiřující skupinou
látek pro výrobu maziv.
Stále častěji se setkáváme rostlinnými oleji, nena-
Obtížně odstranitelné
Oleje
olejová
linolová
ricinolejová
linolénová
nečistoty v mazivech
Výrobci maziv, tvářecích
řepkový
13-38
10-22
a konzervačních přípravků
7-9
3-4
80-87
používají řadu nových suro- ricinový
vin a materiálů, které se lněný
12-37
23
58
mohou stát vážným prob14-40
45-68
lémem při následném od- slunečnicový
mašťování. Jedná se zejmé- konopný
12
50-53
23-25
na o nenasycené mastné
47-50
6-13
kyseliny, jejich estery a soli, sádlo
sloučeniny se siloxanovým rybí tuk
70-80
řetězcem, chlorované parafiny, polyethylenové vosky, Tabulka 1.: Procentický obsah nenasycených mastných kyselin v přírodních
korozní inhibitory, hydrofo- surovinách
bizační prostředky, suspensycenými kyselinami a syntetickými estery nenadované antifrikční prostředky (teflon, grafit, molysycených mastných kyselin v přípravcích pro zpraka), alfaolefiny, kovová mýdla ap. Řada z těchto
cování kovů. Jedná se zejména o válcovací, lisovací
sloučenin je ke kovovému povrchu vázána nejen
a obráběcí oleje, řezné a hydraulické kapaliny
Van der Walsovými silami, ale i chemisorpčně
a emulze, přípravky dočasné protikorozní ochrany
nebo dokonce chemickými vazbami. Významné
ap. Zejména při zpracování obtížně tvařitelných
jsou zejména látky souborně označované jako EP
kovů se uplatní výhody lepších mazacích vlastnos(Extreme Pressure) přísady nebo AW (Anti-Wear)
tí derivátů rostlinných olejů.
přísady. Tato aditiva mají za úkol omezit možnost
přímého kontaktu dvou kovů při vzájemném pohySoučástí maziv jsou často přírodní rostlinné oleje,
bu a dosahují toho obvykle chemickou reakcí
což jsou estery nenasycených mastných kyselin
s kovem při zvýšené teplotě vyvolané třením.
s glycerolem. Samotné mastné kyseliny se použíČasto také podléhají následným změnám chemicvají při řezání závitů, pro výrobu brousících, leští
ké struktury. Tyto jevy ztěžují nebo dokonce znecích a honovacích past nebo ve formě kovových
možňují dokonalé odmaštění a komplikují prove(Ca, Zn, Al, Mg) mýdel pro tažírenské přípravky.
dení následných operací po odmaštění. Seriozní
Rozšiřuje se používání syntetických esterů nenasyvýrobci přípravků uvádějí přítomnost látek tohoto
37
3/2012
3/2012
TriboTechnika
cených mastných kyselin, přičemž volba estericky
vázaného radikálu významně ovlivňuje lubrikační
schopnost a stabilitu výrobku. Nové typy maziv pro
tváření a výkonné obrábění využívají syntetických
derivátů přírodních esterů, které jsou částečně zpolymerovány za vysoké teploty do sloučenin, které
obsahují obvykle 3-4 původní molekuly oleje. Jsou
označovány jako „přírodní polymery“. Jsou biologicky rozložitelné, výborně mažou za extrémních
tlaků, zvyšují viskozitu přípravků a dobře se kombinují s minerálními oleji, polyalfaolefiny, estery,
polybuteny apod.
Snadná biologická rozložitelnost těchto látek spočívá zejména ve zvýšené reaktivitě dvojných vazeb,
které tyto oleje a jejich deriváty obsahují. Vyšší reaktivnost těchto derivátů s dvojnými vazbami zároveň komplikuje odmastitelnost těchto látek. Na
povrchu kovů probíhají oxidační reakce vlivem
působení vzdušného kyslíku za tvorby hydrogenperoxidů. Ty se snadno rozpadají a tento rozpad
je urychlován působením tepla, světla a celou
řadou iontů kovů. Produkty štěpení, peroxidické,
alkoxylové a hydroxylové radikály, jsou velmi reak
tivní a snadno se spojují do polymerních sloučenin.
Mechanizmus vzniku polymerních sloučenin vysychavých olejů začíná vznikem volného radikálu
odštěpením vodíku na uhlíku, který sousedí s dvojnou vazbou. Radikál se přeskupí na stabilnější systém s konjugovanou dvojnou vazbou a reaguje se
vzdušným kyslíkem na vysoce reaktivní peroxidový
radikál. Tento radikál odtrhne vodík jiné mastné
kyselině a vytvoří málo stabilní peroxosloučeniny
nebo reaguje s dvojnou vazbou sousední kyseliny.
Peroxidové sloučeniny jsou nestálé a rozpadají se
působením světla, tepla a iontů kovů na stabilní slo-
učeniny. Alkoxylový radikál vytváří příčné vazby
s dvojnými vazbami za vzniku trojrozměrných polymerních sloučenin.
Popsaný mechanizmus je prakticky stejný jako
vytváření pojivového lakového filmu u olejových
a fermežových barev. Polymerní produkty jsou
velmi obtížně odmastitelné běžně používanými
prostředky a vyžadují podstatně komplikovanější
technologii odmaštění. Proto je účelné provést
odmaštění co nejdříve po dokončení tvářecích operací, kdy je stupeň polymerace a zesíťování těchto
sloučenin nízký. Rychlost polymerizace je rychlejší
na barevných kovech, například mosazný povrch se
může stát obtížně odmastitelný již po jednom dni.
Při nízkém stupni polymerace postačí pro
odmaštění běžné alkalické nebo tenzidové
odmašťovače. Lépe se osvědčují silně alkalické
odmašťovací přípravky na bázi alkalických hydroxidů a defosfátovací lázně s doplňovacími tenzidy.
V silně alkalickém prostředí za zvýšené teploty polymerní sloučeniny depolymerují a rozpadají se esterické vazby. Volné mastné kyseliny jsou zmýdelněny a stanou se rozpustné ve vodě. Zmýdelnění derivátů rostlinných olejů je obvykle provázeno zvýšením pěnivosti odmašťovací lázně, což může působit problémy při postřikovém způsobu odmaštění.
Nahromadění zmýdelněných derivátů vede i ke zvýšení emulgační schopnosti lázně, případně změně
charakteru odmašťovače z deemulgujícího na
emulgující. Relativně snadná zmýdelnitelnost neplatí pro „přírodní polymery“. Ty nejsou polymerovány přes vazbu s kyslíkem a proto jsou odolnější
proti hydrolýze v alkalickém prostředí.
Při vyšším stupni polymerace lubrikantů je nezbytné podpořit chemický účinek odmašťovací lázně
mechanickým působením například ultrazvuku,
mechanického omílání, hydrofinišování apod.
Obecně se prodlužuje doba působení odmašťovací
lázně a zvyšuje její teplota.
Nepříznivé dlouhodobé působení silně alkalických
lázní na barevné kovy jako naleptání, změna barvy,
selektivní odzinkování mosazi apod. se dá potlačit
přídavky vhodných inhibitorů.
Část podkladů pro publikaci byla získána v rámci řešení
programu MPO TANDEM projekt FT-TA/047 „Optimalizace materiálového řešení a aplikace principů protikorozní ochrany technologických zařízení a celků“.
Ing. Petr Szelag
38
TriboTechnika
Centrální mazání + mazací technika =
CEMATECH
Odštěpný závod CEMATECH firmy Hennlich Industrietechnik je
významným dodavatelem centrálních mazacích systémů LINCOLN
a mazací techniky do všech odvětví průmyslu.
U dodávek centrálního mazání poskytujeme
komplexní služby, od technického poradenství
a návrhu systému, přes dodávku komponentů,
montáž, případně šéfmontáž až po servis a dodávku náhradních dílů. K dispozici máme komponentovou základnu a know-how největšího světového dodavatele centrálních mazacích systémů,
americko-německé firmy LINCOLN. To je výhodné
zvláště pro výrobce strojů obsahujících centrální
mazání, kteří exportují do zahraničí, neboť značka
LINCOLN je celosvětově akceptovaná a náhradní
díly LINCOLN a servis jsou dostupné kdekoli na
světě. Za dobu naší existence jsme dodali stovky
centrálních mazacích systémů do všech odvětví
průmyslu. Mezi naše pravidelné zákazníky patří
např. ŽĎAS, Plzeňský Prazdroj, Třinecké železárny,
LB Minerals, Sklostroj Turnov, Škoda Auto, Škoda
TS, Barum, TOS Kuřim a mnoho dalších.
společnosti Hennlich Industrietechnik, která je
dodavatelem široké škály komponentů a profesionálních technických řešení. Společnost spadá
pod evropskou skupinu HENNLICH.
Navštivte naši expozici na MSV v Nitře ve dnech
22. - 25. 5. 2012. Naleznete nás na volné ploše
před pavilonem M1.
Kontakt:
Hennlich Industrietechnik, spol. s r. o.
o. z. CEMATECH
Libušínská 183
CZ - 591 01 Žďár nad Sázavou
tel.: + 420 566 630 524
fax: + 420 566 630 032
e-mail: [email protected]
www.hennlich.cz/cematech
V oblasti mazací techniky dodáváme:
· mazací hlavice – kulové H, trychtýřové D, ploché
M4, M1, M22, T1 a T1/B a další
· mazací lisy a přístroje – mazací lisy ruční přítlačné, pákové, pistolové, pneumatické a akumulátorové, mazací přístroje ruční, nožní, elektrické
a pneumatické
· automatické maznice – pro olej i tuk
· technika pro manipulaci s mazivy a palivy –
jednotlivé komponenty i sestavy pro přečerpávání nafty, bionafty, rostlinného oleje, oleje
a tuku
· technika pro manipulaci s použitým olejem –
mobilní sběrné, odsávací a kombinované
jednotky
· komponenty rozvodů maziva – trubky, hadice,
šroubení a kotevní materiál
· další komponenty – olejoznaky, odvzdušňovací filtry, mazací štětky ad.
Jedná se o velmi kvalitní komponenty, přitom ale
za příznivé ceny. Cca 2 000 položek je stále
skladem.
O. z. CEMATECH je součástí obchodně-výrobní
39
3/2012
3/2012
TriboTechnika
Vibrodiagnostika – nástroj
spoľahlivosti rotačných strojov
V minulosti sa považovalo za jedinú úlohu pripravenosť prevádzky
a schopnosť vyrábať pri optimálne minimálnych nákladoch. V dnešnej dobe
už čoraz viac výrobných firiem si uvedomuje, že údržba má vplyv na všetky
oblasti obchodných rizík a efektívnosti. Rozhodne ovplyvňuje osobnú
a environmentálnu bezpečnosť, efektívne využitie energií, kvalitu výrobkov,
a uspokojenie potreby zákazníkov. Znamená to, že údržba hrá centrálnu
úlohu v živote celej organizácie. Jej úlohou je zabezpečiť, aby zariadenia
splnili svoje funkcie, boli schopné vyrábať vtedy a toľko, ako to vyžaduje trh,
aby zabezpečila spoľahlivosť a bezpečnosť strojových zariadení.
Zabezpečiť spoľahlivosť s klasickými metódami údržby ako
prevádzkovanie až do poruchy
alebo údržba v pevne stanovených
cykloch je príliš problematické.
Nedostatk y metódy údr žby
„prevádzkovanie až do poruchy“
je, že porucha nastane úplne
nečakane preto nedá sa plánovať a
väčšinou nastane vážna porucha.
Pri údržbe v pevne stanovených
cykloch je ťažko určiť hranicu,
kedy treba vykonať údržbu. Čas
výmeny súčiastok väčšinou určujú (zainteresovaní) výrobcovia,
pričom nezohľadňujú konkrétne
podmienky danej prevádzky
a možnosť zmeny podmienok.
K tomu ešte dodajme, že priemysel
často prispôsobí opravy k tomu
aké sú spotrebiteľské návyky
(spotreba piva v lete je väčšia),
Obr.1 Často práve po GO sa stáva predtým stabilne pracujúci stroj labilným.
40
ako dozrieva úroda (cukrovarský priemysel)
alebo ku konkrétnemu dátumu (celozávodná
dovolenka).
V minulosti sme mysleli, že u väčšiny zariadenia
pravdepodobnosť poruchy je tým vyššia, čím je
zariadenie staršie. Z toho vyplýva názor, že ak na
zariadení vykonávame generálnu opravu, tak určite
klesne pravdepodobnosť poruchy. Dnes už tvrdíme, že so zastaraním stroja nerastie úmerne aj
frekvencia výpadkov. Výnimkou je ak vyslovene ide
o poruchu súvisiacu so starnutím. Je teda mylným
názorom, že pravidelnými opravami sa zvyšuje
spoľahlivosť zariadenia.
Nato, aby sme skutočne zvýšili spoľahlivosť
zariadenia je potrebné:
zvyšovať čas medzi jednotlivými opravami
skrátiť dĺžku opráv
včasnými opravami znížiť následky poruchy
Tieto požiadavky môžeme dosiahnuť vtedy, ak
máme k dispozícii dostatočné informácie o tom,
aký je skutočný stav zariadenia. Vtedy odhalíme
skryté menej závažné poruchy, z ktorých sa
neskôr môžu vyvinúť ďalšie, často vážnejšie. Ak
máme informácie, môžeme predĺžiť životnosť
odstránením prvotných chýb a nie ich následkov.
Informácie o stave zariadení získavame meraniami.
Pre rôzne strojové jednotky používame rôzne
metódy merania, spoločným menom technickú
diagnostiku.
Na zabezpečenie spoľahlivosti sa najčastejšie
využíva:
vibrodiagnostika
TriboTechnika
-
termodiagnostika
meranie ultrazvukom
analýza olejov
motormonitor
endoskopia
defektoskopia
iné
Na dosiahnutie spoľahlivosti merania je veľmi
dôležitá frekventovanosť merania. Mylne prevláda
názor, že zariadenia, ktoré sa zriedkavo pokazia,
netreba merať, alebo s väčším časovým odstupom. V rozhodovaní, či treba niektoré zariadenie
diagnostikovať, hrá úlohu jeho dôležitosť v technologickom systéme.
Obr. 2 PF diagram
Frekvencie merania závisia od vývinu poruchy.
Vo všeobecnosti platí tz. PF diagram, ktorý
ukazuje, kedy sa objavuje chyba a ako sa zhoršuje
stav v bode (P), čo nazývame potenciálnou
chybou. (P) je bod, kde sme schopní prvýkrát
vnímať chybu. Ak v tomto bode nezasahujeme,
väčšinou nastane zhoršenie stavu rýchlejšie,
pokiaľ sa nedostane k bodu (F) čo nazývame
funkcionálnou poruchou.
Čas medzi potenciálnou a funkcionálnou chybou
nazývame PF interval. Môžeme ho vyjadriť
v rôznych jednotkách súvisiacich s mierou
zaťaženia (motohodiny, počet vyrobených
produktov, počet výrobných cyklov, atď.).
Najčastejšie používame uplynutý čas. Ak nemáme
iný vážnejší argument, vo všeobecnosti čas me
dzi dvoma meraniami by mal byť polovica PF
intervalu. Tento čas zabezpečuje, že diagnostická
prognóza detektuje potenciálnu chybu ešte
pred tým ako nastane funkcionálna chyba
a zabezpečuje potrebný čas na prípravu opráv
(nominálny čas na prípravy zásahu je minimálne
polovica PF intervalu). Občas však interval
pravidelných kontrol musí byť iba zlomok PF
intervalu. Ak PF interval je príliš krátky nato,
aby sme bezpečne vykonali meranie alebo zákrok,
tak sledovanie stavu nie je vhodné na tento
druh poruchy. Vtedy je rozumnejšie inštalovať
ON LINE pozorovacie a blokovacie systémy,
ktoré po prekročení nastavených hodnôt odstavia
zariadenie aby nedošlo k jeho znehodnoteniu.
Zabezpečenie spoľahlivosti pomocou vibrodiagnostiky
Pri rotačných strojoch je hlavnou úlohou
vibrodiagnostiky určiť moment, keď je ložisko
pred koncom svojej životnosti. Valivé ložiská
majú konečnú životnosť a zničia sa aj vtedy, ak
montáž a následná údržba prebehla v poriadku.
