مادة تشحيم جافة

يتكون الجرافيت هيكليًا من طبقات من ذرات الكربون متعددة الحلقات ذات اتجاه سداسي. وتكون المسافة بين ذرات الكربون في هذه الطبقات أطول، وبالتالي تكون الروابط أضعف.

يُعدّ الجرافيت الأنسب للتشحيم في الهواء. ويُعتبر بخار الماء عنصرًا أساسيًا لتشحيم الجرافيت. إذ يُقلّل امتصاص الماء من طاقة الترابط بين المستويات السداسية للجرافيت إلى مستوى أدنى من طاقة الالتصاق بين الركيزة والجرافيت. ولأن بخار الماء شرطٌ أساسي للتشحيم، فإن الجرافيت غير فعّال في الفراغ. ^{[ 5 ]} ولأنه موصلٌ للكهرباء، يُمكن أن يُعزّز الجرافيت التآكل الجلفاني . في بيئة مؤكسدة، يكون الجرافيت فعّالًا عند درجات حرارة عالية تصل إلى 450  درجة مئوية بشكل مستمر، ويستطيع تحمّل درجات حرارة أعلى بكثير.

يتميز الجرافيت بمجموعتين رئيسيتين: طبيعي وصناعي.

• الجرافيت الصناعي منتج مُلبّد بدرجة حرارة عالية ، ويتميز بنقائه العالي من الكربون (99.5-99.9%). ويمكن للجرافيت الصناعي من الدرجة الأولية أن يقترب من خصائص التزييت الجيدة للجرافيت الطبيعي عالي الجودة.
• يُستخرج الجرافيت الطبيعي من المناجم. وتختلف جودته تبعًا لجودة الخام وعمليات المعالجة اللاحقة للتعدين. والمنتج النهائي هو جرافيت يحتوي على نسبة عالية من الكربون (96-98% كربون في الجرافيت عالي الجودة)، والكبريت، وثاني أكسيد السيليكون _، والرماد. وكلما زادت نسبة الكربون ودرجة التبلور (التبلور العالي)، تحسنت خصائص التزييت ومقاومة الأكسدة.

بالنسبة للتطبيقات التي تتطلب فقط قدرًا ضئيلاً من التزييت وطبقة عازلة حراريًا أكثر، فسيتم اختيار الجرافيت غير المتبلور (80٪ كربون).

يُستخرج ثاني كبريتيد الموليبدينوم (MoS₂ _{) من بعض الرواسب الغنية بالكبريتيدات، ويُكرر للحصول على درجة نقاء مناسبة للاستخدام في مواد التشحيم. ومثل الجرافيت، يتميز MoS₂} ببنية بلورية سداسية، وله خاصية القص السهل. غالبًا ما يتفوق أداء MoS₂ _في التشحيم على أداء الجرافيت، وهو فعال في الفراغ أيضًا، على عكس الجرافيت. ويُحدّ من قدرة MoS₂ على تحمل درجات حرارة _تصل إلى 400  درجة مئوية، عامل الأكسدة. يُعدّ حجم الجسيمات وسُمك الطبقة من المعايير المهمة التي يجب مراعاتها مع خشونة سطح الركيزة. قد تؤدي الجسيمات الكبيرة إلى تآكل مفرط نتيجة الاحتكاك الناجم عن الشوائب الموجودة في MoS₂ _، بينما قد تؤدي الجسيمات الصغيرة إلى تسريع عملية الأكسدة.

نتريد البورون سداسي الشكل هو مادة تشحيم مسحوقية خزفية. أهم ما يميز هذه المادة هو مقاومتها العالية للحرارة، حيث تصل  درجة حرارة التشغيل إلى 1200 درجة مئوية في بيئة مؤكسدة. كما يتميز نتريد البورون بموصلية حرارية عالية. (أما نتريد البورون المكعب فهو شديد الصلابة ويُستخدم كمادة كاشطة ومكون في أدوات القطع).

يُستخدم متعدد رباعي فلورو الإيثيلين (PTFE) على نطاق واسع كمادة مضافة في زيوت التشحيم والشحوم. ونظرًا لانخفاض طاقة سطحه ، يُمكن إنتاج تشتتات مستقرة وغير متكتلة منه في الزيت أو الماء. وعلى عكس مواد التشحيم الصلبة الأخرى المذكورة، لا يمتلك PTFE بنية طبقية، إذ تنزلق جزيئاته الكبيرة بسهولة على بعضها البعض، على غرار البنية الصفائحية. ويُظهر PTFE أحد أدنى معاملات الاحتكاك الساكن والديناميكي، حيث يصل إلى 0.04. وتقتصر درجات حرارة التشغيل على حوالي 260  درجة مئوية.

