In de publicatie wordt ingeaan op de werking van glijlakken en diverse toepassingen.

1. Con05-2005-pag34-38 27-04-2005 13:31 Pagina 34
Tribologie
Droogsmerende technieken?
Te Strake Surface Technology B.V. (TSST) is een internationale onderneming actief op het gebied van oppervlaktebehandeling
en gespecialiseerd in multifunctionele laksystemen met tribologische en corrosiewerende eigenschappen. Deze lakken
worden toegepast in situaties waar materialen over elkaar wrijven, een lage wrijvingscoëfficiënt in combinatie met
een lange levensduur is gewenst en waar tevens de toepassing van vet/oliesmering niet wenselijk is omdat deze
middelen vervuilen en vuil aantrekken. Zowel metalen als kunststoffen lenen zich voor de toepassing van de
zogenaamde glijlakken.
G. Aben en J. Nelissen, TSST
M. Hackmann en J.P. Krugers,
TNO Industrie en Techniek T
T
SST heeft twee productielocaties waarvan
een in Nederland (Deurne) en een in
Duitsland (Obrigheim). Daarnaast zijn er
twee salesorganisaties waarvan een in Duitsland
(Solingen) en een in Frankrijk (Parijs).
waartoe dan naast TNO Industrie ook TNO
Milieu, Energie en Procesinnovatie, TNO TPD
en TNO Wegtransportmiddelen behoren.
Sinds begin jaren 90 is TNO al actief op het
gebied van glijlakken, terwijl in de 60-er jaren al
TSST heeft zich voornamelijk gespecialiseerd in de onderzoek is gedaan aan vaste smeermiddelen.
behandeling van onderdelen die worden toegepast Binnen TNO Industrie werken de afdelingen
in de automotive industrie, zoals slotonderdelen, Polymeertechnologie en Surface Engineering &
scharnieronderdelen, wielbouten, onderdelen voor Metals Technology samen aan de ontwikkeling
cabrio-uitvoeringen, schuifsystemen voor auto- van glijlakken. Deze samenwerking heeft al geleid
34
stoelen en onderdelen voor veiligheidsriemen en tot een patent voor een ontwikkeld glijlaksysteem,
aluminium en messinghulsen die worden toegepast waarmee wordt bedoeld dat een glijlak is ontwik-
in de bouwindustrie. De glijlakken worden aange- keld die direct op een stalen substraat kan worden
bracht in moderne en geautomatiseerde applicatie- aangebracht en tribologische eigenschappen heeft
systemen, zoals dip-spin (applicatiemethode voor die vergelijkbaar zijn met die van commerciële
het lakken van grotere hoeveelheden kleine onder- glijlakken. De door TNO ontwikkelde glijlak
delen) en spuiten. Deze lakken worden in-house bevat, in tegenstelling tot de commercieel
aangebracht. Zowel in Deurne als in Obrigheim verkrijgbare glijlakken, geen toxische additieven.
bestaat de mogelijkheid om een corrosiewerende Te Strake Surface Technology en TNO Industrie
voorbehandeling toe te passen. Stalen onderdelen werken sinds 2000 samen in een co-financierings-
worden voorbehandeld met het Endurion-proces project aan de ontwikkeling van verbeterde en
(een speciale zinkfosfatering + nabehandeling). milieuvriendelijke glijlakken.
Vervolgens worden een of meerdere glijlakken
aangebracht. Tot slot worden de lakken gemoffeld Samenwerking - kennisopbouw
in een oven. Het gecombineerde systeem wordt op en kennisoverdracht
de markt aangeboden onder de naam Antifricor™, TNO Industrie en Techniek is samen met
en heeft uitstekende tribologische en corrosiewe- Te Strake Surface Technology een project gestart
rende eigenschappen. om een glijlaksysteem te ontwikkelen die de
TNO Industrie was tot 31-12-2004 één van de huidig toegepaste glijlak kan vervangen met
vijftien instituten van TNO en ontwikkelt behoud of verbetering van zowel tribologische als
innovatieve producten en processen, door het corrosietechnische eigenschappen. Zeer belangrijk
uitvoeren van projecten samen met haar in dit project is, dat er een fundamenteler kennis-
opdrachtgevers. Daarbij wordt ontwikkelde niveau wordt opgebouwd over de samenhang
kennis op het gebied van productontwikkeling, tussen laksamenstelling en het functioneren van de
productieprocessen en materiaaltoepassingen glijlak onder verschillende omstandigheden. Om
vertaald naar praktische oplossingen. het fundamentele aspect van deze technologie
Per 1-1-2005 maakt TNO Industrie deel uit van goed te kunnen waarborgen, is een co-financie-
het Kerngebied TNO Industrie en Techniek, ringsproject opgezet. In een dergelijk project
Constructeur 5/2005
onstruct

2. Con05-2005-pag34-38 27-04-2005 13:31 Pagina 35
Tribologie
speed, ft/min
2 10 100 1000 10 000 100 000 Afbeelding 1.