Teda cieľom diagnostiky nie je záchrana ložiska,
ale zabezpečenie spoľahlivého chodu zariadenia.
Podľa štatistík iba 10 % ložísk dosiahne plánovanú
životnosť. Ložiská, ktoré by mali pracovať viac
rokov, niekedy plnia svoju funkciu iba pár mesiacov. Je známe, že životnosť ložísk ovplyvňujú nasledovné faktory:
otáčky
aktuálne namáhanie
základné dynamické zaťaženie
účinnosť mazania
úroveň znečistenia
pracovná teplota
typ ložiska
Základná rovnica únavy valivých ložísk je:
L = 16667 / n * (C / Fe)m , kde:
L
- životnosť ložiska v hodinách
n
- otáčky v ot/min
C
- základné dynamické zaťaženie
Fe
- ekvivalentné dynamické zaťaženie
m
- 3 pri guličkových ložiskách, 10/3 pri
valčeko-vých ložiskách
Z rovnice vyplýva, že zvýšenie otáčok na
dvojnásobok znižuje životnosť o 50 % a zvýšenie
zaťaženia ložísk na dvojnásobok znižuje životnosť
o 87 % pri gulôčkových a o 90 % pri valčekových
ložískách. Znamená to, že na dosiahnutie maximálnej životnosti ložísk, a tým aj vyššej
spoľahlivosti zariadenia treba znižovať škodlivé
zaťaženie. Kľúčovým faktorom je, že samotné
ložiská sa málokedy pokazia. Väčšinou pôsobia
vonkajšie vplyvy, ktoré napomáhajú predčasnej
poruche ložísk. Medzi ne patrí nevyváženosť,
nesprávne nastavenie súosovosti, rezonančné
41
3/2012
3/2012
TriboTechnika
problémy, nesprávne mazanie, prostredie alebo
nesprávna montáž. Väčšinou tieto škodlivé
vplyvy – zaťaženia, spôsobia veľké chvenie na
zariadení, ktoré má nepriaznivý vplyv na životnosť ložísk.
Všeobecné príčiny chvenia
Ak je úroveň chvenia pod 2 mm/s, sily vyvolávané
chvením neovplyvňujú škodlivo zariadenie,
respektíve životnosť ložísk. Keď úroveň prevyšuje
2 mm/s (nevyváženosť, nesúososť, voľnosť,
rezonančné problémy) je potrebné zasahovať
s cieľom dosiahnutia optimálnej životnosti
ložiska. Napríklad úroveň chvenia 20 mm/s, ktorú
spôsobuje nesprávne nastavenie súososti alebo
nevyváženosť, je z hľadiska poruchovosti ložiska
kritická. Ak vibrodiagnostikou identifikujeme
tzv. skryté chyby a následne ich odstránime,
vytvoríme tak podmienky na maximálne využitie
životnosti ložiska.
V praxi sa stretávame s dvoma skrytými poruchami,
ktoré sa veľmi často vyskytujú. Sú to nevyváženosť
a nesprávne nastavenie súosovosti. Podľa štatistík
až cca. 1/3 ventilátorov ktoré sú v prevádzke sú viac
alebo menej nevyvážené. Aj keď vo výrobnom
závode boli obežné kolesá vyvážené, po ich
namontovaní na určené miesto môžu vyvolávať
vyššie chvenie vplyvom nevyváhy. Nezabúdajme
nato, že sústava motor – spojka - obežné koleso
alebo motor – remenice - obežné koleso má iné
dynamické vlastnosti, ako mali jednotlivé súčiastky
pri vyvažovaní na vyvažovacej lavici. Preto je
dôležité, a to aj na nových zariadeniach vykonať
kontrolné meranie chvenia. V prípade zistenia
nevyváhy sústavy, najlepšie je vykonať dynamické
vyvažovanie na mieste na vlastných ložiskách.
Výhoda tejto metódy je, že sa vyvažuje sústava
spojka - obežné koleso alebo motor remenica. Po
vyvažovaní na mieste už nenasleduje žiadny zásah,
teda môžeme byť istí, že ne vnesieme do systému
ďalšiu chybu.
Nesprávne nastavenie súosovosti je ďalšia dôležitá
chyba, ktorá sa často vyskytuje. Vo väčšine
prípadov údržbári nastavujú súosovosť tak, aby
bola rovnaká medzera medzi spojkami po celom
obvode. Táto metóda je postačujúca iba pri nižších
otáčkach, a iba v tom prípade, ak máme novú,
dokonale vyrobenú spojku. Je ale nepoužíteľná, ak
spojka pracuje nad 1500 ot/min, alebo je
opotrebovaná, polovica spojky je vymenená
42
polovicou inej spojky. Musíme vychádzať
z podstaty, že potrebujeme nastaviť súososť medzi
osami a nie medzi spojkami. Napríklad pri otáčkach
3 000 ot/min. najväčšia chyba rovnobežnosti
by nemal byť väčšia ako 0,08 mm. Takúto presnosť
môžeme dosiahnuť iba pomocou presných
prístrojov. Niektoré pružné spojky do určitej miery
eliminujú chyby nastavenia, ale presným
nastavením šetríme nie spojku, ale ložiská,
tesnenia, hriadele atď.
Použitím vibrodiagnostiky, pomocou spektrálnej
analýzy je možné určiť aj rôzne iné chyby
zariadenia. Základný princíp je, že každý rotačný
stroj, ktorý je v prevádzke vyvoláva chvenie.
Veľkosť tohoto chvenia poukazuje na stav
zariadenia. Každá rotačná súčiastka vyvoláva
chvenie na určitej frekvencii, teda konkrétna
frekvencia poukazuje na súčiastku. Zvyšujúca
sa mohutnosť chvenia znamená zhoršujúci sa
stav stroja. Významná frekvencia a rast amplitúd na tejto frekvencii znamená poruchu súčiastky.
Na obrázku vidíme ako jednotlivé frekvencie sú
priradené k daným súčiastkam. Pravidelnými
Obr. 3 Skúmanie stroja pomocou frekvenčnej analýzy
meraniami na zariadení a porovnaním meraných
údajov, zaregistru-jeme skryté chyby a po ich
odstránení zariadenie môže ďalej pracovať.
Väčšinou ide o zákroky trvajúce maximálne 1-2
hodiny. Pretože to nie sú akútne chyby, máme čas
na prípravu a termín zásahu vieme usmerniť podľa
potreby výroby (cez víkend, po ukončení
výrobného cyklu). So správne zvolenou frekventovanosťou merania (podľa PF diagramu) takto
môžeme zabezpečiť, aby stroj pracoval až do konca
prirodzenej životnosti ložísk.
Ing. František Molnár
TriboTechnika
3/2012
Zařazení tryskání před a za svařením
Pro optimální zařazení procesu otryskávání dílů os do výroby před jejich svařením koncipoval Rösler pro jednoho z vedoucích výrobců dva průběžné systémy ve formě zařízení
s drátěným pásem, vybavených speciálním vstupním a výstupním pásem. Zařízení pro
otryskávání konstrukcí zajišťuje očištění svarů pro lakování.
Planetární osy používané v těžkých strojních zařízeních a vozidlech, např. tahačích letadel a obojživelných vozidlech sestávají ze čtyř různých dílů,
které musí odolávat vysokým zatížením. To klade
vysoké nároky na výrobu a povrchovou úpravu.
Optimální přizpůsobení toku výroby
Pro otryskání různých prvků po řezání plamenem
respektive laserem byly zařazeny do výrobní linky
dvě průběžná zařízení s drátěným pásem společnosti Rösler. Tryskací systémy, které byly přizpůsobeny místním podmínkám, byly umístěny vedle
stávajících řezacích zařízení. To umožnilo otryskávat díly o délce až 2 200 mm a hmotnosti až 250 kg
na běžný metr bez nutnosti přepravy na dlouhé
vzdálenosti a potřeby nákladných přepravních
rámů. Vzhledem k tomu, že teplota dílů stále ještě
činí až 130 °C, sestávají přiváděcí a odváděcí pásy
z ocelových článků. V tryskací komoře zajišťují čtyři
turbíny Hurricane® H28 o výkonu po 11 kW vysokou intenzitu tryskání a tím krátkou dobu opracování. Účinná ochrana před opotřebením je zajištěna použitím vyzdívky vstupní komory, tryskací
komory a koncové komory jakož i drátěného pásu
z manganové oceli. Aby byl splněn požadavek na
vysoký stupeň automatizace a obsluhu jednou osobou, jsou průběžná zařízení vybavena speciálním
řízením, které umožňuje pružnou manipulaci.
Tryskací zařízení k úpravě konstrukcí před lakováním
Po svaření se osy lakují. Před lakováním musí být
osy zbaveny náletu a nečistot, což bylo dlouho prováděno ručně. Pro rychlejší a úspornější proces
čištění investoval podnik do zařízení Rösler k čištění konstrukcí. Tento tryskací systém měl být jako
technicky a výrobně optimální řešení umístěn do
stávající haly. Vzhledem k tomu, že použití zavěšeného dopravníku bylo z důvodu místních poměrů
vyloučeno, padlo rozhodnutí na tryskací zařízení
s válečkovou dráhou RRBK 11/11-So, modifikované podle požadavků zákazníka. Zařízení je dimenzováno pro osy o rozměrech až 4000 x 1000 x 1000
mm (d x š x v). Tryskací zařízení je vybaveno osmi
turbínami Hurricane® H 32. Umístění turbín, určené
3D simulací, zaručuje, že všechny svary budou optimálně očištěny i u os s velmi složitou geometrií.
30 tryskacích programů uložených v řídicí jednotce zařízení umožňuje přizpůsobení řadě různých,
k otryskání určených os. Vysoká hmotnost dílů, až
400 kg na běžný metr, si vynutila přizpůsobení zařízení. To byl důvod pro vybavení tryskacího zařízení „zpětným chodem“. Osy o hmotnosti až 1,6 tuny
tak mohou být odebírány z místa vsazení, což činí
zbytečnou posunovací zónu na výstupní straně.
Pro tryskání jsou osy kladeny do zákazníkem dodaného držáku obrobků, projíždějí vstupní komorou
do tryskací komory a z ní do koncové komory.
Jakmile se celá osa nachází v koncové komoře,
přepne zařízení automaticky na zpětný chod
a dopraví díl rychlostí až 12 metrů za minutu zpět
do místa vsazení. Doba opracování činí včetně vsazení, odebrání a přepravy maximálně šest minut.
-red-
Po řezání plamenem respektive laserem jsou díly otryskávány v tryskacím
zařízení s drátěným pásem
Instalace osmi turbín
zaručuje optimální
očištění všech svarů
i u dílů se složitou
geometrií os
V zařízení pro otryskávání konstrukcí jsou opracovávány
osy o hmotnosti až 1,6 tuny
43
3/2012
TriboTechnika
Zinkolamelové povlaky
Zinkolamelové povlaky jsou složeny zejména ze směsi zinku a hliníku,
vodivého pojiva a v závislosti na požadavcích také integrovaného maziva
pro úpravu součinitele tření. Tyto povlaky mají dobrou elektrickou vodivost,
která zajišťuje katodickou ochranu povlékané součásti.
Zinkolamelové povlaky:
Delta Tone 9000
Delta Protekt KL 100 (vylepšený
následovník Delta Tone 9000)
Delta Protekt KL 105 (povlak s integrovaným mazivem)
Delta Protekt KL 110 (antracitový
odstín)
K doplnění antikorozní ochrany je
možno výše uvedené povlaky překrývat tzv. topcoaty, které upravují
jednak výsledný odstín (standardně stříbrný a černý, další na vyžádání). Topcoaty dále zvyšují výslednou tvrdost povlaku a odolnost
vůči různým chemickým látkám
(například SO2, kyseliny, louhy,
organická rozpouštědla a oleje).
Předúprava dílů
Na kvalitní předpravě součástí
před povlakováním přímo závisí
výsledná korozní odolnost jakékoliv povrchové úpravy, proto je
třeba tomuto kroku věnovat odpovídající péči. Pro zinkolamelové
povlaky se jako předpravy využívá:
- Odmaštění
- Odmaštění + jemné tryskání (popř. kuličkování)
- Jemnokrystalický Zn-fosfát –
vrstva max. 4g/m2
Odmaštění
Tuto operaci provádíme alkalickou cestou v postřikovém stroji.
Protože sortiment přicházející
k nám na povrchovou úpravu je
velmi rozličný, není tato metoda
vhodná pro všechny typy součástí.
Kvůli tomu projektujeme novou
44
odmašťovací linku, která bude schopna kvalitně
odmastit co nejširší sortiment. Jelikož většinu
součástí předupravujeme jemným tryskáním ocelovou drtí, popř. kuličkováním v případě požadavku
zákazníka (především u pružin pro zvýšení jejich
životnosti), je nutné, aby vstupující díly byly dokonale odmaštěny. V případě zanesení mastnoty
dojde ke zvýšenému ulpívání tryskacího média na
povrchu upravovaných dílů, což je velmi nebezpečné z pohledu znečištění povlakovacích hmot.
Tryskací médium je potom také znehodnocené,
musí se provést jeho výměna včetně vyčištění celého tryskacího stroje.
Tryskání
Díly vstupující na PÚmusí mít čistý, mírně zdrsněný
kovový povrch bez fleků, map, zbavený od koroze,
okují po sváření či kalení apod. Tryskání provozujeme v uzavřených tryskacích strojích s ,,nekonečným” pásem, jako tryskací medium se využívá ocelová drť GP 80 o nejnižší tvrdosti, což nám dovoluje
tryskat bez poškození rozměru dílů například šrouby od M5 výše. Tryskací stroje jsou vybaveny filtrem,
který slouží k nepřetržitému čištění tryskacího
media od nečistot a rozbitých částeček abraziva. Pro
výrobce pružin můžeme nabídnout tryskání kuličkami, řídící systém u tohoto stroje nám dovoluje
přesně nastavovit intenzitu tryskání, kterou kontrolujeme tzv. Almen-testem. Přesné parametry
tryskání (čas, intenzita a velikost vsázky) je třeba stanovit a odzkoušet pro každou součást, velikost
dávky má přímý vztah s dobou tryskání, stav dílů (koroze, zaokujení) ovlivňuje intenzitu tryskání. Větší
díly, které nelze předupravit hromadně, tryskáme
v ruční tryskací kabině. Po tryskání je třeba zkontrolovat, jestli v otryskaných dílech není zbytkové abrazivo, které by znečistilo povlakovací hmotu a tím
ohrozilo kvalitu PÚ.
Zn-fosfát
Pro díly, které není možné tryskat (plechové díly
TriboTechnika
z tenkého materiálu, drobné pružiny, popř. díly,
kde Zn-fosfát předepisuje norma), je jedinou možnou předúpravou nanesení tenké vrstvy Znfosfátu v tloušťce max. 2 - 4 g/m2. Silnější vrstva
ohrožuje funkci katodické ochrany naneseného
povlaku z důvodu odizolování od kovového podkladu. Z důvodu investiční a ekologické náročnosti
provozu fosfátovací linky tuto předpravu kooperujeme.
Povlakování
Povlakovací materiály nanášíme dvěma způsoby:
- Pneumatické stříkání
- Metoda DIP-SPIN (máčení + odstředění) – hromadné zpracování
Samotné povlakování sestává z několika kroků,
při nich je nutné dodržovat následující parametry:
Příprava povlakovací hmoty
1) Míchání ručním nebo stojanovým míchadlem
min. po dobu 10 minut
2) Doplnění povlakovací hmoty na předepsanou
výšku hladiny v nádobě
3) Seřízení předepsané viskozity postupným
přídavkem ředidla
- Viskozita povlakovací hmoty se měří pomocí
výtokového pohárku (DIN, tryska 3mm) s přesností ±1sec.
