रबड़/धातु युग्मों में घर्षण और घिसाव को कम करने के लिए एंटी-फ्रिक्शन सॉलिड-फिल्म कोटिंग्स (ASC)

परिचय

मशीन निर्माण में अक्सर रबर/धातु जोड़ों का उपयोग किया जाता है। एक नियम के रूप में, वे विभिन्न सीलिंग उपकरणों में शामिल होते हैं जैसे - घूमने वाले शाफ्ट के कप-प्रकार के सील, पाइपलाइन फिटिंग और वायवीय एक्ट्यूएटर्स के ओ-रिंग्स, सबमर्सिबल पंपों के थ्रस्ट बियरिंग्स। 

इसके अलावा, कई स्क्रू पंपों के निर्माण में रबर लाइनर और इसके साथ इंटरैक्ट करने वाले स्टील रोटर की उपस्थिति होती है। इस तरह की इकाइयों को डिजाइन करते समय, एक पैकेज कार्य को हल करना माना जाता है, क्योंकि यह निम्नलिखित परस्पर विरोधी आवश्यकताओं से संबंधित है:

• घर्षण के नुकसान को यथासंभव कम करना
• निर्दिष्ट सेवा जीवन और जकड़न (tightness) प्रदान करना

रबर संपर्क सील, मेटिंग मेटल सतहों पर सीलिंग भागों की चुस्त फिटिंग के कारण जकड़न प्रदान करते हैं। इस तरह के सील में जकड़न की उच्चतम विश्वसनीयता होती है लेकिन गति के दौरान घर्षण बलों को दूर करने के लिए सीमित स्थायित्व और ऊर्जा का महत्वपूर्ण नुकसान होता है।

घर्षण स्थितियों की विशेषताएं

प्रारंभिक प्रीलोड और ऑपरेटिंग प्रेशर प्रीलोड के कारण सॉफ्ट रबर सीलिंग भाग मेटिंग धातु के हिस्सों में कसकर फिट हो जाते हैं, जो गति के दौरान किसी भी अंतराल की अनुमति नहीं देते हैं जिससे रिसाव हो सके।

सील का संचालन करते समय महत्वपूर्ण समस्याएं आराम की स्थिति में रबर का मेटिंग धातु की सतहों से चिपकना, भागों के हिलने शुरू होने पर महत्वपूर्ण घर्षण बल, और अंतराल के माध्यम से रबर का बाहर निकलना हैं।

धातु के हिस्सों से रबर के हिस्सों का चिपकना एक बहुत ही अवांछनीय विशेषता है जो सील की तेजी से विफलता में योगदान देती है, और चलती भागों को गति शुरू करने के लिए अधिक प्रयासों की मांग करती है।

रबर सील क्षति का विशिष्ट स्वरूप चित्र में दिखाया गया है। रबर कप के चिपकने के कारण, तंत्र के संचालन शुरू होने पर उनके नुकीले लॉकिंग किनारे की क्षति संभव है। स्थिर घर्षण का गुणांक f=1.0 से 1.2 मान तक पहुँच सकता है। क्षति और सील के स्थानीय खिंचाव के परिणामस्वरूप, यह आंशिक रूप से टूट जाता है जिससे कार्यशील माध्यम का रिसाव होता है।

आणविक-यांत्रिक सिद्धांत के अनुसार, घर्षण गुणांक में दो घटक होते हैं: सूक्ष्म-अनियमितताओं के मेशिंग और उनके विरूपण के कारण होने वाला यांत्रिक, और आणविक आकर्षण बलों की उपस्थिति के कारण होने वाला आणविक घटक। रबर/धातु प्रणाली में, धातु/धातु जोड़ों के विपरीत, गुणांक का यांत्रिक घटक पर्याप्त बड़ा होता है।

इसे कम करने के लिए, वे परिष्करण उपचार (finishing treatment) के विभिन्न तरीकों, विशेष रूप से बफिंग द्वारा उपचार करके माइक्रो-ज्यामिति के पहलू में धातु की सतह की गुणवत्ता में सुधार करना चाहते हैं।