1 000 000 100 000 Snelheids-/contactdrukgrenzen voor
verschillende soorten smeermiddel
(kN/m 2 = 10-3 MPa). Beide assen zijn
op logaritmische schaal uitgezet.
Lim
100 000 10 000 Deze figuur geldt alleen voor individuele
p, psi
it,
P, kN/m2
fo
rs smeermiddelen; smeermiddelen in
ol
id
/d combinatie met elkaar geven aanleiding
ry
lu Lim
br tot verschuiving van de regimes.
ica it
nt 1000
fo
10 000 s
ro
Limit of
g rease
il l
ub
Lim
ica
Int it f
erm
tion
Stea
or tent
dy
gre
it
Roll 100
ase
1000 ing
Limit for grease
Plain bearings
Dry lubricants
Bearings
100 14.5
10 100 1000 10 000 100 000 1 000 000
speed at bearing contact, mm/s
financiert het Ministerie van Economische Zaken Theorie
de ontwikkeling gedeeltelijk, mits aan een aantal A-vast smeermiddel
voorwaarden wordt voldaan. Een dergelijke Vaste smeermiddelen worden toegepast wanneer
projectvorm bestaat uit een aantal stadia. olie, vet of pasta ongewenst of ineffectief zijn.
– Een fundamenteel stadium waarin op een Ongewenst zijn vloeibare smeermiddelen wanneer
generieke wijze de technologie wordt onder- producten of contactvlakken kunnen worden
zocht. Hierbij is, naast het uitvoeren van lite- verontreinigd (voedingsmiddelenindustrie, elektri-
ratuuronderzoek, binnen TNO samenwerking sche contacten) of wanneer onderhoud moeilijk is
35
gestart tussen verschillende disciplines die (opnieuw of extra aanbrengen smeermiddel
noodzakelijk zijn voor de oplossing van het onmogelijk). Vetten en oliën zijn ineffectief in
vraagstuk. agressieve omgevingen (corrosieve gassen, vuil en
– Een industrieel stadium waarin de technologie stof ), bij hoge temperaturen (metaalbewerking,
wordt ontwikkeld tot een dusdanig niveau dat verbrandingsmotoren, projectielen), bij cryogene
de functionele eigenschappen van prototype temperaturen (raketten, diepvriesindustrie), onder
producten kunnen worden afgeschat. In dit invloed van straling (reactoren, röntgenstraling-
stadium is onderzoek gedaan naar zowel apparatuur), in de ruimte van wegen het
watergedragen als organisch oplosmiddelge- heersende vacuüm (satellieten, ruimtevaart),
dragen systemen en is na zorgvuldige afweging onder fretting omstandigheden en bij extreem
en in samenspraak met Te Strake besloten om hoge contactdrukken [1].
watergedragen systemen niet verder te ontwik- Een veelgebruikt diagram is afgebeeld in afbeel-
kelen. ding 1 waarin de snelheid tussen twee contact-
– Een preconcurrentieel stadium waarin de vlakken en de druk tussen die contactvlakken
eventueel benodigde procestechnologie wordt tegen elkaar staan uitgezet. In dit pv diagram is in
ontwikkeld, de technologie verder wordt één oogopslag te zien wanneer welk smeermiddel
geoptimaliseerd, inzicht wordt ontwikkeld in kan worden toegepast indien bekend is wat de
welke markten de technologie kan worden druk en snelheid tussen de contactvlakken zijn.
geïmplementeerd, en de randvoorwaarden tot De werking van vaste smeermiddelen berust op
vercommercialisering in kaart worden het vermijden van een grote, tegenwerkende
gebracht. Op dit moment is het project in afschuifkracht in de materiaaloppervlakken.
zijn derde en laatste stadium beland waarin Gevolgde benaderingen:
optimalisatie en benchmarking worden uitge- – Afschuiving vindt plaats langs kristalvlakken
voerd, alsmede een aanzet tot mogelijke van anorganische pigmenten (bijvoorbeeld
implementatie wordt gestart. Concreet anorganische sulfiden) in een laksysteem.