- Na viskozitě přímo závisí tloušťka vrstvy nanášeného materiálu
Viskozita se musí minimálně 1xza 4 hodiny kontrolovat a seřizovat, v letních měsících kvůli většímu
odpařování ředidel je nutné tento interval zkrátit
na cca 2 hodiny. U povlakovacích hmot je nutné sledovat míru jejich znečištění. Při povlakování se do
nich spolu s díly dostávají i drobné nečistoty neodstraněné při předúpravě (žmolky papíru, kovové
špony a tryskací medium), proto je třeba lázně pravidelně čistit. Větší nečistoty se odstřaňují filtrací
přes nerezová síta(50 - 400 µm), kovový prach
z tryskání se separuje pernamentním magnetem.
Povlakování – DIP-SPIN
Tato operace spočívá v hromadném namočení
dílů v povlakovací hmotě a následném odstředění
přebytečné vrstvy.
Je zde nutné brát v úvahu následující parametry:
1) Doba namáčení – je závislá na geometrii a typu
součástí, při namáčení dochází k pomalému otá-
čení koše pro dokonalé povléknutí všech míst dílu
2) Doba, intenzita a směr odstřeďování - je závislá
na geometrii a typu součástí, dále na velikosti vsázky v koši
- Doba a intenzita (otáčky) odstřeďování přímo
ovlivňuje tloušťku a rovnoměrnost nanášené
vrstvy
- Směr odstřeďování (spíše jeho změna) ovlivňuje tloušťku povlaku v ,,dotykových místech”, to
znamená, že při změně směru odstřeďování
dojde k prudkému dobrždění koše, což způsobí pohyb povlakovaných dílů v koši, větší
mokrá vrstva povlaku na odkrytých dotykových místech je pak při následném odstředění
eliminována
Sušení a tepelné vytvrzování povlaku
Zinkolamelové povlaky včetně topcoatů je nutné
po každé nanesené vrstvě tepelně vytvrdit, aby
byla zajištěna jejich správná funkce. Sušení
a vytvrzování povlaků provádíme dle typu dílů
a nanášeného povlaku v komorových nebo
průběžných pecí. Před vlastním vytvrzením se
povlak nasouší v sušící zóně, kde při teplotě
70 - 90 °C a intenzivním proudění vzduchu dojde
k úniku těkavých složek z povlakovacího materiálu. Mezi sušící a vytvrzovací zónou průběžných
pecí je tzv. přepad (místo, kde končí pas sušící zóny
a začíná pas vytvrzovací zóny). Přepad zajišťuje,
aby se díly ležící na sobě přeorientovaly a dosušily
se i dotyková místa. Pokud nedojde k vysušení
povlaku na celém povrchu dílů, hrozí ve vytvrzovací části vzájemné slepení. Vytvrzovací podmínky
jsou dány typem povlakovací hmoty, všeobecně
se dá říci, že je to 15 minut při teplotě 200°C (teplota vytvrzovaného dílu). Jak už jsem uvedl výše,
námi zpracovávaný sortiment je velmi široký
a vytvrzovací podmínky musí být ověřeny měřením teplotního průběhu pece přímo při zpracování dílů. Tato technologie byla vyvinuta především
pro aplikaci na spojovací materiál a jiné díly z pevnostních ocelí, úspěšně však aplikace rozšiřujeme
na oblast celého odvětví strojírenského průmyslu
jako alternativu ke galvanickým povlakům ZN,
Zn/Ni, Zn/Fe a povlakům žárového zinku. Povrchová úprava dílů zinkolamelovými povlaky má
jako běžně používané galvanické pokovení své
výhody a nevýhody a ne vždy je aplikace této technologie vhodná a proveditelná, níže proto uvádím
kontakty pro případné konzultace či poptávky.
Jiří Boháček
45
3/2012
3/2012
TriboTechnika
Zlepšení tribologických vlastností
kompozitních povlaků pomocí polymerních částic
Díky svým jedinečným vlastnostem představují kompozitní povlaky velmi vhodnou alternativu při řešení požadavků na specifické vlastnosti povlaků. Galvanické
kompozitní povlaky jsou zcela speciálním typem kompozitního materiálu, který se
skládá z galvanicky vyloučené galvanické matrice a organických či anorganických
částic v ní rozptýlených.
Povlaky se zinkovou matricí a polymerními částicemi spojují mechanickou odolnost a protikorozní
vlastnosti zinkového povlaku s nízkým koeficientem tření, samomaznými a kluznými vlastnostmi polymeru. Zásadní význam takovýchto
povlaků leží zejména v možnosti
náhrady dnes používaných vícevrstevných povlakových systémů
na bázi zinku zejména u různých
spojovacích součástí.
Galvanické zinkování představuje
nejrozšířenější povrchovou úpravu
v průmyslové výrobě. Zinkování
společně s vylučováním slitinových zinkových povlaků zaujímá
cca 1/4 z povrchových úprav aplikovaných v České republice.
Protikorozní odolnost je hlavním
parametrem požadovaným u zinkových povlaků, avšak v poslední
době jsou od těchto povlaků vyžadovány i další vlastnosti, zejména
pak nízký koeficient tření. Tyto
požadavky pocházejí nejčastěji
z automobilového průmyslu, ale
také z jiných průmyslových odvětví (ventilátory, výrobky letecké
techniky, apod.). Obvyklým způsobem řešení daného problému je
aplikace vícevrstvých povlaků,
ovšem tato technologie je komplikovanější, časově, energeticky
a ekonomicky náročnější. Další
komplikace představuje větší tloušťka vrstvy, což může způsobovat
nepřesné lícování konstrukčních
prvků.
Jiný způsob řešení se nabízí ve vyu-
46
žití technologie kompozitního povlakování. Při
vhodné kombinaci materiálů vznikají kompozitní
povlaky s dobrou protikorozní odolností a s nízkým
koeficientem tření a otěruvzdornosti, na jejichž
výzkum, ale i průmyslové aplikace se již zaměřuje
pozornost. V obou oblastech se jedná zejména
o kompozitní povlaky tvořené niklovou matricí, ve
které jsou dispergované polytetrafluorethylenové
(PTFE) částice. Průmyslová aplikace se týká Ni-PTFE
povlaku vytvořeného bezproudovým procesem.
Nová technologie vylučování kompozitního
korozně odolného povlaku s kluznými vlastnostmi
byla založena na technologii elektrolytického
povlakování ze slabě kyselé zinkové lázně, do které
byla přidávána disperze PTFE. Výsledným povlakem
je zinkový povlak s včleněnými PTFE částicemi (ZnPTFE povlak). Zinkový povlak má oproti niklovému
tu výhodu, že poskytuje základnímu materiálu na
bázi železa nejen bariérovou ale také katodickou
protikorozní ochranu. Využití povlaku je navrhováno např. pro šroubové spoje, u kterých je nutné
zajistit rozebíratelnost a definované parametry
montáže, ve strojírenském a především automobilovém průmyslu; ale i pro další díly, které jsou buď
jako celek, nebo jejich části, ve vzájemném relativním pohybu s jinými detaily.
Příprava vzorků
Povlaky Zn-PTFE byly aplikovány elektrolytickým
zinkování ze slabě kyselé lázně, do níž byla přidána
teflonová disperze. Použitá zinkovací lázeň pracuje
na bázi chloridových elektrolytů a PTFE disperze je
běžně komerčně dostupná. Lázeň obsahuje další
potřebné přísady jako surfaktanty a leskutvorné
přísady.
Pro vytváření povlaků, které by splňovaly požadované parametry, je důležité optimální nastavení
podmínek procesu, aby bylo dosaženo rovnoměrného rozložení PTFE částic v zinkové matrici, a
následně dosáhnout i požadovaných, zejména
funkčních vlastností výsledného povlaku. Na
TriboTechnika
základě rozsáhlých testů a zkoušek byly jako optimální parametry zvoleny tyto podmínky – 10 %
disperze, proudová hustota 1,5 A/dm2, pH 5,
teplota 20 ° C a nepřetržité míchání. V současnosti
je technologie vylučování povlaku Zn-PTFE
chráněna z hlediska autorských práv patentem
uděleným Úřadem průmyslového vlastnictví.
Tribologické zkoušky
Tribologické vlastnosti Zn-PTFE povlaků byly hodnoceny na základě porovnání jejich třecích koeficientů a odolnosti proti otěru se zinkovým povlakem bez teflonu. Odolnost proti otěru je vyjádřena
pomocí hmotnostních úbytků a doby trvanlivosti
povlaku během tribologického experimentu.
Z hodnot statických (fs) a dynamických (fd) koeficientů tření uvedených na obrázku 1 je patrné, že
všechny povlaky obsahující teflon měly nižší koeficienty tření než samotný zinkový povlak.
Nejnižšího koeficientu dosáhla dvojice Zn10PTFE
– Zn10PTFE, jeho hodnota byla 0,1827, tedy o cca
37% nižší než u Zn – Zn.
Obr. 1: Statické (fs) a dynamické (fd)koeficienty zinkových
a Zn-PTFE povlaků
Grafy na obrázcích 2 a 3 ukazují, že tento povlak
měl také nejnižší hmotnostní úbytek a nejstabilnější vývoj dynamického koeficientu. Trvanlivost
povlaku byla však pouze šest minut.
Obr. 2: Odolnost proti otěru zinkových a Zn-PTFE povlaků
Obr. 3: Vývoj dynamických koeficientů tření zinkových
a Zn-PTFE povlaků
Povlaky s pasivací měly obecně horší třecí vlastnosti než povlaky bez pasivace. V případě třecí dvojice Zn+pasivace – Zn+pasivace nebylo možné
experimenty ani provést, protože nedošlo ke styku
ploch tablety a desky. Vzhledem k tomu, že na vzorku nebyla patrná žádná mechanická poškození,
která by způsobila vyvracení tablety, lze soudit, že
to bylo způsobeno charakterem povlaku. Jak
vyplývá z grafů, pasivované zinkové povlaky obsahující PTFE, měly lepší tribologické vlastnosti než
pasivovaný Zn povlak bez PTFE. To bylo pravděpodobně způsobeno tím, že CrIII vrstva byla v některých místech slabá a PTFE tak pronikl na povrch.
Závěr
Naše výsledky ukazují, že nový kompozitní
zinkový povlak s dispergovanými PTFE částicemi
může představovat alternativu k existujícím
funkčním povlakům založeným na zinku. Použité
analytické metody potvrdily přítomnost a poměrně homogenní rozložení PTFE částic v Zn-PTFE
povlacích, které byly připraveny za vybraných optimálních podmínek. Zn-PTFE povlaky měly nižší
koeficient tření než samotné zinkové povlaky.
Nejnižší koeficient měl povlak připravený z lázně
obsahující 10% PTFE; jeho hodnota byla o cca 37 %
nižší než ta zinkového povlaku bez PTFE. Ačkoli
samomazné vlastnosti povlaků byly zlepšeny,
jejich odolnost proti opotřebení se snížila. Náš
další výzkum se bude zaměřovat na zlepšeních zejména tribologických charakteristik a využití dané
technologie v praxi.
Poděkování
Tato práce vznikla při řešení projektu FR-TI1/047
z programu TIP, podporovaného MPO ČR.
Ing. Martina Pazderová, Ph.D., Ing. Linda
Diblíková, Ing. Miroslav Valeš,
Výzkumný a zkušební letecký ústav
Ing. Petr DrašnarČVUT – Fakulta strojní
47
3/2012
3/2012
TriboTechnika
Další vývojový krok nízkotlaké
®
cementace - PreNitLPC
Další vývojový krok vakuové cementace FineCarb® je podporován nitridační
metodou nazvanou PreNitLPC® . Technologie spočívá v přidávání čpavku
v počáteční fázi procesu – v průběhu ohřevu na cementační teplotu (obr. 1).
Dusík, který je tímto způsoben zaváděn do povrchové vrstvy, podporuje proces cementace zrychlením difuse uhlíku, redukuje tendenci růstu karbidů a co
je nejdůležitější, prokazatelně omezuje růst zrn austenitu. Tyto výhody umožňují zkrácení doby procesu díky zvýšení teploty při cementaci. Navíc dosažená vrstva má správnou mikrostrukturu a mechanické vlastnosti nejsou horší
než ty, kterých lze dosáhnout tradičními procesy při nižší teplotě.
doba dávkování čpavku
T
doba dávkování uhlovodíků
přednitridace
sycení
difuze
sycení
difuze
700 °C
400 °C
Obr. 1 PreNitLPC®-charakteristika procesu
Vrstva
[mm]
Čas
kalení
kalicí teplota
1 000 °C
925 ºC, lze zkrátit dobu procesu na
polovinu při teplotě 980 °C a dále je možné
s tím v souladu zkrátit dobu procesu troj,
čtyř až pětinásobně při teplotách 1 000,
1 020 a 1 040 °C . Například pro ocel 16MnCr5, při požadavku na efektivní tloušťku
vrstvy 2 mm při kritériu 0.35 % C (550HV
kaleno v oleji), bude doba procesu 22 hodin při teplotě 925 °C, zatímco při 1 040 °C
bude cementace trvat pouze 5 hodin.
Díky metodě PreNitLPC® je možné provádět
cementaci i při teplotách 1 000 °C a více,
s dosažením velikosti zrn austenitu jako při
tradičním procesu.
Doba cementace
925 oC
950 oC
980 oC
1 000 oC
1 020 oC
1 040 oC
0.50
1h23m
0h57m
0h39m
0h30m
0h24m
0h19m
1.00
5h30m
3h50m
2h35m
2h00m
1h35m
1h15m
2.00
22h00m
15h10m
10h20m
8h00m
6h10m
4h50m
100 %
69 %
47 %
36 %
28 %
22 %
Tab.1. cementační doba pro ocel steel 16MnCr5, pro dané hloubky vrstvy s kritériem 0.35%C, v závislosti
na teplotě procesu
Tabulka 1 zobrazuje jak silný vliv
má teplota na čas procesu při nízkotlaké cementaci, což je zejména
výsledkem exponenciálního vlivu
difuse uhlíku do oceli.
Pokud vezmeme jako referenční
hodnotu tradiční cementaci při
48
Obrázek 2 zobrazuje porovnání mikrostruktury
nacementovaných vrstev dosažených při cementaci ve vakuové peci při teplotě 920 °C a při teplotě
1 000 °C s metodou PreNitLPC®. Je zřejmé, že velikost
zrn je po zpracování s použitím metody PreNitLPC®
menší i přes vyšší teplotu procesu, 13.6 μm
v průměru, v porovnání s 16.7 μm po běžném proce-
TriboTechnika
su nízkotlaké cementace LPC. Podle očekávání je
velikost zrn v jádře větší při vyšší teplotě: 19.2 μm
při 1000 °C a 17.2 μm při 920 °C.
Následné zkoušky mechanických vlastností, dosa-
Bylo dosaženo identických průběhů tvrdosti,
hloubky vrstvy od 0.60 – 0.65 mm při 550 HV
a povrchové tvrdosti v rozmezí 750 – 790 HV.
Byla testována odolnost v ohybu vibrační
Obr.2. Velikost zrn austenitu u oceli 16MnCr5 po cementaci na 0,6 mm ECD při běžné nízkotlaké cementaci LPC
při 920 °C (vlevo) a PreNitLPC® při 1 000 °C (right)
žených při vysokoteplotní technologii PreNitLPC®
potvrdily, že nejsou horší než ty, které lze dosáhnout při tradičním procesu. Pro účely průkaznosti
byly učiněny porovnávací zkoušky tvrdosti, meze
metodou a Wöhlerovy křivky stanoveny v místě
limitované a nelimitované meze únavy.
Všechny vzorky z materiálu 17CrNi6-6 dosáhly
nelimitované meze únavy v porovnávaném
rozsahu 650 – 680 MPa, s malou
tendencí k vyšším hodnotám
při vysokoteplotních procesech
PreNitLPC® .
PREN (pitting resistance) byla
také provedena dle britského
standardu IP 300/82, za použití
modifikovaného 4 kuličkového
zařízení. Test byl proveden na vzorcích z materiálu 16MnCr5. Vzorky
odolávaly více než 1.4 milionu
cyklů (průměrné výsledky byly
v rozmezí 1.46 až 1.61 milionu)
a byly srovnatelné pro všechny
typy procesů cementace.
Kromě toho byly provedeny rázové
zkoušky na vzorcích o roměru
10x10x55 mm s zářezem ve tvaru U.