हालांकि, जैसे-जैसे सतह की गुणवत्ता में सुधार होता है, संपर्क क्षेत्र बढ़ने के कारण घर्षण गुणांक का आणविक घटक भी बढ़ता है। इसलिए, घर्षण जोड़ों के लिए सामग्री का चयन करना और संपर्क करने वाली सतहों के यांत्रिक उपचार का एक तरीका इंजीनियरिंग के दृष्टिकोण से काफी जटिल है, और इस प्रकार, इसे घर्षण और घिसाव की प्रक्रियाओं को ध्यान में रखते हुए एकीकृत तरीके से हल किया जाना चाहिए।

एंटी-फ्रिक्शन सॉलिड-फिल्म कोटिंग्स (ASCs) कैसे काम करती हैं?

एंटी-फ्रिक्शन सॉलिड-फिल्म कोटिंग्स (ASC) तकनीक धातु की सतह पर 5 से 25 µm मोटी मिश्रित परत बनाने में सक्षम बनाती है। यह परत एक पॉलीमर मैट्रिक्स है जो आधार से मजबूती से जुड़ी होती है, जबकि इसकी कोशिकाएं ठोस चिकनाई वाली सामग्री (Solid lubricating material) के अति-सूक्ष्म कणों से भरी होती हैं (चित्र 1)।

चित्र 1 – कोटिंग्स के कार्य की संरचना

ठोस चिकनाई सामग्री के रूप में सुपरफाइन-ग्रैन्ड पॉलीटेट्राफ्लोरोएथिलीन (PTFE) पाउडर, ग्रेफाइट और मोलिब्डेनम डाइसल्फाइड के विशेष संशोधनों का उपयोग किया जाता है। एक ओर, ऐसी कोटिंग सतह की सूक्ष्म-खुरदरापन को भरने और इसके सहायक क्षेत्र का विस्तार करके रबर युक्त जोड़े में घर्षण गुणांक के यांत्रिक घटक को कम करने में योगदान देती है। 

दूसरी ओर, कोटिंग एक अलग करने वाली परत बनाती है जो रबर को धातु से चिपकने से रोकती है। उचित रूप से, घर्षण गुणांक का आणविक घटक कम हो जाता है।

कोटिंग्स का उपयोग ग्रीस या अन्य प्रकार के स्नेहक के अनुप्रयोग को छोड़ने में सक्षम बनाता है। उनके विपरीत, कोटिंग भार और ऑपरेटिंग मीडिया दबाव के संपर्क में आने के बावजूद संपर्क क्षेत्र से बाहर नहीं निकलती है। कोटिंग द्वारा बनाई गई एंटी-फ्रिक्शन सेपरेटिंग लेयर बाहरी कारकों से व्यावहारिक रूप से स्वतंत्र होती है।

कोटिंग चयन

चित्र 2 – अपनी आंतरिक बेलनाकार सतहों पर Modengy 1010 कोटिंग के साथ न्यूमो-सिस्टम के तत्व

Modengy रूसी कंपनी ने एंटी-फ्रिक्शन सॉलिड-फिल्म कोटिंग्स विकसित की हैं जो रबर/धातु जोड़ों में घर्षण में कमी के कार्य को सफलतापूर्वक हल करती हैं (तालिका 1 देखें)। इन कोटिंग्स का उपयोग निम्नलिखित भागों पर किया जाता है:

• न्यूमो- और हाइड्रोसिलेंडर की आंतरिक बेलनाकार सतहें (चित्र 2)
• घूमने वाले शाफ्ट जो रबर कप-प्रकार के सील के साथ संपर्क करते हैं
• पाइपलाइन फिटिंग की छड़ें (Rods)
• पंपों के धातु के हिस्से, यानी रोटर और स्लाइडिंग बियरिंग्स
• अक्षीय फेस सील (axial face seals) के तत्व