betekent dit dat de corrosievastheid van het – Het nauwelijks optreden van afschuiving in het
glijlaksysteem wordt geoptimaliseerd met oppervlak met als gevolg dat lage afschuif-
behoud van de tribologische eigenschappen. krachten optreden die een geringe wrijving
Constructeur 5/2005
onstruct

3. Con05-2005-pag34-38 27-04-2005 13:31 Pagina 36
Tribologie
Afbeelding 2. Voorbeelden uit
de automobielbranche.
veroorzaken (bijvoorbeeld bij keramische lagen inzicht in de glijlakken gering. Dit wordt door
en in keramische lagers). zowel leveranciers als applicateurs van glijlakken
– Het gebruik van ‘microlagers’ die volgens het onderkend. Glijlakken hebben dus nog niet
doperwtenprincipe het snelheidsverschil geprofiteerd van de enorme technologische
overbruggen (bijvoorbeeld ronde deeltjes). sprong die andere coatings hebben doorgemaakt
gedurende de afgelopen twintig jaar. Thans
B-glijlak bestaat een grote behoefte aan nieuwe smeermid-
Een glijlak is een dispersie van smerende, vaste delproducten die qua eigenschappen beter zijn
deeltjes in een matrix van een organisch bind- toegespitst op specifieke toepassingen en
middel. De meestgebruikte verbindingen die in glij- bovendien vrij zijn van toxische stoffen en
lakken aanwezig zijn om vaste smering te bewerk- toxische oplosmiddelen. Deze behoefte resulteert
stelligen, zijn: MoS2, fluorpolymeren, grafiet en in een positieve houding van de industrie
WS2. Het bindmiddel is vaak op basis van een tegenover vernieuwende en non-conventionele
alkyd-, fenol-, epoxy- of acrylaathars dat door een producten.
36
temperatuurbehandeling kan worden vernet. Om
een glijlak aan te brengen dient het bindmiddel te C-levensduur (tribo+corrosie)
worden opgelost in een oplosmiddel. De keuze gaat De levensduur van een glijlak kan op verschil-
hierbij tegenwoordig uit naar milieuvriendelijke lende manieren worden gedefinieerd. In dit geval
oplosmiddelen zoals water, alcoholen, et cetera. De wordt de levensduur van de aangebrachte glijlak
vaste smeermiddelen moeten als suspensie worden gelijkgesteld aan de levensduur van het onderdeel
gestabiliseerd in deze oplossing. waarop het is aangebracht. Dit betekent dat de
Zoals reeds vermeld in de inleiding zijn glijlakken levensduur van de glijlak niet doorslaggevend is,
vaak de aangewezen smeermedia voor toepas- maar de levensduur van het glijlaksysteem; dat is
singen in vacuüm, bij relatief hoge temperaturen de glijlak, de eventuele andere lagen en het onder-
en in het geval van hoge oppervlaktedrukken liggende substraat waarop deze zijn aangebracht.
(door afwezigheid van het opbouwen van hydro- In de praktijk wordt de levensduur van een glij-
statische druk in het smeermiddel). Echter, ook laksysteem bepaald door tribologische en corrosie-
in gevallen waar natte smering ongewenst is, technische factoren. Deze aspecten staan dan ook
bijvoorbeeld in verband met aankleven van stof centraal in het project dat door TSST en TNO
in elektronische apparatuur, worden glijlakken wordt uitgevoerd.
veelal gebruikt. Tijdens het gebruik van de vaste De tribologische aspecten worden bepaald door de
smeermiddelen wordt de afgifte ervan aan de typen triboactief pigment, bindmiddel, oplos-
omgeving tegengegaan door een goede hechting middel en additieven in de glijlak en de relatieve
aan het oppervlak van het substraat en het hoeveelheden van elk. De corrosietechnische
gebruik van zeer dunne lagen (enkele microme- aspecten worden bepaald door de afsluitende
ters dik). werking van de glijlaklaag, de eventueel aanwezige
Hoewel glijlakken reeds tientallen jaren veel- anticorrosiepigmenten of corrosie-inhibitoren en de
vuldig worden toegepast, hebben in de laatste toepassing van een extra laag of lagen die specifiek
twintig jaar nauwelijks nieuwe ontwikkelingen de corrosie van het onderliggende substraat verhin-
plaatsgevonden. De bestaande kennis is groten- deren. De anticorrosiepigmenten of corrosie-inhibi-
deels gebaseerd op trial-and-error ontwikkeling, toren kunnen ook de degradatie van de glijlak zelf
en bijgevolg is het technisch-wetenschappelijk door corrosie tegengaan of vertragen.