Po zkouškách byly vzorky podrobeny Charpyho testu. Veškerá měření
překonala hodnotu 150 J/cm 2
a jsou vyšší pro vzorky po použití
Obr.3 Jednokomorová vakuová pec HPGQ typ 25.0VPT-4035/36IQN
metody cementace PreNitLPC ®
®
s technologií PreNitLPC Technology
a vzrůstají společně s teplotou
únavy, rázové zkoušky. Vzorky byly vyrobené
procesu od 155 J/cm2 při 920 °C na 168 J/cm2 při
z ocelí 16MnCr5 a 17CrNi6-6, cementace tradičním
1 020 °C. Nicméně žádné dosažené rozdíly nelze
způsobem ve vakuové peci Seco-Warwick (obr.3)
označit jako podstatné a jsou prakticky velmi
na vrstvu 0.60 mm při teplotě 920 °C a s použitím
podobné u všech metod.
metody PreNitLPC® při 950, 980 a 1 000 °C.
Autor článku: Maciej Korecki
49
3/2012
3/2012
TriboTechnika
Vlastnosti Ni-P povlaků
vyloučených elektrolyticky
Povlaky Ni-P se v praxi nejčastěji vylučují chemicky z kyselých nebo alkalických lázní (chemické niklování). Díky neustálému vývoji v oblasti galvaniky je možné povlaky Ni-P vyloučit i elektrolyticky. Vytvořené povlaky mají
regulovatelný obsah fosforu v povlaku, vysokou tvrdost (i bez následného
tepelného zpracování) a odolnost proti otěru, nízký koeficient tření, nízký
elektrický odpor a velmi dobrou korozní odolnost.
50
Povlaky elektrolyticky vyloučeného Ni-P jsou strukturně velmi podobné povlakům chemicky vyloučeného niklu (Ni-P).
Z praktického hlediska má elektrolytické vylučování povlaku Ni-P
několik výhod:
·
Vylučování probíhá ze stabilní
lázně, která má neomezenou životnost
·
Investiční a provozní náklady
na vylučování tohoto povlaku
jsou nízké
·
Technologie je v současné
době vyvinutá pro závěsové,
bubnové i pásové pokovení
·
Z ekologického hlediska se
jedná o vylučování z lázně bez
obsahu olova a kadmia
·
Vytvořené povlaky lze použít
jak pro dekorativní (konečné
povlaky), tak pro technické
účely (mezivrstvy)
VLASTNOSTI POVLAKŮ
Charakteristika
Elektrolyticky vyloučený povlak Ni-P je amorfní, až
tepelným zpracováním se stává krystalickým.
V rozmezí proudových hustot 1 – 12,5 A.dm-2 obsahují povlaky 14 – 6 % fosforu ve struktuře (viz graf 1).
Technicky významné jsou povlaky s obsahem
fosforu 11 – 13 % vytvořené při proudových hustotách 2 – 4 A.dm-2, které jsou ekvivalentem k povlakům chemicky vyloučeného niklu. Fosfor je ve struktuře rozmístěn rovnoměrně. Povlaky pro následné
zkoušky vlastností byly připraveny při proudové
hustotě 4 A.dm-2 a obsahovaly 11 % fosforu.
Lázeň a její parametry
Lázeň pro vyloučení povlaku Ni-P
obsahovala 80 g/l niklu a 25 g/l fosforu. Pracovní podmínky byly:
·
Hodnota pH = 2,6
·
Teplota lázně = 60 °C
·
Proudová hustota = 1 – 12,5
A.dm-2
I když lze lázeň použít jak pro pokovování v závěsech, tak v bubnech,
byly pro zkoušky vlastností použity
vzorky připravené závěsově.
Graf 1 Závislost změny obsahu fosforu v elektrolyticky vyloučeném povlaku Ni-P se změnou vylučovací proudové hustoty
Mikrotvrdost
Povlaky elektrolyticky vyloučeného Ni-P mají vysokou tvrdost i bez následného tepelného zpracování. Mikrotvrdost na vzorcích byla měřena dle
Vickerse, se zatížením 1 N (HV 0,1). V Grafu 2 je srovnání mikrotvrdosti vzorku s elektrolyticky vyloučeným Ni-P (před tepelným zpracováním) s jinými
elektrolyticky nebo chemicky připravenými povlaky. Zkoušený povlak dosahuje mikrotvrdosti vyšší
než chemicky vyloučený nikl.
TriboTechnika
provedeny korozní zkoušky:
v solné mlze (DIN 50021) – po 120
hodinách zkoušky nebylo patrné žádné korozní
napadení povrchu, objevilo se pouze lehké
duhové zabarvení povrchu (viz foto 2).
·
Zkouška v atmosféře SO2 (DIN 50018) – po 5 cyklech nebylo patrné žádné korozní napadení povrchu, objevilo se pouze zabarvení povrchu (viz foto 3).
·
Zkouška ve škodlivých plynech (EN 60068-2-60,
metoda 4) – po 10 dnech zkoušky ve směsi plynů
NO2, SO2, Cl2, H2S se objevilo mírné korozní
napadení povrchu, povrch ztratil lesk (viz foto 4).
·
Zkouška
Graf 2 Porovnání mikrotvrdosti elektrolyticky vyloučeného
povlaku Ni-P a ostatních elektrolyticky nebo chemicky
vyloučených povlaků
Tepelným zpracováním se mění struktura povlaku
z amorfní na krystalickou a zvyšuje se tak mikrotvrdost. Graf 3 znázorňuje změnu (růst) mikrotvrdosti
se zvyšující se teplotou zpracování. Tepelné zpracování probíhalo 30 min. při různých teplotách. Při
teplotách kolem 400 °C bylo dosaženo nejvyšších
hodnot mikrotvrdosti 1100 – 1200 HV 0,1.
Obr. 1 Porovnání vzhledu korozního napadení vzorku s elektrolyticky vyloučeným povlakem Ni-P, vzhled na začátku
zkoušek (foto 1), po zkoušce v solné mlze (foto 2), po zkoušce v atmosféře SO2 (foto 3) a po zkoušce ve škodlivých plynech (foto 4)
Graf 3 Nárůst mikrotvrdosti elektrolyticky vyloučeného
povlaku Ni-P tepelně zpracovaného po dobu 30 minut
Korozivzdornost
·
Odolnost elektrolyticky vyloučeného povlaku
Ni-P je velmi dobrá. Pro korozní zkoušky byly použity konkrétní výrobky – mosazné kontakty – s povlakem o tloušťce 2 – 3 µm (viz foto 1 na obr. 1). Byly
Závěr
Povlaky Ni-P elektrolyticky vyloučené mají velmi
dobré vlastnosti (vysokou tvrdost, odolnost proti
otěru, nízký koeficient tření, nízký elektrický odpor
a velmi dobrou korozní odolnost) a mohou být použity jako alternativa k chemicky vyloučeným povlakům Ni-P s vysokým obsahem fosforu.
Uplatnění nachází jako mezivrstva u následného
tvrdého zlacení (kontakty) nebo následného tvrdochromování (hřídele, ojnice). Z dekorativních
aplikací je to využití jako konečné vrstvy lesklého
niklu.
Ing. Vladislava Ostrá
english abstract
Ni-P coatings are most prepared chemically from acid or alkaline baths (chemical nickel plating).
Continuing developments in the field of electroplating allows electrolytic preparing of Ni-P
coatings. These coatings have controllable phosphorus content in the structure, high hardness
(even without subsequent heat treatment) and abrasion resistance, low coefficient of friction, low
electrical resistance and good corrosion resistance.
51
3/2012
3/2012
TriboTechnika
Hraničné hodnoty nasýtenia
vlhkosti v mazacích olejoch
Vlhkosť, voda v mazacích olejoch, mazacích systémoch strojov a zariadeniach nie je
žiadúca. Jej prítomnosť v oleji je veľmi negatívna, zhoršuje jeho vlastnosti a vedie často
k vytváraniu vodných emulzií, kalov, podporuje penenie, znižuje dielektrickú pevnosť
izolačných olejov a je príčinou korózií kovových súčiastok a ich zvýšeného opotrebovania , čo vedie k zníženiu ich životnosti a spoľahlivosti strojov a zariadení.
52
Voda v oleji
Prítomnosť vody v oleji môže byť
vo viazanej alebo voľnej forme.
Množstvo vody, ktoré ropný olej
môže rozpustiť závisí na pôvode základového oleja, množstve
a druhu prísad, prítomnosti nečistôt (produktov starnutia) a zvlášť
na teplote. Malé množstvá vody sa
môžu rozpustiť v oleji bez zakalenia. Zakalenie oleja ukazuje, že roztok je nasýtený (bod nasýtenia
vody v oleji) a v ďalšom môže prebiehať vznik emulzie a to voda v oleji. So stúpajúcou teplotou rozpustnosť vody v oleji narastá.
Maximálna vlhkosť vzduchu je maximálne možné
množstvo vodnej pary (nasýtené množstvo), ktoré
môže obsahovať 1 m3 vzduchu pri určitej teplote.
Udáva sa v g/m3.
Absolútna vlhkosť vzduchu je množstvo vodnej
pary, ktoré skutočne obsahuje 1m3 vzduchu. Udáva
sa v g/m3. Zmenou teploty sa mení relatívna vlhkosť
vzduchu, aj keď sa absolútna vlhkosť vzduchu nemení. Pri ochladzovaní vzduchu stúpa relatívna vlhkosť. Teplota pri ktorej sa dosiahne 100 % vlhkosť,
nazýva sa rosný bod. Pri podkročení rosného bodu
sa tvorí skondenzovaná voda.
Vlhkosť vzduchu
Atmosférický vzduch v percentuálnom vyjadrení je zmes nasledovných prvkov: 77 % dusík, 21 % kyslík, 1 % vodné pary a 1 % ostatné plyny. Z toho vyplýva, že vo vzduchu
je vždy určité množstvo vodnej
pary. Vzduch hlavne pozostáva z
molekúl dusíka, kyslíka a v menšom množstve z molekúl ostatných plynov a vody. Ak počet molekúl vody narastá, môžeme jednoducho povedať, že to vedie za určitých podmienok ku kondenzácii,
t.j. vzniku vody v kvapalnej forme.
Ak suchý olej príde do kontaktu s
vlhkým vzduchom, môže sa
dosiahnuť rovnováha medzi relatívnou vlhkosťou vzduchu a oleja.
Relatívna vlhkosť vzduchu je stupeň nasýtenia vzduchu vodnou
parou a udáva sa v percentách.
Vplyv vlhkosti, vody na vlastnosti mazacích
olejov
V technickej praxi sa stretávame so vznikom nežiadúcich olejových emulzií, ktoré majú za následok
kvalitatívne znehodnotenie mazacieho oleja, jeho
funkčných vlastnosti a iné. Najmä tie oleje, ktoré
obsahujú povrchovo aktívne látky, motorové oleje
s detergentno - disperzantnými prísadami, mastené
oleje, opotrebované oleje a pod. sú k tvorbe olejových emulzií veľmi náchylné a podľa toho sa musí
s nimi zaobchádzať pri manipulácií, skladovaní
a vlastnom použití.
Napriek tomu, že voda v mazacích olejoch nie je žiadúca, stretávame sa s ňou veľmi často v olejoch
a mazacích systémoch strojov. Vzhľadom na to sú
stanovené hraničné hodnoty, limity obsahu vody
v % hmotnostných pre mazacie oleje v jednotlivých
mazacích systémoch strojov a zariadení. Tieto hodnoty sú uvedené v tabuľke č.1 a majú len informatívny charakter. Obsah vody sa vzťahuje na obsah vody
v neemulgovanej kvapaline, t.j. pokiaľ nie je vytvorená emulzia typu “voda v oleji”.
absolútna vlhkosť vzduchu
Relatívna vlhkosť vzduchu = ------------------------------------- x 100 %
maximálna vlhkosť vzduchu
TriboTechnika
Emulzia oleja s vodou je koloidný disperzný systém, ktorého stálosť rastie zmenšovaním medzi-
teplôt môže prebiehať katalyzovaná oxidácia.
Voľná voda urýchľuje degradáciu oleja a to kvôli
hydrolýze olejov na esteDruh mazacieho oleja
Hraničné hodnoty obsahu vody v % hm rovom základe a tiež vápenatých sulfonátov. Okrem
Hydraulické oleje
0,02 – 0,1 (200 – 1 000 ppm)
toho sú to prísady citlivé
Turbínové oleje
0,05 – 0,2 (500 – 2 000 ppm)
na
prítomnosť vody, napr.
Motorové oleje
0,1 – 0,2 (1 000 – 2 000 ppm)
prísady na báze ZDDP
Prevodové oleje
0,1 – 0,3 (1 000 – 3 000 ppm)
( z i n c d i a l k y l d i t h i o pChladiace kompresory
0,01 – 0,02 (100 – 200 ppm)
hosphate), t.j. prísady
Vzduchové kompresory
0,1 ( 1 000 ppm)
obsahujúce zinok. V príObehové systémy
0,05 – 0,1 (500 – 1 000 ppm)
tomnosti vody nastáva
Tabuľka č.1
hydrolýza, t.j. rozklad solí
povrchového napätia. Čím menšie je medzipovr(ZDDP) na kyselinu a zásadu tak, ako je to ďalej
chové napätie oboch fáz, tým ľahšie sa tvorí emul- uvedené.
zia. Hodnoty medzipovrchového napätia, resp.
neutralizácia
→ soľ + voda
voľnej energie sú malé a všetky sa ešte zmenšujú
kyselina + zásada
← hydrolýza
nasycovaním povrchu kyslíkom, vodnou parou,
všeobecne nečistotami. Hodnoty voľnej povrchoHydrolýza je opakom neutralizácie. Podľa dostupvej energie sú napr. pre vodu 72 mNm-1 a maných informácií hydrolýze podliehajú také soli, na
zacích olejov 30 mNm-1 pri 20 °C. K látkam zväčšuzložení ktorých je zúčastnená slabá kyselina alebo
júcim povrchové napätie oleja patria polárne látslabá zásada. Prísady na báze ZDDP hydrolyzujú,
ky, ktoré sa síce vo vode nerozpúšťajú, ale čiastočrozkladajú sa na látky, ktoré môžu mať silný korone sa rozpúšťajú v olejoch. Sú to napr. v oleji rozzívny účinok na meď a jej zliatiny. V tomto prípade
pustné fenoláty, naftenáty, sulfonáty, ropné živiprísady na báze ZDDP strácajú potrebný účinok
ce, asfaltény, polárne nečistoty z rafinácie olejov,
ako prísady proti opotrebovaniu aj pre oceľové
látky vzniknuté starnutím olejov a pod. Sklon
trecie povrchy. Z toho dôvodu niektorí výrobcooleja k tvorbe emulzií môžu zväčšovať aj iné látky,
via strojov požadujú oleje bez obsahu zinku. Ide
ktoré majú schopnosť vytvárať na rozhraní povro bez zinkové turbínové a hydraulické oleje, ktoré
chov fáz dostatočne pevný film. Takto môžu pôsonachádzajú uplatnenie v praxi.
biť jemne rozptýlené tuhé látky, napr. za tvorbu
emulzie, kalov v olejových nádržiach motorov sú
Metódy a postupy na kontrolu vody
zodpovedné jemne rozptýlené čiastočky uhlíka
Obsah vody sa stanovuje podľa STN 65 6062.
zo spalín, prachu a pod.
Skúška spočíva v spätnej destilácii zmesi vzorky
V tejto súvislosti treba povedať, že v praxi sa občas
s benzínom, predpísaným destilačným zložením
stretávame so zvláštnym problémom pri aplikácii
a zisťuje obsah vody nad 0,025 %. Pre stanovenie
motorových olejov, ktoré obsahujú detergentno obsahu vody sa s výhodou používa titračná metódisperzantné prísady a to najmä vtedy, ak obsada podľa Karl Fischera, ktorá je uvedená v norme
hujú veľké množstvo bezpopolných disperzantov
STN 65 0330, resp. DIN 51 777.