कोटिंग्स स्लिप-स्टिक को रोकती हैं और तंत्र के सुचारू संचालन को सुनिश्चित करती हैं और साथ ही उनके सेवा जीवन को बढ़ाती हैं। इन कोटिंग्स का महत्वपूर्ण लाभ यह है कि वे धातु के हिस्से के लिए उच्च संक्षारण सुरक्षा स्तर प्रदान करती हैं, जो स्टेनलेस स्टील्स के उपयोग को छोड़ने में सक्षम बनाती है। कोटिंग के नीचे की सतह के लिए खुरदरापन की कोई उच्च आवश्यकता नहीं होती है – 0.8 µm से नीचे का Ra मान पर्याप्त होगा।

एंटी-फ्रिक्शन सॉलिड-फिल्म कोटिंग्स को प्रारंभिक रूप से तैयार सतह पर तरल एजेंट का छिड़काव करके लगाया जाता है। कोटिंग 10 मिनट के भीतर ठीक और चिपचिपाहट मुक्त हो जाती है, और फिर हिस्से को बिना किसी व्यवधान या क्षतिग्रस्त होने के जोखिम के सुरक्षित रूप से ले जाया जा सकता है। एंटी-फ्रिक्शन सॉलिड-फिल्म कोटिंग्स का पूर्ण इलाज +150°С से +200°С के निश्चित तापमान पर एक्सपोजर के बाद होता है, इसमें 30 से 60 मिनट लगते हैं। यह कोटिंग के विशिष्ट ब्रांड पर निर्भर करता है।

तालिका 1. कोटिंग्स संरचना और विशेषताएं

MODENGY  कोटिंग उत्पाद	ठोस चिकनाई घटक	सेवा तापमान सीमा, °С	रंग	ASTM D2714 के अनुसार पहनने का प्रतिरोध, हजार चक्र	ASTM D2714 के अनुसार घर्षण गुणांक	ISO R 1456 के अनुसार संक्षारण सुरक्षा (नमक धुंध में परीक्षण), घंटे
1066	मोलिब्डेनम डाइसल्फाइड, ग्रेफाइट	-70…+315	धूसर-काला आधा-मैट	191	0,03	300
1010	PTFE	-70…+250	चमकदार काला	15	0,10	500
1011	PTFE	-70…+250	चांदी जैसा	49	0,08	500
1014	मोलिब्डेनम डाइसल्फाइड, PTFE	-75…+255	मैट धूसर	290	0,04	350

निष्कर्ष

रबर/धातु जोड़ों में Modengy एंटी-फ्रिक्शन सॉलिड-फिल्म कोटिंग्स का अनुप्रयोग निर्माण को अनुकूलित करने और कई लाभ प्राप्त करने में सक्षम बनाता है, विशेष रूप से निम्नलिखित:

• स्टेनलेस स्टील्स को अधिक उपलब्ध रचनात्मक स्टील्स के साथ बदलने के कारण लागत की बचत – कोटिंग आवश्यक सुरक्षा स्तर प्रदान करेगी

• परिमार्जन यांत्रिक उपचार के कठिन तरीकों को समाप्त करने के कारण लागत की बचत – कोटिंग्स लगाने के लिए Ra=0.3 से 0.8 µm सीमा के भीतर सतह खुरदरापन इष्टतम है

• कोटिंग में एक ठोस स्नेहक घटक की उपस्थिति के कारण दक्षता कारक, सेवा जीवन में वृद्धि और तंत्र के सुचारू संचालन को सुनिश्चित करना, जो घर्षण को प्रभावी ढंग से कम करने में सक्षम है

• शुरुआती क्षण में रबर को चिपकने और क्षतिग्रस्त होने से रोकना – कोटिंग में एंटी-एडेसिव गुण होते हैं

• धातु के हिस्से की सतह की सूक्ष्म-खुरदरापन की रिक्तियों को भरने के कारण जकड़न (Tightness) में वृद्धि

• धूल भरी परिस्थितियों में अतिरिक्त स्नेहन के बिना तंत्र के काम करने की संभावना – कोटिंग सूखा स्नेहन (dry lubrication) प्रदान करती है

अधिक जानकारी और अपने विशिष्ट कार्य को हल करने के लिए परामर्श प्राप्त करने के लिए, कृपया Modengy कंपनी से संपर्क करें।

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