Tuhá maziva: přehled, výhody, omezení a použití v extrémních podmínkách

Tuhá maziva: přehled, výhody, omezení a použití v extrémních podmínkách

Tuhá (pevná) maziva představují klíčovou skupinu tribotechnických materiálů pro aplikace, kde selhávají kapalné oleje a plastická maziva. Používají se zejména při vysokých teplotách, extrémním zatížení, ve vakuu, agresivním prostředí nebo při nemožnosti domazávání.

Společnost Ekolube se dlouhodobě specializuje na návrh, výběr a aplikaci tuhých maziv a tribologických řešení pro náročné provozní podmínky. Tento přehled shrnuje základní principy, typy tuhých maziv, jejich praktické využití a pomáhá s jejich správnou volbou v praxi.

Co jsou tuhá maziva a proč jsou důležitá

Tuhá maziva jsou látky, které snižují tření a opotřebení třecích ploch bez nutnosti kapalného mazacího filmu. Fungují tak, že:

• oddělují povrchy i při velmi vysokém zatížení,
• zabraňují přímému kontaktu asperit,
• vytvářejí mazací film (tribofilm) s nízkou smykovou pevností.

Historicky byla tuhá maziva používána již ve starověku (např. sádra při stavbě pyramid), dnes jsou však nepostradatelná v letectví, kosmickém průmyslu, energetice, jaderných aplikacích i v moderním strojírenství.

Způsoby aplikace tuhých maziv

Tuhá maziva se do třecí zóny dostávají několika způsoby:

• Suché mazací povlaky (filmy) – souvislé vrstvy nanesené na povrch dílu
• Kompozitní povlaky – částice maziva v nosné matrici
• Objemové kompozity – mazivo rozptýlené v celém objemu materiálu
• Práškové mazání – suchý prášek přiváděný přímo do místa tření
• Aditiva v olejích a plastických mazivech – tuhé částice v kapalině

Správná forma aplikace má zásadní vliv na životnost, tření i odolnost proti opotřebení.

Klíčové vlastnosti kvalitních tuhých maziv

Pro efektivní funkci musí tuhé mazivo splňovat zejména tyto požadavky:

• Nízká smyková pevnost ve směru kluzu → nízký součinitel tření
• Vysoká tlaková odolnost kolmo na směr pohybu → přenos zatížení
• Dobrá adheze k podkladu → stabilní mazací film

Nejlepších vlastností dosahují anizotropní materiály s vrstevnatou krystalovou strukturou, kde vrstvy po sobě snadno kloužou.

Výhody a nevýhody tuhých (suchých) maziv

Hlavní výhody

• funkce při extrémním zatížení
• použitelnost při velmi vysokých i nízkých teplotách
• odolnost vůči vakuu, chemikáliím a agresivnímu prostředí
• možnost bezúdržbového provozu

Omezení a nevýhody

• vyšší tření než u hydrodynamického mazání
• omezená životnost mazacího filmu
• horší odvod tepla
• složitější doprava maziva do místa styku

Přehled hlavních skupin tuhých maziv

1. Anorganická maziva s vrstevnatou strukturou

Typickými zástupci jsou grafit, MoS₂, WS₂ a hexagonální nitrid bóru (hBN).
Jejich struktura umožňuje snadný smyk mezi vrstvami, což vede k velmi nízkému tření.

• Grafit: výborný ve vlhku, nefunkční ve vakuu (–180 až 500°C)
• MoS₂ a WS₂: ideální pro vakuum a kosmické aplikace (-200 až 400°C)
• hBN („bílý grafit“): extrémně teplotně a chemicky stabilní (~900 °C na vzduchu , 1400°C vakuum)

. Oxidy kovů

Oxidy jako B₂O₃, TiO₂, MoO₂ nebo ZnO fungují především při vysokých teplotách, kdy vytvářejí sklovité nebo vrstvené filmy.

• účinné zpravidla až nad 200 °C
• vhodné pro aplikace, kde kapalná maziva selhávají
• často se používají v kombinacích (např. oxidové eutektiky)

3. Měkké kovy

Olovo, cín, indium, stříbro či zlato se uplatňují jako tenké povlaky nebo součásti kompozitů.

• nízká smyková pevnost a vysoká plasticita
• dobrý odvod tepla
• využití v ložiskách, energetice, letectví

4. Polymerní tuhá maziva

Nejvýznamnějším zástupcem je PTFE (Teflon®) použití -270 až +260°C

• extrémně nízký součinitel tření
• chemická inertnost
• použití v potravinářství, farmacii i strojírenství
• často jako součást samomazných kompozitů

5. Mýdla (metalické soli mastných kyselin)

Tvoří tenké tribochemické vrstvy přímo na kovových površích.

• velmi nízké tření
• schopnost samoregenerace
• využití při tváření, v práškové metalurgii i jako aditiva

6. Fluoridy

Fluoridy (CaF₂, BaF₂) jsou určeny pro extrémně vysoké teploty (400–900 °C).

• chemicky i tepelně mimořádně stabilní
• nefunkční za studena → často se kombinují s jinými mazivy

7. Nanomateriály a moderní trendy

Nanostrukturovaná tuhá maziva (grafen, nano-MoS₂, CNT, MXeny) představují nejrychleji se rozvíjející oblast.

• velmi nízké tření (až superlubrikace)
• vysoká odolnost proti tlaku a opotřebení
• tvorba stabilních nanotribofilmů

                    Fulereny IF-WS₂                Exfoliace WS₂ při zatížení         Tribofilm

Závěr: Jak správně zvolit tuhé mazivo

Neexistuje univerzální tuhé mazivo. Každý typ má své výhody i omezení a správná volba vždy závisí na:

• teplotě,
• zatížení,
• prostředí (vzduch, vakuum, chemikálie),
• požadované životnosti a údržbě.

Současný vývoj směřuje k nanokompozitním a adaptivním mazacím systémům, které kombinují více mechanismů mazání a umožňují spolehlivý provoz i v těch nejnáročnějších podmínkách.

???? Potřebujete poradit?

Kontaktujte odborníky Ekolube.
Navrhneme řešení přesně pro vaše provozní podmínky – od výběru materiálu až po implementaci v praxi.

Ing. Lubomír Tresner