(succinimidy). Disperzanty môžu pôsobiť ako
Obsah vody podľa metódy K. Fischera sa udáva
účinné emulgátory a v tých častiach motora v ktov mg/kg, resp. v ppm (parts per milión, 1 ppm =
rých je voda, môže vzniknúť emulzia voda v oleji,
0,0001 %). Podľa tejto metódy je možné zistiť
ktorá sa podobá svojím vzhľadom maslu, alebo
obsah vody už od 3 mg/kg ( 3 ppm, t.j. 0,0003 %
často sa uvádza ako kalová emulzia, alebo studehm.). Obsah vody je možno stanoviť aj podľa
né kaly. Problém sa môže ešte zhoršiť pri motoinfračervenej spektrometrie FTIR v rozsahu vlnoroch, kde dochádza k prefukom plynov zo spaľovacej komory do kľukovej skrine, olejovej nádrže.
vej dĺžky od 3 650 do 3 150 cm-1.
Tento problém sa už rieši úpravou motora v ktoV prípade priemyselných olejov treba uviesť
rom prefukujúce plyny cirkulujú do sacieho palijednu zo základných vlastností, s ktorou súvisí prívového systému (palivo - vzduch). Tento problém
tomnosť vody v mazacích olejoch, t.j. vlastnosť
sa rieši tiež použitím deemulgátorov do motoropodľa ktorej je charakterizovaná deemulgačná
vých olejov. V prítomnosti kovov a vody za vyšších
schopnosť, odlúčivosť vody z oleja. Táto vlastnosť
53
3/2012
3/2012
TriboTechnika
sa mení počas používania oleja v prevádzke a to
nentov a od formulácie mazacích olejov, t.j. aké sú
najmä vplyvom prítomných nečistôt ako sú oxidačpoužité druhy základových olejov, prísad, alebo
né produkty, voda a mechanické nečistoty.
množstva látok, nečistôt, ktoré vznikli z dôvodu
Stanovenie deemulgačných vlastností, odlúčivosti
degradácie olejov. Každá zmena hodnoty limitu
vody od oleja má veľký význam najmä
v prípade turbínových a hydraulických
olejov. Pre turbínové oleje sa ešte často
používa skúška podľa STN 65 6230,
resp. IP 19 na stanovenie deemulgačného čísla a to najmä pre parné turbíny. V prípade čerstvých turbínových
olejov hodnota deemulgačného čísla
sa požaduje do 300 sekúnd. Hraničná
hodnota pre použité turbínové oleje sa
udáva 600 sekúnd, resp. v niektorých
ďalších aplikačných prípadoch až 800
sekúnd. Táto skúška mala a má určitú
tradíciu najmä u nás. Zahraničné olejárske spoločnosti ju veľmi málo používajú. Pre turbínové oleje, ale najmä hydObrázok č.1
raulické oleje sa používa skúška podľa
STN 65 6229 na stanovenie deemulgačnej charaknasýtenia vody v olejoch je v relácii k aktuálnemu
teristiky oleja. Skúška sa vykonáva tak, že olej sa
stavu a to počtu voľných molekúl vody. Táto hodzmieša v objemovom pomere 1:1 s vodou (40 ml
nota sa mení počas prevádzkového života mazavody a 40 ml oleja) pomocou miešadla presne deficieho oleja v závislosti na zmenách, ktoré nastanú
novanou rýchlosťou pri teplo-te v závislosti na visv oleji. Tento aspekt je špeciálne dôležitý vtedy, ak
kozitnej triede (do ISO VG 100 pri 54 °C a nad pri
treba rozlišovať krivky nasýtenia vody v oleji.
82 °C), vytvorí sa emulzia a potom sa pozoruje
Možno povedať, že ide o matematický vzťah medzi
rozdelenie emulzie do jednotlivých fáz (olej - voda hodnotou nasýtenia a hodnotou vody v ppm v čeremulzia) a vyhodnocuje sa doba a objemový
stvom oleji a tento stav sa môže zmeniť po nejapodiel jednotlivých fáz. Nárast objemu emulzie
kom čase pri používaní oleja v prevádzke. Na obrázalebo predĺženie doby pre oddelenie jednotlivých
ku č.1 je uvedená krivka nasýtenia vody v turbínofáz svedčí o spotrebovaní prísady na zlepšenie
vom oleji, kde pri teplote 40 °C olej je schopný prijať
deemulgačných vlastností, prítomnosti oxi- Druh mazacieho oleja
Hodnoty nasýtenia pri 20 °C v ppm
dačných produktov, Hydraulické kvapaliny H
100 – 150
ktoré tieto vlastnosti
HLP
150 – 300
významne ovplyvňuHFD
-R
1 500 – 3 000
jú. Hraničná hodnota
HFD
-U
1 200 – 1 600
vzhľadom na podHEES
800 – 1 400
mienky skúšky a saHEPG (PAG)
5 000 – 7 000
motné vyhodnocovaMazacie oleje
CL/TD (min.)
50 – 150
nie je v rozsahu od 40
CLP (min.)
400 – 800
do 60 minút a to podľa
PAO
400 – 2 000
viskozity, viskozitnej
HD
/
motorový
olej
800 – 2 000
triedy kontrolovanéSyntetické
estery
1 000 – 2 000
ho oleja.
PAG
10 000 – 20 000
Hodnoty nasýtenia
vody v mazacích olejoch
Limity, hraničné hodnoty nasýtenia vody v mazacích olejoch závisia na kvalite jednotlivých kompo-
54
Tabuľka č.2
200 ppm vody. Z toho vyplýva, že čím je vyššia
teplota oleja, tak olej je schopný prijať väčšie množstvo viazanej vody.
TriboTechnika
Treba uviesť, že v prípade mazacích olejov napr.
najmä hydraulických systémoch sa používajú
hydraulických a cirkulačných olejov, keď sú v prerôzne typy odvzdušňovačov, resp. prevzdušňovavádzke, tak rozpustnosť vody narastá. Zvýšený
čov. Ide o určitý filter, systém (inhalácie a exhalápočet nečistôt, polárnych látok, ktoré sú výsledcie) vysušovania pomocou hygroskopických činikom starnutia oleja,
tak tieto sa môžu spáDruh mazacieho oleja, špecifikácie
Absolútny obsah vody v ppm
jať s molekulami voRopný olej, Hydraulika (DIN 51524)
500
dy. V prehľade v taMazanie (FAG / SKF)
300 / 200
buľke č. 2 uvedieme
Turbíny (DIN 51515)
150
hodnoty nasýtenia
Izolačné oleje
10
vody v niektorých
Syntetické kvapaliny, Hydraulika (HEES)
1 000
mazacích olejoch pri
Mazanie (PAG)
5 000
20 °C v ppm.
Tabuľka č.3
Špecifikácie a hraničné hodnoty
Vzhľadom na uvedené informácie, niektorí výrobcovia a tiež hodnotiace organizácie vydávajú
odporúčania na obsah voľnej vody v mazacích olejoch. Ide o stanovenie hraničných limitov obsahu
vody, ktoré sú dovolené pre jednotlivé druhy
mazacích olejov. V tabuľke č.3 uvedieme niektoré
údaje na dovolený obsah vody v ropných olejoch
a syntetických kvapalinách.
Uvedené hodnoty obsahu vody boli stanovené
podľa metódy Karla Fischera. Samotné limity predstavujú absolútny obsah vody v ppm (mg/kg)
v oleji. Treba poznamenať, že niektoré hraničné
hodnoty môžu byť aj prekročené. Tu treba často
porovnávať hodnoty namerané dostupným senzorom vlhkosti a absolútnym obsahom vody. Na
zníženie vlhkosti v mazacích systémoch strojov,
diel (silikagél) a tiež odstraňovania mechanických
nečistôt. Pri návrhu konštrukcie mazacieho systému stroja, zariadenia, treba na to pamätať.
Vizuálnou kontrolou týchto filtrov, môžeme jednoducho kontrolovať stav olejovej náplne.
Záver
Vlhkosť, voda sa pravidelne objavuje v mazacích
systémoch strojov, vyskytuje sa v mazacích olejoch, čo vedie často k nepredvídaným zmenám
ich funkčných vlastností, čo môže viesť až k poruchám strojov a zariadení. Cieľom príspevku bolo
poukázať na tento stav a upozorniť na problémy,
ktoré sa môžu vyskytnúť. Voda je životodárna
kvapalina, ale v uvedených prípadoch pri použití
mazacích olejov je nežiadúca.
Ing. Jozef Stopka, TRIBEX, s.r.o.
55
3/2012
3/2012
TriboTechnika
Laserem nanesené
práškové povlaky
Stále častěji se setkáváme s články na téma laserového navařování (např.
Tribotechnika 3/2011, 2/2012 atd.). Jaké jsou vlastně možnosti volby
přídavného materiálu a čím se jednotlivé typy vrstev liší? V příspěvku jsou
popsány nejčastěji používané prášky, jejich struktura a vlastnosti. Výsledky
vychází z praxe a zkušeností společnosti MATEX PM, která jako dosud
jediná v ČR takové návary nových dílů a opravy použitých součástí touto
technologií provádí.
Pro větší strojní díly se používá
výkonový laser s alespoň 3 kW kontinuálního výkonu, ovládaný pomocí robota. Přesněji řečeno, hustota výkonu laseru je 100 - 10 000
W/mm2. Princip navařování laserem je vcelku jednoduchý. Do laserového paprsku je definovaným
způsobem v ochranném plynu přiveden prášek, zvolený s ohledem
na požadované vlastnosti (korozní
odolnost, otěruvzdornost, kluzné
vlastnosti apod.). Paprsek laseru
nataví jak prášek, tak povrch, takže
dojde k metalurgickému spojení.
Výběr prášků je poměrně dobrý
vzhledem k počtu dodavatelů,
prášky jsou obdobné nebo shodné
jako pro plazmové nástřiky, se zrnitostí 0,05-0,1mm. Také chemické
složení pokrývá variabilitu požadavků. Oproti drátům jsou prášky
lacinější, což se příznivě projeví zejména u velkých navařovaných
ploch.
V porovnání s plazmovými nástřiky
i obloukovým navařováním vnáší
laser do navařované součástky
mnohem méně tepla, což se příznivě projevuje menšími deformacemi, jemnější mikrostrukturou
56
a vyššími tvrdostmi. A to při zachování dobré přilnavosti vrstvy díky kovové vazbě a promíchání.
Například větší promíchání stelitového prášku s ocelovým podkladem vede k prudkému poklesu tvrdosti. Mikrostruktura a chemické složení návaru
závisí na velikosti promíchání vrstvy se substrátem
a rychlosti chladnutí (ta může být 5 000 až
500 000 °K/s v závislosti na parametrech navařování). Takže výsledek ovlivňuje i teplota tavení prášku
a teplotní vodivost substrátu. Proto také musí být
mimo jiné teplota tavení substrátu vyšší než prášku.
Síla jedné vrstvy může být v rozmezí několika desetin až 2 mm. Tolik stručné shrnutí základních principů, a teď se můžeme věnovat jednotlivým přídavným materiálům.
Nerezové materiály
Nejčastěji používané prášky na bázi železa jsou nerezové s vyšším obsahem chromu a niklu. Jednou
variantou je austenitická vrstva s nižší tvrdostí
kolem 25 HRC, ale výbornou korozní odolností. Ta je
používaná zejména v aplikacích pro korozní
prostředí, jako je petrochemický a potravinářský
průmysl.
Oproti klasickým metodám navařování nerezu na
uhlíkovou nebo nízkouhlíkovou ocel dochází
k výrazně menšímu promíchání obou materiálů, což
se dramaticky projeví na korozní odolnosti návaru.
Vyšší rychlost procesu a menší promíchání omezí
difuzi uhlíku do austenitické vrstvy, takže chrom
přednostně zůstává v roztoku a dále brání korozi,
TriboTechnika
místo aby precipitoval do karbidů a zvyšoval podíl
feritu. U metody HVOF je korozní odolnost vrstvy
omezena její porézností, takže laserové nanášení
korozních bariér se stává lákavou technologií
budoucnosti.
Druhou variantou jsou vrstvy martenzitické
s tvrdostmi nad 52HRC (a případně podílem karbidů), které jsou vyhledávány pro repase a opravy
poškozených strojních dílů.
Niklové prášky
Niklové prášky poskytují pestrou paletu
vlastností. Sortiment dovoluje vybrat tvrdost
v rozmezí mezi 32 a 62 HRC. Potvrzuje se, že čím
vyšší tvrdost, tím lepší otěruvzdornost. Mohou
nahrazovat dražší prášky na kobaltové bázi. Díky
kletbě uvalené na šestimocný chrom jsou stále
častěji požívány jako náhrada tvrdého chromová-
Obr. 1 Niklová vrstva NiCrBSiW s karbidy chromu a vrstva
NiBSi+60 % WC
ní. Pro nižší tvrdosti se jedná o základ NiCrBSi, pro
vyšší tvrdosti se leguje křemíkem a borem,
případně dalšími karbidotvornými prvky. Teplota
tavení takových slitin se pohybuje kolem 1000 °C.
V tuhém roztoku Ni-gama se pak tvoří karbidy
chromu, boridy niklu a chromu.
Velkou skupinou niklových prášků jsou slitiny
známé pod označením Inconel. Jednou z prvních
aplikací laserového navařování byly již v osmdesátých letech opravy niklových superslitin. Díky
jejich výrazné teplotní degradaci, kdy dochází při
opravě opotřebení navařováním ke změnám
struktury, rychle klesá odolnost proti tečení a únavová životnost.
Niklové návary jsou upřednostňovány pro tepelně exponované součásti, jako jsou kotle, přehříváky, sedla a ventily nebo třeba formy pro sklářský
průmysl. Větší odolnost proti otěru může být
vylepšena přidáním až 60 % karbidů WC.
Podobně jako u obloukového svařování jsou
niklové materiály používány při navařování litinových forem. Rozměrné litinové odlitky forem
nebo dílů obráběcích strojů obsahují vnitřní licí
vady, které se objeví až po obrobení. I zde je široký
prostor pro laserové navařování.
Kobaltové slitiny
Kobaltové slitiny (většinou známe pod označením Stellite) jsou obecně uznávanými otěruvzdornými materiály. Jejich doménou jsou aplikace na
rypadla, dopravníky, šneky a spoustu dalších dílů.
Velkým segmentem trhu je ochrana a repase
válců papírenského a metalurgického průmyslu.
Stelitte 21 obsahuje 0,25 C, 27 % chromu a kolem
procenta křemíku, železa a niklu, tvrdost HRC.
Oproti tomu Stelitte 6 obsahuje více než procento uhlíku a wolfram, takže tvrdosti jsou vyšší
a dosahují kolem 550 HV. Chrom, wolfram
a molybden vedle tvorby karbidů zpevňuje kobaltovou matrici a chrom ji navíc dodává odolnost
proti korozi a oxidaci. Hexagonální karbidy typu
M7C3 s tvrdostmi kolem 2 200 HV jsou hlavní substancí tvrdosti a otěruvzdornosti kobaltových
vrstev, v porovnání s prášky na bázi železa, kde
dominuje karbid M6C. Ukazuje se, že kromě vlastního chemického složení se na výsledné otěruvzdornosti podílí i rychlost navařování. Provozní
teploty jsou uváděné až nad 500 °C.
57
3/2012
3/2012
TriboTechnika
Měděné prášky
Měď je obecně považována za problematický materiál ve vztahu k laserovému svařování a řezání. Ne
nadarmo se používá jako zrcadla pro vedení laserových paprsků, z čehož se dá vysoudit, že laserový
paprsek více odráží, než absorbuje. Je proto až
překvapující, jak snadno lze nanášet bronzové vrstvy jako výstelky kluzných ložisek nebo jejich opravy. Jen nabídka prášků v tomto ohledu není příliš
velká, základ tvoří hliníková bronz.
Stanislav Němeček,
Tomáš Mužík
Možnosti zvýšení
Tváření kovových materiálů za studena
patří mezi moderní výrobní technologie.
K jejich výhodám patří hospodárné využívání materiálu, vysoká produktivita práce, výroba přesných polotovarů a dílů
s minimálními požadavky na dokončovací operace. Efektivnost této technologie je ve velké míře určována kvalitou
tvářecích nástrojů.