يُعدّ تشتيت مواد التشحيم الصلبة كمادة مضافة في الزيت أو الماء أو الشحم الطريقة الأكثر شيوعًا. بالنسبة للأجزاء التي يصعب الوصول إليها للتشحيم بعد التجميع، يمكن رشّ طبقة جافة من مادة التشحيم. بعد تبخر المذيب، تتصلب الطبقة في درجة حرارة الغرفة لتُشكّل مادة تشحيم صلبة. أما المعاجين، فهي مواد تشحيم شبيهة بالشحم تحتوي على نسبة عالية من مواد التشحيم الصلبة، وتُستخدم لتجميع وتشحيم الأجزاء ذات الأحمال العالية والحركة البطيئة. تحتوي المعاجين السوداء عادةً على _ثاني كبريتيد الموليبدينوم (MoS₂) . عند درجات حرارة عالية تتجاوز 500  درجة مئوية، تُصنع المعاجين من مساحيق معدنية لحماية الأجزاء المعدنية من الأكسدة، وهو أمر ضروري لتسهيل فكّ الوصلات الملولبة وغيرها من التجميعات.

يُعدّ التلميع بالمسحوق الجاف طريقة فعّالة للتطبيق. ويمكن تحسين الترابط عن طريق معالجة الركيزة بالفوسفات مسبقًا. إلا أن استخدام المساحيق الحرة له حدوده، إذ عادةً ما يكون التصاق الجزيئات الصلبة بالركيزة غير كافٍ لتوفير عمر خدمة مناسب في التطبيقات المستمرة. مع ذلك، لتحسين ظروف التشغيل الأولية أو في عمليات تشكيل المعادن، قد يكفي تطبيق ظروف الانزلاق المحسّنة لفترة قصيرة.

تُعدّ الطلاءات المضادة للاحتكاك (AF) "دهانات تشحيم" تتكون من جزيئات دقيقة من أصباغ التشحيم، مثل ثنائي كبريتيد الموليبدينوم أو البولي تترافلوروإيثيلين (PTFE) أو الجرافيت، ممزوجة بمادة رابطة. بعد التطبيق والتجفيف المناسب، تلتصق هذه المواد التشحيمية "الزلقة" أو الجافة بسطح المعدن، مُشكّلةً طبقة صلبة رمادية داكنة. تحتوي العديد من مواد التشحيم الجافة على مثبطات خاصة للصدأ، مما يوفر حماية استثنائية ضد التآكل. معظم الأغشية طويلة الأمد من النوع المُلتصق، ولكنها لا تزال مُقتصرة على التطبيقات التي لا تكون فيها مسافات الانزلاق طويلة جدًا. تُستخدم الطلاءات المضادة للاحتكاك في الحالات التي يُشكّل فيها الاحتكاك والتآكل مشكلة (مثل التروس ، والمفاصل العالمية ، والمحامل ذات المفاتيح)، وعندما تتجاوز ضغوط التشغيل قدرات تحمل الأحمال للزيوت والشحوم العادية، وعندما يكون التشغيل السلس مطلوبًا (المكابس، وعمود الكامات)، وعندما يكون التشغيل النظيف مطلوبًا (لا تجمع الطلاءات المضادة للاحتكاك الأوساخ والحطام مثل الشحوم والزيوت)، وعندما قد يتم تخزين الأجزاء لفترات طويلة. ^{[ 6 ]}

المواد المركبة ذاتية التشحيم: غالبًا ما تُضاف مواد التشحيم الصلبة، مثل البولي تترافلوروإيثيلين (PTFE) والجرافيت وثاني كبريتيد الموليبدينوم (MoS₂)، _وبعض الإضافات الأخرى المضادة للاحتكاك والتآكل، إلى البوليمرات وجميع أنواع المواد المُلبَّدة. على سبيل المثال، يُضاف _{ثاني كبريتيد الموليبدينوم (MoS₂) إلى مواد محامل الأكمام،} وحلقات O المطاطية ، وفرش الكربون، وغيرها. تُضاف مواد التشحيم الصلبة إلى البلاستيك لتشكيل مركب لدن حراري "ذاتي التشحيم" أو "مُشحَّم داخليًا". فعلى سبيل المثال، تُشكِّل جزيئات البولي تترافلوروإيثيلين (PTFE) المُضافة إلى البلاستيك طبقة رقيقة من البولي تترافلوروإيثيلين (PTFE) على السطح المُلامس، مما يُؤدي إلى تقليل الاحتكاك والتآكل. كما يُقلِّل _ثاني كبريتيد الموليبدينوم (MoS₂) المُضاف إلى النايلون من التآكل والاحتكاك والانزلاق المُتقطِّع. علاوة على ذلك، يعمل كعامل مُنَوِّي يُؤثِّر في بنية بلورية دقيقة للغاية. يُستخدم اللدائن الحرارية المُشحَّمة بالجرافيت بشكل أساسي في التطبيقات التي تعمل في البيئات المائية.