Výkon a trvanlivost tvářecího nástroje jsou závislé
na celé řadě výrobních a provozních faktorů,
přičemž k základním patří materiál nástroje a jeho
tepelné zpracování. Rozhodující objem spotřeby
tvářecích nástrojů představují nástrojové oceli,
i když v řadě případů technická a ekonomická
hlediska vedou k preferenci levnějších litých
nebo tvářených konstrukčních ocelí či litin.
Vysoce výkonné nástroje vyžadují vložkování
slinutými karbidy nebo povlakování materiály
s vysokou odolností proti opotřebení.
Obr. 2 Al bronz
english abstract
Laser cladding by power diode lasers is one of
alternatives for surface protection against
corrosion, wear, thermal barrier or repair of
damaged surfaces after operation. What are the
possibilities of additive powder choice and
what is different for particular layers?
Contribution describes the most commonly
used powders, their structure and properties.
The results of laser clads are compared with a
conventional technology of arc, plasma or
HVOF spraying. Article is based on the practice
and experience of MATEX PM company, which
carries out laser cladding of new parts and
repairing of used parts as the only one in the
Czech Republic.
58
Druhy opotřebení
Opotřebení je nežádoucí změna povrchu nebo
rozměrů součástí, způsobená vzájemným
působením funkčních povrchů nebo funkčního
povrchu a opotřebovávajícího media. Projevuje
se jako odstraňování a přemísťování částic
z opotřebovávaného povrchu mechanickými
účinky, popř. doprovázenými i jinými vlivy (např.
chemickými, elektrochemickými, elektrickými).
V podmínkách práce tvářecích nástrojů dochází k jejich adhezívnímu nebo abrazívnímu
opotřebení či kombinovanému působení obou
druhů opotřebení. Adhezívní opotřebení vzniká
v místech těsného přiblížení stykových povrchů
během jejich relativního pohybu. V závislosti na
podmínkách vzájemného působení povrchů
působí různé mechanizmy porušování (adhezívní, únavový, oxidační apod.). Abrazívní
opotřebení je charakterizováno oddělováním
částic z opotřebovávaného povrchu rýhováním
a řezáním tvrdými částicemi nebo rýhováním
a řezáním tvrdým a drsným povrchem druhého
tělesa. Tvrdé částice mohou být přítomny i mezi
dvěma vzájemně se pohybujícími povrchy
(nečistoty v mazivu).
TriboTechnika
životnosti nástrojů pro plošné tváření
Opotřebení nástrojů pro plošné tváření
Při stříhání se vytváří podmínky pro intenzívní
opotřebení:
·
Hrany střižnice a střižníku a funkční plochy
nástroje jsou v kontaktu s čerstvými povrchy
vytvořenými stříháním. Relativní prokluz mezi
stykovými povrchy vytváří ideální podmínky pro
adhezívní opotřebení hran a ploch střižníku.
·
Materiál výstřižku je silně deformačně zpevněn.
Ačkoliv hloubka této silně deformované oblasti je
malá (obvykle 30 až 50% tloušťky plechu), zvyšuje
lokální tlak na nástroj a zajišťuje podporu
abrazívních částic, které zde mohou být přítomny
a zvyšuje jejich rýhovací účinek.
·
Střižné síly, zvláště lokálně, mohou být vysoké.
Tyto síly mohou být sníženy volbou odpovídající
střižné vůle (typicky kolem 8%), ale jen mírném
rozsahu. Vysoké výrobní rychlosti způsobují
rázové zatěžování s vysokou frekvencí.
Opakované zatěžování, zvláště v přítomnosti
adhezívních spojů, vede k vydrolování (únavě)
hran. Je také možná tvorba kráterového otěru
(výmolu) na čele střižníku.
·
Elastická deformace zpracovávaného materiálu
způsobuje jeho relativní pohyb podél čela
střižníku, nejprve radiálně vně a pak po vytvoření
trhliny dovnitř. To vede k abrazívnímu opotřebení
čela střižníku. Omezením elastického průhybu
pomocí přidržovače se redukuje tato forma
opotřebení. V kombinaci s vysokými normálnými
zatíženími se objevuje výmol.
·
Elastické zpětné odpružení zpracovávaného
materiálu zvyšuje tlak působící na střižník během
vnikání a tak zvyšuje otěr střižníku, zvláště při
vytváření otvorů.
·
Vysoká výrobní frekvence přispívá k růstu
teploty. Při děrování korozivzdorné oceli růst
teploty byl 80 °C při práci bez maziva a 55 °C
v mazaných podmínkách. Zvýšené teploty jsou
dostatečné pro zvýšení intenzity adhezívního
a oxidačního opotřebení.
·
Termoelektrické proudy vytvářené při stříhání
rovněž podporují otěr. Tento zdroj opotřebení
však může být neutralizován kompenzačním
vedením.
Při ohýbání, kovotlačení, přetahování, hlubokém
tažení a rovnání je rozsah opotřebení úměrný
dráze, kterou tvářený plech vykoná v kontaktu
s nástrojem při daném tlaku. Rychlost opotřebení
pro různé kombinace nástroje a tvářeného
materiálu se mění ve značném rozsahu v závislosti
na morfologii povrchu materiálu, tvářecí rychlosti
a druhu mazání. Opotřebení nástroje také závisí na
charakteristikách tvářecího procesu.
Místa opotřebení:
Opotřebení dříku střižníku – lze charakterizovat
délkou nebo plochou. Je důležité, protože určuje
délku, která musí být odstraněna přebroušením.
Je způsobeno adhezívním a abrazívním
opotřebením a roste postupně s počtem zdvihů.
Růst otěru je vyšší v případech, kdy střižná vůle je
příliš malá. Lineární opotřebení dříku roste
asymptoticky k maximu danému hloubkou
vniknutí střižníku. Při pohybu mezi střižníkem
a zpracovávaným plechem jsou odřezávány malé
mikrotřísky z povrchu nástroje, což vede
k postupnému úbytku nástrojového materiálu. Na
makroskopické úrovni tento typ opotřebení
nástroje způsobuje zaoblení střižné hrany, i když
střižník je ještě relativně hladký. Na povrchu jsou
charakteristické rovnoběžné rýhy na hraně a na
dříku střižníku (viz obr.1).
Obr. 1 Vzhled hrany střižníku
ve velkém zvětšení (rýhy způsobené
abrazívním opotřebením)
Opotřebení hrany, které je obtížně odlišitelné od
opotřebení dříku střižníku, určuje výšku otřepu.
Ten roste s počtem výstřižků a je minimální při
určité optimální střižné vůli. Zvýšená střižná vůle
vede k velkému otřepu.
Opotřebení čela je způsobeno hlavně abrazívním
mechanizmem. Lineárně roste s počtem výstřižků.
Životnost střižnice je obvykle definována maximální přípustnou výškou otřepu. Avšak otěr
nemůže být určen z absolutní výšky otřepu,
protože je funkcí též vlastností materiálu. Výška
otřepu roste s rostoucí tažností a je tak obecně
menší u materiálů válcovaných za studena než
u žíhaných materiálů. Podobně legování snižující
tažnost také zmenšuje výšku otřepu.
U křemíkových ocelí výška otřepu rostla s klesajícím obsahem Si a klesající hodnotou r. Díky těmto
59
3/2012
3/2012
TriboTechnika
vlivům otěr čela může být uvažován jako další
indikátor. Životnost nástrojů obecně sleduje
Weilbullovo rozdělení, tj. normálné rozdělení, ale
s konečnou dolní mezí. Nadměrný otěr čela
způsobuje plastickou deformaci ve formě
vyboulení výstřižků díky kontaktu před vznikem
lomu. Deformovaný tvar výstřižku může pak být
brán jako kriterium pro otěr nástroje.
Ovlivnění procesu opotřebení
Tření neovlivňuje proces stříhání a proto základním
účelem mazání je snížit opotřebení nástroje.
Adhezívní, abrazívní, únavový a chemický mechanizmus opotřebení přispívá k ztrátě profilu
střižníku a střižnice. Zvyšuje se vůle a tvoří se otřep
na obvodu výstřižku. Otěr lze zmenšit vhodným
výběrem materiálu nástroje a maziva. Materiál
nástroje musí být tvrdý a mít odpovídající
houževnatost a také nízkou adhezi k zpracovávanému materiálu. Povlaky na povrchu
nástroje mají důležitou roli. Maziva minimalizují
adhezívní a abrazívní otěr tvorbou mezných a EP
vrstev. Avšak mazání neovlivňuje přímo proces
stříhání, je třeba zvažovat různé faktory, které
ovlivňují řízení otěru a životnost střižných nástrojů.
Obecně výběr materiálu nástroje anebo odpovídajícího povrchového zpracování musí vzít do
úvahy pravděpodobné mechanizmy porušování.
V závislosti na použité tvářecí operaci (stříhání,
vystřihování, ohýbání, tažení apod.) nástroje pro
tváření za studena se mohou porušovat opotřebením, zadíráním, rýhováním, vyštipováním
a lomy. Tyto procesy poškozování nástrojů lze
charakterizovat:
·
Abrazívní nebo adhezívní otěr způsobuje
kontinuální nebo diskontinuální úbytek materiálu
v závislosti na zpracovávaném materiálu, použité
tvářecí operaci a podmínkách tvářecího procesu.
·
Zadírání vzniká fyzikální nebo chemickou adhezí
materiálu plechu k materiálu nástroje. Rozsah
zadírání závisí na drsnosti povrchu, na chemickém
složení materiálu nástroje a plechu a na druhu,
velikosti a rozložení tvrdých částic v materiálu
nástroje. Obvykle se proces zadírání považuje za
velmi intenzívní formu adhezívního opotřebení,
kdy dochází k přenosu a zpětnému přenosu
materiálu nástroje i zpracovávaného materiálu.
Povlak na povrchu nástroje může snížit nebo
odstranit zadírání.
·
Plastická deformace, jsou-li pracovní napětí vyšší
než je mez kluzu v tlaku nástrojového materiálu.
60
·
Vyštipování
účinkem pracovních napětí při
tvářecím procesu, které úzce souvisí s odolností
p r o t i ú navovému porušování nástrojového
materiálu.
·
Lomy vyvolané provozními napětími v procesu
tváření, které při dané délce a geometrické
konfiguraci existujících povrchových mikrotrhlin
způsobují, že intenzita napětí je vyšší než lomová
houževnatost nástrojového materiálu.
Význam jednotlivých faktorů závisí na tvářecí
operaci při práci za studena. Při vystřihování se
mohou projevit prakticky všechny mechanizmy
porušování, kdežto při lisování jsou obvyklé
mechanizmy porušování zadírání, adhezívní
opotřebení a plastická deformace.
Poškození tvářecích nástrojů způsobené
plastickou deformací, vyštipováním a lomy je
nezbytné eliminovat, protože často vzniká
náhodně a nelze ho předvídat. Opotřebení, včetně
zadírání, lze považovat za mechanizmy porušení,
jejichž časový průběh lze předvídat a může být
kontrolováno řádnou údržbou nářadí. Faktory,
které ovlivňují procesy opotřebení a tedy i životnost nástrojů:
1. Materiál nástroje – tvrdost; množství/velikost/
tvrdost karbidů; houževnatost/tažnost; kalitelnost
2. Výroba nástroje – obrábění; elektroerozívní
obrábění; broušení; leštění; svařování; značení
3. Tepelné zpracování – předehřev; doba a teplota
austenitizace; kalící medium; teplota a doba popouštění; kryogenní zpracování; povrchové zpracování
4. Zpracovávaný materiál – druh; tvrdost; tvrdé
částice; tažnost; tloušťka; povlak; prášek (kov/keramika)
5. Výrobní podmínky – vůle; tuhost stroje; tvářecí
rychlost; mazání
6. Údržba nástroje – přebroušení; čištění; leštění;
svařování; popouštění na odstranění vnitřních
pnutí
7. Konstrukce nástroje – velikost; tloušťka; složitost;
kouty/otvory/rohy
Materiály nástrojů
Jak chemické složení materiálu nástroje, tak jeho
tvrdost jsou důležité faktory pro životnost nástroje.
Příliš vysoká tvrdost však zvyšuje vydrolování na
povrchu nástroje. Nebezpečí vydrolování,
vyštipování a praskání nástroje vyžaduje proto
určitou tažnost a houževnatost. Odolnost proti
TriboTechnika
opotřebení také závisí na tvrdosti částic karbidické
fáze (Hc), které jsou rozptýlené na funkčním
povrchu nástroje. Jejich efektivní podíl z celkové
plochy se značí (α). Odolnost proti opotřebení
nástrojových ocelí totiž nemůže být závislá pouze
na tvrdosti matrice nástrojové oceli (Hm), ale spíše
na efektivní tvrdosti (He): He = Hc + (1-α) Hm.
Obecně užívané nástrojové oceli pro zpracování
plechu zahrnují subledeburitické a ledeburitické
chromové oceli. Typickými představiteli těchto
ocelí jsou 5% Cr nástrojová ocel a 12% Cr
nástrojovou ocel (19436 = X190Cr12). Avšak tyto
materiály (lité nebo tvářené) nemusí být
nejvýhodnější v případech zpracování ocelí se
zvýšenou pevností nebo tlustších vysocepevných
materiálů. Tažnost a houževnatost těchto
nástrojových ocelí může též limitovat životnost
raznice, zvláště u operací, kde jsou vyšší
požadavky na odolnost proti opotřebení, pevnost
a tažnost v porovnání s obvyklými tvářecími
operacemi.
Otěruvzdornost nástrojů na stříhání, vystřihování
a děrování se dociluje s rozptýleným množstvím
tvrdých částic, zvláště karbidů v různých typech
materiálů.
·
Slinuté karbidy (karbidy W v Co matrici)
·
Ocelí vázané karbidy (TiC v ocelové matrici)
·
PM nástrojové oceli.
Karbidové nástroje se používají běžně pro nástroje
s dlouhodobou životností. Karbidy s ocelovým
pojivem mají střední úroveň odolnosti proti
opotřebení mezi nástrojovými ocelemi a slinutými
karbidy na bázi WC-Co. Skládají se z 25 – 45 % obj.
TiC homogenně rozptýlených v ocelové matrici.
Matrice mohou být nástrojové oceli, maraging
oceli a martenzitické korozivzdorné oceli. Karbidy
s ocelovým pojivem lze tepelně zpracovat a jsou
obrobitelné konvenčními metodami, když je
matrice v žíhaném stavu. Kalený nástrojový
materiál lze popouštět na různé teploty, kdy lze
získat větší houževnatost než u WC-Co. Avšak
tento zisk houževnatosti je spojen s určitým
poklesem tvrdosti. Nedoporučují se pro řezné
nástroje (pokles tvrdosti povrchových vrstev při
vysokých teplotách vytvořených v oblasti řezného
břitu). Jsou však užívány pro razníky a raznice při
práci za studena.
PM nástrojové oceli se užívají při tváření za
studena, kde se vyžaduje kombinace dobré
odolnosti proti opotřebení a pevnosti v tlaku
(vysoké tvrdosti). Prášková metalurgie dovoluje
vyrábět nástrojové oceli s VC do podmínek
velkého opotřebení. Vanadové PM nástrojové
oceli se užívají pro střižníky a střižnice při stříhání
za studena a pro razníky a raznice při lisování.
Jsou považovány za cenově efektivní náhradu
slinutých karbidů WC-Co a nástrojů z kompozitu
karbidy - ocel v případech, kdy tyto materiály
jsou citlivé na vylamování a porušení nebo kde
cena těchto materiálů je nepřípustně vysoká.
Vanadové PM nástrojové oceli jsou zvláště
vhodné pro práci za studena, protože mají
výbornou kombinaci otěruvzdornosti, houževnatosti a brusných charakteristik v širokém
rozmezí tvrdostí.
Současné vanadové PM nástrojové oceli se vyvíjí
tímto směrem:
·
Oceli obsahující 15 až 18 % V, které mají až do
30 obj.% primárních karbidů typu MC pro
zvýšení odolnosti proti opotřebení
·
Středně legované chrómovanadové ocelí
s nízkým až středním objemem karbidů pro
dosažení optimální houževnatosti a pro udržení
dobré odolnosti proti opotřebení
·
Vysokovanadové, vysokochrómové oceli,
které mají odolávat kombinovanému účinku
opotřebení a koroze.
Povrchové úpravy pro podmínky tření a opotřebení
Povrchové úpravy, které zlepšují tribologické
charakteristiky kovových materiálů (koeficient
tření a odolnosti proti různým druhům opotřebení) lze principielně rozdělit do 2 základních
skupin:
Povrchové vrstvy a povlaky s vysokou
tvrdostí
U tvrdých povrchů se výrazně sníží rozsah
plastické mikrodeformace ve styku jednotlivých
nerovností i hloubka vniknutí hrotů a řezných
hran abrazívních částic. Sníží se koeficient tření
v případech, kdy k interakci povrchů dochází při
tření bez maziva, protože se zmenší rýhovací
i adhezívní složky tření. Zmenší se tepelné
i mechanické namáhání v oblasti kontaktu, což
se projeví zmenšením intenzity degradačních
procesů, případně změnou dominantního
mechanizmu opotřebení. Na př. při adhezívním
opotřebení při malé drsnosti třecích ploch
a dobré adhezi povlaku k podkladu se mohou povrchy porušovat vysokocyklovým
únavovým mechanizmem, který má velmi
malou intenzitu.
61
3/2012
3/2012
TriboTechnika
Měkké a houževnaté povrchové vrstvy a
povlaky
U těchto povrchových úprav jsou smyková
deformace i porušování lokalizovány do tenké
vrstvy s vysokou plasticitou. Vyšší pevnost
materiálu pod povrchovou vrstvou modifikuje
pole napětí a deformací a brání rozvoji plastické
mikrodeformace a tím i porušování materiálu do
větší hloubky. Prakticky se realizuje základní
požadavek Kragelského molekulárně-mechanické teorie tření a opotřebení, t.j. kladný gradient
fyzikálně-mechanických vlastností. Tyto povrchové úpravy se uplatňují především u strojních
součástí v podmínkách adhezívního opotřebení.
U tvářecí nástrojů lze použít měkké a houževnaté
vrstvy při tváření bez maziva.
Povrchové úpravy lze rozdělit na 3 základní
skupiny - povrchové vrstvy, povlaky a duplexní
povlaky. Při vytváření povrchových vrstev se
modifikuje chemické složení, struktura nebo
substruktura na povrchu a v podpovrchových
vrstvách základního materiálu. Od povrchu do
jádra materiálu se vytváří gradient fyzikálněmechanických i chemických vlastností bez jejich
náhlé změny. Proto zpravidla nevzniká výrazné
rozhraní mezi povrchovou vrstvou a jádrem, které
může být slabým místem při provozním zatěžování
součásti či nástroje.
Povlaky se nanáší na původní povrch materiálu
a obvykle mají odlišné chemické složení i strukturu
než základní materiál. Přitom vzniká rozhraní
s výraznou změnou fyzikálně-mechanických
i chemických vlastností, což může vytvářet
problémy jak při vytváření povlaků, tak při jejich
aplikaci. Dochází k superpozici pole napětí
vyvolaného zatěžováním součásti nebo nástroje
při provozu a zbytkových pnutí v oblasti rozhraní
povlaku a podkladu.
Duplexní povlaky kombinují modifikaci povrchových vrstev s nanesením povlaku. Zabrání se
tím náhlé změně fyzikálně-mechanických i chemických vlastností směrem od povrchu do jádra
a zároveň se docílí požadované vlastnosti povrchu.
Duplexní procesy vyžadují kombinaci dvou i více
technologických postupů, což komplikuje a zdražuje výrobu nástrojů.
Povlaky a povrchové vrstvy, které zlepšují
výkonnost tvářecích nástrojů, zahrnují nitridaci,
62
tvrdé povlaky na bázi slitin niklu, bórování, PVD,
CVD a tvrdé chromování. Při použití těchto
povrchových úprav lze předpokládat dvojnásobné
až čtyřnásobné prodloužení životnosti nástroje.
Efektivnost těchto povrchových úprav roste
s rostoucí tloušťkou zpracovávaného materiálu
a bylo zjištěno až stonásobné prodloužení
životnost nástroje. Nástroje povlakované karbidy
či nitridy rovněž výrazně zlepšují drsnost povrchu
přesných výstřižků. Tvrdé PVD povlaky jsou
vhodné pro dosažení přesnějších rozměrů,
vyžadují nižší teplotu pochodu při vytvoření
povlaku, ale mají poněkud menší odolnost proti
abrazívnímu opotřebení než CVD povlaky.
Nevýhodou CVD povlaků jsou vysoké teploty
povlakovacího pochodu. Tyto teploty jsou značně
vyšší než popouštěcí teploty nástrojových ocelí
a proto je nezbytné po povlakování tepelné
zpracování (kalení a popuštění). Je nezbytné
tepelně zpracovávat v redukční atmosféře nebo ve
vakuu, protože povlaky na bázi Ti oxidují při
teplotách nad ~ 550°C. Toto tepelné zpracování
způsobuje některá omezení u součástí povlakovaných metodami CVD. Procesy CVD dovolují
vytvářet povlaky s tloušťkou v rozmezí 4 – 10 μm.
Doba procesu je obvykle 5 až 8 hodin.
PVD povlaky (TiN, TiAlN a CrN) se používají
nejčastěji. Povlak TiN je univerzálně použitelný
a relativně snadno se nanáší v porovnání
s ostatními povlaky. Povlak TiCN má často lepší
odolnost proti opotřebení než TiN. Relativně
vysoká tvrdost, vysoká tlaková pnutí a skutečnost,
že povlak TiCN často má gradientní čí vrstevnatý
charakter, zvyšuje odolnost proti opotřebení.
Povlak TiAlN má na povrchu tenkou vrstvu Al2O3,
která slouží jako tepelná bariéra. Povlak TiAlN má
lepší vlastnosti než povlaky TiN a TiCN při vysokých
teplotách v oblasti kontaktu. Nejpříznivější
vlastnost povlaku CrN je jeho velmi vysoká
houževnatost v kombinaci s poměrně vysokou
tvrdostí a nízkou adhezí k některým zpracovávaným materiálům.
V oblasti aplikací, kde je požadována odolnost
proti opotřebení v kombinaci s nízkým třením, se
uplatńují DLC povlaky. Tyto povlaky jsou dopovány
kovy (např. Cr) nebo karbidy (WC). Nízký koeficient
tření DLC povlaků lze využít u nástrojů pro tváření
bez maziva neželezných kovů a slitin.
Prof. Ing. Jan Suchánek, CSc.
ČVUT v Praze, FS, ÚST
TriboTechnika
Hodnocení kvalitativních
parametrů mikrolamelových povlaků
Mikrolamelové zinkohliníkové povlaky jsou používány v automobilovém, leteckém a stavebním průmyslu po celém světě. Mikrolamelové povlaky jsou určeny pro použití v automobilovém průmyslu a jiných inženýrských aplikacích jako povrchy, které jsou vystaveny
vysokému namáhání např. velmi vysokými teplotami, atmosférickým prostředím nebo
agresivními prostředími. Používají se v široké řadě kombinací zinkohliníkových základních
vrstev a barvených organických vrchních povlaků. Povlaky mohou být dodatečně upraveny pasivací pro zvýšení korozní odolnosti nebo dalšími typy povlaků/maziva pro zvýšení frikčních vlastností, atd.
Povlaky se vytváří nanášením suspenze zinkových a hliníkových mikrolamel a vhodného
organického a/nebo anorganického pojiva na povrch součástky, obvykle ponorem nebo stříkáním, a působením tepla (vytvrzováním) dochází ke
spojování mezi mikrolamelami a pojivem. Na
malé díly je povrchová úprava nanášena bubnovou technologií, která je vždy méně kvalitní než
jiné technologie a kvalita je kolísavá i v rámci
jedné výrobní šarže. Povrchová úprava by měla
splňovat specifikace podle ČSN EN 13858
Ochrana kovů proti korozi – Neelektrolyticky nanášené mikrolamelové povlaky zinku na součástkách ze železa nebo z oceli. Pro spojovací součásti je zavedena i norma ČSN EN ISO 10683
Spojovací součásti – Neelektrolyticky nanášené
povlaky ze zinkových mikrolamel.
Charakteristika mikrolamelových povlaků
Mikrolamelové povlaky jsou složeny zejména
ze směsi zinku a hliníku (cca 60 % pevných částic
a 20 % rozpouštědel v základní vrstvě a cca 50 %
pevných částic ve vrchní vrstvě), vodivého pojiva
a v závislosti na požadavcích pojivového maziva pro úpravu součinitele tření. Základní povlaky zajišťují ochranu ocelového podkladu proti korozi.
Zinkové a hliníkové částice (v poměru cca 95:5)
jsou do povlaku aplikovány ve formě mikrolamel
o tloušťce několika mikrometrů (obr. 1). Malé rozměry mikrolamel umožňují získání velmi tenkých
povlaků o tloušťce cca 4 µm. Mikrolamely tvoří
vrstvu, která působí jako zinková povlaková
vrstva. Pro vrchní povlaky se používají organické
i anorganické povlakové systémy, které zajišťují
ochranu proti mechanickému a chemickému namáhání. Barva mikrolamelových zinkových povlaků je stříbrošedá. Podle ČSN EN 13858 jsou povlaky označovány např. :
neelektrolyticky nanesený mikrolamelový povlak
zinku EN 13858 – Fe/iflZn4/yc, tj. mikrolamelový
povlak zinku obsahující chromany o tloušťce
4 µm nanesený ponorem na ocelový podklad,
nebo neelektrolyticky nanesený mikrolamelový povlak zinku EN 13858 – Fe/pflZn8/nc/T2,
tj. mikrolamelový povlak zinku neobsahující chromany o tloušťce 8 µm nanesený tlakovým vzduchem na ocelový podklad s organickým těsnicím
prostředkem.
Podle ČSN EN ISO 10683 jsou povlaky pouze označovány:
- povlak bez pasivace flZnnc,
- povlak s pasivací chromátem flZnyc.
Ochrana podkladového kovu proti korozi je zajištěna bariérovým účinkem lamelové (destičkové) struktury povlaku a elektrochemickým účinkem zinkových mikrolamel s přídavkem nebo bez
přídavku hliníkových mikrolamel. Účinnost protikorozní ochrany mikrolamelovými povlaky zinku
závisí na jejich tloušťce, propustnosti, typu povlaku, dalších vlastnostech a také typu korozního
prostředí (korozní agresivitě prostředí). Účinnost
protikorozní ochrany se zvyšuje dodatečnými
úpravami, např. utěsněním, pasivací, apod.
Integrovaný povlak maziva (povrchová úprava
s označením GZ) zvyšuje frikční koeficient (0,08 až
0,16). Tmavý odstín povrchové úpravy může být
Obrázek 1 – Mikrolamely
zinkových částic
3
63
3/2012
3/2012
TriboTechnika
vytvořen pigmenty v pasivní vrstvě nebo mazivu
a jeho intenzita závisí na tloušťce nebo počtu
vrstev pasivace. Mikrolamelové povlaky jsou komerčně označovány různě podle výrobce (technologie) a popř. kombinace základních a vrchní
povlaků s dodatečnou úpravou. Základní princip
těchto povlaků je ale velmi obdobný.
Specifikace kvalitativních parametrů mikrolamelových povlaků
Podle normy ČSN EN ISO 10683 jsou doporučovány minimální a maximální tloušťky povlaků s ohledem na požadované minimální rozměrové tolerance spojovacích součástí. Tloušťku povlaku lze
měřit nedestruktivními metodami – magnetickými, např. ČSN ISO 2178 Nemagnetické povlaky
na magnetických podkladech. Měření tloušťky
povlaku. Magnetická metoda nebo rentgenovými nebo destruktivní metodou mikroskopicky,
např. ČSN EN ISO 1463 Kovové a oxidové povlaky
- Měření tloušťky povlaku - Mikroskopická metoda. Při obvykle velmi malých rozměrech součástek a malé tloušťce povlaku je měření nejjednodušší nedestruktivní magnetickou metodou zatíženo velkou chybou. I při malém průměru
plochy měřící sondy je místo měření relativně velké a nelze touto metodou zjistit případné defekty,
které se následně projeví při urychlené korozní
zkoušce nebo při použití dílů a součástek s touto
povrchovou úpravou.
Také v případě, že není dodržen typ povlaku nelze
obvykle měřením tloušťky zjistit rozdíly. Na součástkách, které měly být zhotoveny se zinkovým
a zinkohliníkovým mikrolamelovými povlakem
byly zjištěny rozdíly v lokálních tloušťkách od 13,
resp. 15 do 21, resp. 23 µm při průměrných
tloušťce cca 18 µm. Vzhledem k tomu, že každá
vrstva mikrolamelového povlaku by měla mít
tloušťku 5 – 15 µm nelze zjistit rozdíl mezi typy povlaku pouze na základě měření tloušťky:
- 2 vrstvý systém ….. 10 – 30 µm,
- 3 vrstvý systém ….. 15 – 45 µm.
Rozdíl mezi typy mikrolamelových povlaků lze
prokázat pouze na základě jejich chemického složení, resp. přítomnosti hliníku, popř. i dalších prvků. Příklad je uveden v tabulce 1. Do výsledku nebyly zahnuty další prvky, které byly zjištěny, např.
Fe, Mo z podkladového materiálu (při malé
tloušťce povlaku proniká rentgenový paprsek
i do podkladového kovu), C a O, které jsou součástí organického pojiva – celkový obsah C a O je až
75 hmot. % , atd. Křemík Si je součástí vrchního po-
64
koncentrace (hmot. %)
vzorek
1
2
3
F
Mg
Al
Si
P
Ti
Zn
10,7
-
1,5
1,1
-
1,8
2,6
-
2,2
1,7
0,4
1,4
1,2
0,2
0,9
1,3
-
14,5
18,5
42,0
Tab. 1 – Analýza povrchu vzorků
vlaku. Přítomnost fosforu P by mohla potvrdit
předúpravu fosfátováním. Výsledky analýzy nelze
brát jako absolutní číslo, spíše v poměru výskytu
jednotlivých prvků.
Z těchto analýz lze pak stanovit, že povlaky mají
odlišné složení:
- povlak 1 je tvořen mikrolamelami zinku a hliníku v anorganickém pojivu,
- povlak 2 je tvořen mikrolamelami zinku a hliníku v anorganickém pojivu doplněný mazivem
PTFE (označení GZ) – přítomnost fluoru,
- povlak 3 je tvořen pouze mikrolamelami zinku
v anorganickém pojivu.
Protože povlaky s hliníkovými mikrolamelami
mají vyšší korozní odolnost, je nedodržení nebo
záměna typu povlaku významné pro životnost
a odolnost povrchové úpravy součástek.
Korozní odolnost mikrolamelových povlaků
Normy ČSN EN 13858 a ČSN EN ISO 10683 uvádí
požadavky na minimální tloušťku povlaku k dosažení specifikované odolnosti proti korozi (tabuľka 2). Odolnost proti korozi se zkouší urychlenou
korozní zkouškou v prostředí neutrální solné
mlhy podle ČSN EN ISO 9227.Výrobci uvádějí, že
povlaky jsou korozně velmi odolné, často uvádějí
i dobu do vzniku korozního napadení až 1 000 h
v podmínkách urychlené korozní zkoušky NSS.
Dlouholeté zkušenosti ale ukazují, že povlaky mohou selhat i po relativně krátké době např. 48 h.
většinou se korozní napadení vyskytuje na hranách nebo obdobných plochách součástek, kde
může být tloušťka povlaku negativně ovlivněna
tvarovým řešením součástky (obr. 2).
Obr. 2 – Korozní napadení mikrolamelového povlaku
po 48 h expozice ve zkoušce NSS
Ke koroznímu napadení dochází dříve, než je
přípustné i na rovných plochách součástek.
V řadě případů byla jako příčina nevyhovující ko-
TriboTechnika
minimální tloušťka
povlaku (µm)
povlak
povlak
s pasivací
bez pasivace
(flZnyc)
(flZnnc)
240
4
6
480
5
8
720
8
10
960
9
12
Tab. 2 – Korozní odolnost v urychlené korozní zkoušce NSS
doba zkoušky
bez koroze
podkladové oceli (h)
rozní odolnosti mikrolamelového povlaku zjištěna nedostatečná kvalita povlaku – nerovnoměrná tloušťka, místní tloušťka výrazně nižší než specifikovaná hodnota (5 až 7 µm), a další defekty
v povlaku. Především u těch součástek a dílů, kde
je povrchová úprava aplikována v bubnových zařízeních, je tloušťka povlaku velmi nerovnoměrná
(obr. 3).
Obrázek 3 – Příklady
nerovnoměrné tloušťky
mikrolamelových
povlaků
Ke koroznímu napadení mikrolamelových zinkových povlaků dochází při průniku korozního
prostředí k zinkovým lamelám, resp. k podkladové oceli. Pak místní i velmi malé nerovnoměrnosti
v tloušťkách povlaků neb jiné defekty vedou
k rychlému výskytu koroze podkladového kovu.
Při korozi zinkových lamel dochází ke zvýšení je-
Obrázek 4 – Příklad
korozního napadení
mikrolamelového
povlaku
jich objemu a narušování celistvosti a soudržnosti
pojivové složky povlaku (obr. 4).
Např. u automobilové součástky byla předepsána
povrchová úprava mikrolamelovým povlakem
s celkovou tloušťkou 16 µm byla nedestruktivní
metodou naměřena tloušťka od 16 do 26 µm, ale
destruktivním hodnocením na výbrusu byla
zjištěna i tloušťka cca 14 µm, ale především defekty ve vrstvě (obr. 5) – nerovnoměrná tloušťka povlaku, které je cca 5 µm (červené šipky), a prázdná
místa (vakance – zelené šipky).
Obrázek 5 –
Vrstva mikrolamelového
povlaku zinku
s defekty
Závěr
Přes relativně dlouho dobu používání těchto
typů povlaků v praxi se stále vyskytují nedostatky
v kvalitě mikrolamelových povlaků. Řadu nedostatků lze zjistit pouze na základě destruktivního hodnocení povlaku – nerovnoměrné tloušťky,
vakance ve vrstvě povlaku, apod. resp. obvykle se
projeví vznikem koroze podkladového kovu
v urychlené korozní zkoušce. Přesnou příčinu je
možné zjistit pouze detailním hodnocením povlaků. Specifikace uvedené v technických normách pro tento typ povlaků nejsou dostatečné.
Také typ povrchové úpravy je možné pouze chemickou analýzou složení povlaků. V případě, že
má odběratel pochybnosti o kvalitě povrchové
úpravy mikrolamelovými povlaky je nutné
provést takováto hodnocení.
Korozní odolnost mikrolamelových povlaků je
významně závislá na kvalitě povlaku – rovnoměrné, požadované tloušťce. V případě lokálních i velmi malých defektů dochází k rychlému prokorodování povlaku, např. po 1 roce expozice v běžném prostředí ČR. Urychlené korozní zkošuky mohou indikovat nižší kvalitu povlaku, ale z jejich výsledků nelze vycházet při predikci životnosti protikorozní ochrany mikrolamelovými povlaky.
Ing. Kateřina Kreislová, Ph.D.,
Ing. Tomáš Kubatík, Ph.D.,
Mgr. Libor Turek,
Ing. Jaroslav Kvapil
3
65
3/2012
3/2012
TriboTechnika
Ohňostroj inovací
a průmyslových technologií
VIENNA-TEC 2012 v sousední Vídni a mezinárodní
setkání EUROKONTAKT ve dnech 9. - 12. 10. 2012
Přípravy na největší mezinárodní průmyslový odborný veletrh VIENNA-TEC
2012, jehož brány se otevřou 9. října 2012, jsou v plném proudu. VIENNA-TEC ,
který se koná jednou za 2 roky, nabízí možnost zhlédnout na jednom místě
pod jednou střechou šest mezinárodních odborných průmyslových veletrhů
AUTOMATION AUSTRIA (automatizace), ENERGY-TEC (energie), IE (průmyslová elektronika), INTERTOOL (nástroje a nářadí), MESSTECHNIK (měřící a regulační technika) a SCHWEISSEN/JOIN-EX (svařování) a speciální expozice
MENSCH.ARBEIT.SICHERHEIT, HYDRAULIK, SENSORICS, LOGISTICS,
MANUFACTURING a OBERFLÄCHENTECHNIK. Poprvé se v rámci veletrhu uskuteční speciální expozice IT@INDUSTRY.
Rádi bychom čtenáře časopisu Tribotechnika
informovali, že aktivní zájem o účast na veletrhu
VIENNA-TEC 2012 je také ze strany podnikatelů
a organizací ze Slovenska. Bratislavská regionální
komora SOPK připravuje na VIENNA-TECu společný
stánek slovenských firem regionu Bratislava, v rámci
kterého se budou prezentovat firmy IMC Slovakia, s.r.o., IRONAL spol. s r.o., SNAHA s.r.o., TESLA
Liptovský Hrádok, a.s. a firma Prematlak, s.r.o.
Můžete navštívit také samostatnou expozici slovenské společnosti QUAD Industries, která představí
podsvícenou kapacitní klávesnici vlastního vývoje,
se senzory umístěnými přímo pod krycím panelem
nezávisle na řídící DPS.
Dne 9. 10. 2012 se v rámci veletrhu uskuteční Den
odborných návštěvníků ze Slovenské republiky
(Den Slovenska). Již nyní plánuje svoji účast na
veletrhu Slovenská svářečská společnost, Slovenská asociace strojních inženýrů, delegace
regionu Žilina, odborníci ze slovenských univerzit,
odborná a regionální média a další firmy
a organizace.
Pro velký zájem slovenských firem o návštěvu
veletrhu VIENNA-TEC, plánuje společnost Schwarz
& Partner s.r.o. Praha, vypravit 10 autobusových
zájezdů z různých regionů Slovenska, např. z
Bratislavy, Trnavy nebo Trenčína.
Většinu vystavovatelů VIENNA-TECu tradičně tvoří
firmy z Rakouska a Německa. Letos má rekordní
66
TriboTechnika
účast i Česká republika, a to dosud více než 10 přihlášených vystavovatelů.
Veletrh je velmi zajímavý a lákavý i pro řadu firem
z různých zemí střední a východní Evropy
a EURASIE. Poprvé se na veletrhu očekává účast
delegací podnikatelů z více než sedmi regionů
Ruské federace, včetně Moskvy, Petrohradu,
Jižního Uralu, Kaliningradu, Omsku, Čuvašie
a Kalugy.
VIP pozvánky (čestné vstupenky) pro vás a vaše
obchodní partnery mohou poskytnout mediální
partneři projektu na Slovensku, ale také řada regionálních hospodářských komor, asociací a svazů.
Schwarz & Partner – oficiální výhradní zastoupení
VIENNA-TECu na Slovensku nabízí středním a menším slovenským firmám kromě standartní účasti
na samostatných nebo společných stáncích navíc
speciální prezentační balíčky, včetně katalogových prezentací. Více informací získáte na telefonním čísle 603 278 654 u paní Lenky Kotllárové.
Slovenské firmy se dále mohou po předchozí
domluvě se společností Schwarz & Partner zúčastnit řady mezinárodních setkání EUROKONTAKT,
např. s delegací z dalekého sibiřského regionu
Omsk z Ruské federace. Z regionu Omsk se budou
účastnit na VIENNA-TECu následující firmy, které
hledají obchodní zastoupení nebo nabízejí společnou výrobu – firma INNOVA (specializující se na
vývoj a zavádění nových technologií mikrovlnného sušení v různých oblastech zemědělství),
GEOSYSTEMS (výzkum a vývoj v oblasti vesmírné
geodézie), KV-SVJAZ (vědecko-technická společnost specializující se na návrhy a výrobu telekomunikačních zařízení v dosahu středních vln pro
dálkové mobilní radiostanice), ULTRAZVUKOVYE
SISTEMY (specializující se v oblasti vývoje technologií, konstrukcí a výroby zařízení pro ultrazvukové čištění materiálů), DIAL (výrobce přístrojověsoftwarových systémů screeningové diagnostiky),
METROMED (vývoj a výroba lékařských přístrojů),
OMIKS (výroba technologických a diagnostických
vybavení pro trakční kolejová vozidla), TEST-LAB
(služby pro analýzu životního prostředí a diagnostiku onemocnění), PROMYŠLENNYE TECHNOLOGII
(sériová průmyslová výroba, jejíž součástí je kovoobrábění) a TOČNAJA ELEKTRONIKA (služby v
oblasti vědecko-technického vývoje a vývoje rádiových přístrojů lékařské techniky).
Společnosti, se zájmem o spolupráci se slovinskými firmami mohou obdržet profily těchto
firem již před zahájením veletrhu. Zvažují se také
možnosti setkání podnikatelů různých regionů
Slovenska s rakouskými firmami.
Více aktuálních informací o VIENNA-TECu 2012
najdete v němčině na www.vienna-tec.at nebo
v češtině na www.sp.cz.
Věříme, že potenciál účasti slovenských firem na
této prestižní události Rakouska, která se koná
jednou za 2 roky v nedaleké Vídni, je opravdu velký
a že účast na VIENNA-TECu vám přinese spoustu
nových pozitivních zážitků a pomůže získat nové
zajímavé obchodní kontakty se západní a
východní Evropou.
Pro včasnou registraci na veletrh a další informace
prosím kontaktujte výhradní oficiální zastoupení
veletrhu VIENNA-TEC pro Slovensko a další země
střední a východní Evropy a EURASIE:
Schwarz & Partner spol. s r. o.
Benediktská 5/691,
110 00 Praha 1
Tel.: +420 603 278 654
[email protected]
www.sp.cz
67
3/2012
TriboTechnika
Aplikácie nových PVD povlakov
Fyzikálna depozícia povlakov (PVD) patrí k štandardným technológiám povrchového
inžinierstva. Umožňuje zvýšiť povrchovú tvrdosť, znížiť trenie a zvýšiť teplotnú odolnosť
materiálov. Povlaky dosahujú obvykle hrúbku od 0,001 až do 0,005 mm, čím zásadne
neovplyvňujú rozmery a obvykle je povlakovanie konečná operácia na hotovom výrobku.
Najpoužívanejšia technológia z oblasti tvrdých
oteruvzdorných povlakov pripravovaných na
nástroje je tzv. katódové oblúkové naparovanie –
ARC. Pri nej sa pomocou horenia nízkonapäťového oblúka odparuje a ionizuje materiál z tzv. targetu, ktorý je kovový (Ti, Cr, Al/Ti) a spolu s plynnou
atmosférou tvorenou dusíkom na povrchu materiálu umiestneného vo vákuovej komore vytvára
povlak (TiN, CrN, AlTiN). Tieto tzv. konvenčné
povlaky majú prevažne stĺpcovitú štruktúru
v smere rastu povlaku. Použitím vhodnej technológie a pridaním prvkov, ako je kremík, dokážeme
stĺpcovitú štruktúru zmeniť. To je typické pre tzv.
nanokompozitné povlaky (TiAlSiN). Sú tvorené
dvoma vzájomne nerozpustnými fázami, pričom
jedna je kovová AlTiN a druhá je amorfná Si3N4.
Povlaky sú extrémne tvrdé a oteruvzdorné.
obr. 1
V nedávnej dobe uviedla na trh firma PLATIT A.G.
(obr.1), novú štruktúru vrstiev tzv. TripleCoatings.
Štruktúra týchto PVD vrstiev je tvorená:
- Adhéznou vrstvou – obvykle nanášanú z
targetu Ti alebo Cr
- Funkčnou vrstvou – obvykle konvenčná štruktúra – AlTiN,AlCrN, AlTiCrN
- Vrchnou tvrdou vrstvou – na báze nanokompozitov, oxidov alebo oxinitridov –
TiAlSiN, CrAlSiN, (Al,Cr)2O3 alebo ((Al,Cr)(O,N)).
Štandardné TripleCoatings sú reprezentované
povlakmi nACo3®, nACRo3®, nACOX3®
nACo3® - základ tejto vrstvy tvorí adhézna vrstva
TiN. Funkčná vrstva je tvorená húževnatou a odolnou vrstvou AlTiN. Vrchná tvrdá vrstva je tvorená
nanokompozitnou vrstvou nACo® (TiAlSiN) ktorá
obr. 2
zabezpečuje vysokú oteruvzdornosť a odolnosť
voči teplote až do 1 200 °C (obr. 2). Aplikácie vrstvy
sú predovšetkým vo vŕtaní a frézovaní materiálov
so strednou a vysokou pevnosťou.
nACRo3® – Adhézna vrstva je CrN. Funkčná vrstva
TiAlCrN a vrchná vrstva je tvorená nanokompozitnou vrstvou CrAlSiN, ktorá je veľmi úspešná pri frézovaní ťažkoobrobiteľných materiálov, ako sú titánové zliatiny. Aplikačné možnosti sú i v strihaní.
nACOX3®- vrchnú časť povlaku tvoria oxidy (oxinitridy) a je vhodná predovšetkým na suché frézovanie a obrábanie abráziivzdorných materiálov.
Nová štruktúra povlakov vhodne kombinuje doteraz známe štruktúry povlakov a umožňuje nasadenie extrémne tvrdých nanokompozitných povlakov i v aplikáciách, kde vďaka podmienkam pri
obrábaní nebolo možné využiť naplno ich potenciál. Otvárajú sa nové možnosti v oblasti obrábania
ťažko obrobiteľných materiálov.
Ing. Jozef Sondor
Zaťaženie nástroje pri odfrézovaní L=28 m
nACo nACRo nACO3
142%
126%
118%
nACo
nACRo
nACO3
obr. 3
69
3/2012
OHLIADNUTIE za:
38. konference Projektování a provoz povrchových úprav
Autor: PhDr. Zdenka Jelínkova
Jak proti korozi a jak na kvalitní
povrchovou úpravu výrobků tak,
aby se zvýšila konkurenceschopnost, o tom jednali odborníci na 38.
konferenci Projektování a provoz
povrchových úprav ve dnech 7. – 8.
března 2012 v Praze, v hotelu
Pyramida.
nejlepší řešení, vyhnuli se rizikům a možným haváriím, předešli event. postihům.
Program jednání zakončila exkurze na pracoviště
povrchových úprav Czech Airlines Technics, a. s.
(dceřiná společnost Českých aerolinií) v Praze
6 - Ruzyni. O exkurzi byl velký zájem, neboť spojování teoretických poznatků a praktických zkušeností
je velmi zajímavé a přínosné.
Díky kvalitnímu programu byla účast
na konferenci traVYRÁBĚT ÚSPORNĚ, EKOLOGICKY ŠETRNĚ
dičně v ysok á.
Každoroční, mnoSTOP KOROZI KVALITNÍ POVRCHOVOU ÚPRAVOU
haleté setkávání
ZVÝŠIT TRVANLIVOST A VZHLED VÝROBKŮ
přináší nové informace, umožňuje výměnu zkuKonference má v ČR nejdelší tradici
šeností, přispívá k navazování nových kontaktů
v oboru povrchových úprav. Boj
v příjemné, přátelské atmosféře.
s korozí je běh na dlouhou trať. Na
Konference pořádaná PhDr. Z. Jelínkovou – PPK ve
zahájení prof. Ing. P. Novák z VŠCHT
referoval o stoletém vývoji korozivzdorných ocelí.
Na konferenci se sešli projektanti,
technologové z lakoven, galvanizoven, zinkoven s dodavateli
zařízení, nových technologií od
předúprav po finální úpravy různých materiálů.
Cílem všech přednášek bylo
přispět ke zlepšování vzhledu
výrobků, úsporné, bezpečné
výrobě, a tím dosahovat významnou výhodu - lepší konkurenceschopnosti na trhu. K tomu
směřovaly nabídky firem, přednášky předních odborníků o právních
předpisech, ochraně ovzduší,
nebezpečných chemických látkách/směsích, odpadech, požární
spolupráci s odbornými společnostmi Asociací
bezpečnosti, normách aj.
korozních inženýrů, Českou společností povrchoPropojení zkušeností z provozů
vých úprav, Asociací českých a slovenských zinkos informacemi o nových změnách
ven, Asociací výrobců nátěrových hmot ČR je dlouv právních předpisech a normách
holetou stálicí mezi akcemi s touto odbornou témapomáhá pracovníkům, aby našli
tikou.
70