Constructeur 5/2005
onstruct

4. Con05-2005-pag34-38 27-04-2005 13:31 Pagina 37
Tribologie
Vaak is het zo dat een verbetering van de tribolo-
gische eigenschappen van een glijlaksysteem een
verslechtering van de corrosietechnische eigen-
schappen betekent en omgekeerd, een verbetering
van corrosietechnische eigenschappen een verslech-
tering van de tribologische eigenschappen betekent.
In dit project is juist gezocht naar een optimalisatie
van beide aspecten waardoor een glijlak wordt
verkregen die beter presteert dan commercieel
verkrijgbare glijlakken en bovendien uit milieu-
hygiënisch oogpunt is berekend op de toekomstige
eisen die worden gesteld aan glijlakken.
D-keuze geschikte glijlak In de regel wordt via het spuitproces een betere Afbeelding 3 Voorbeelden uit de
De keuze van de geschikte glijlak is afhankelijk kwaliteit van de deklaag behaald maar is het verbindingsindustrie.
van de toepassing en omgevingsfactoren. Een arbeidsintensiever en tijdrovender. Het dip/spin-
groot aantal parameters speelt hierin een belang- proces is een typisch voorbeeld van een batch-
rijke rol, zoals oppervlaktedruk, keuze van het proces waarbij vele producten in één doorloop
basismateriaal, voorbehandeling, temperatuur en worden behandeld.
relatieve vochtigheid. De functie van de glijlak is
afhankelijk van omgeving, substraat, oppervlakte- Praktijkvoorbeelden
gesteldheid enzovoort, en daarom een systeemei- Het toepassingsgebied voor glijlakken is heel
genschap. Kennis van het mechanische systeem is divers. Een belangrijk marktsegment is de auto-
essentieel om tot een goede keuze te komen. Zo mobielindustrie. Typische voorbeelden zijn:
kan bijvoorbeeld een verkeerde inschatting van de onderdelen voor sloten, stoelverstellingen en
mechanische belasting leiden tot het falen van het motorkapsluitingen. Afhankelijk van de te
systeem terwijl een andere glijlakkeuze een goede verwachten drukbelastingen en uiteraard ook
werking zou garanderen. Daarom is afstemming corrosie-eisen, wordt een keuze gemaakt welke
tussen constructeur en leverancier vaak noodzake- glijlak het beste kan worden toegepast.
37
lijk om tot de juiste keuze te komen. Een groot nadeel van vet- en oliesmering is de
Allereerst is het beoogde doel van belang. vervuiling van deze smeermiddelen die kan
Wrijvingsverlaging, procesoptimalisatie (denk optreden. Met name als het systeem niet goed is
aan rendementsverhoging in geautomatiseerde afgeschermd van de omgeving, kan stof/zand de
lijnen) of het onderdrukken van storende werking en duurzaamheid van het smerend
geluiden. Voor wrijvingsverlaging is onder systeem negatief beïnvloeden.
andere de contactdruk van belang en dus de Een bekend voorbeeld is de abrasieve werking van
constructie. Hoe wordt de constructie belast? fijn zand op vetgesmeerde systemen. In 1996 is in
Voor procesoptimalisatie kunnen de proceseisen samenwerking met de autofabrikant Volkswagen
legio zijn. Vaak is het doel bepaalde procespara- een onderzoek verricht naar de duurzaamheid van
meters van de toepassing beter te beheersen, glijlakken in vergelijk met vetgesmeerde systemen.
bijvoorbeeld het constant houden van een In deze tests werden slotdelen gebruikt in de
aandraaimoment. Hier moet contact tussen deurportieren van auto’s die zowel traditioneel
constructeur en/of klant en de leverancier van de zijn gesmeerd met vet als een droogsmerend
glijlak duidelijkheid bieden ten aanzien van de systeem. In de welbekende Arizonatest, een test
prioriteit van de eisen die aan een glijlak worden onder zware woestijncondities met erg fijn kwarts-
gesteld. zand, werden onder extreme abrasieve condities
beide systemen vergeleken. Er werd een achtjarige
E-aanbrengen/verwerken glijlak levensduurtest gesimuleerd door onder deze
Het aanbrengen van glijlakken kan op verschil- condities een afstand van 2000 km af te leggen.
lende manieren worden uitgevoerd maar in dit Na deze test werd de kracht die nodig is om een
project is gekozen voor het dip/spinproces en het slot te openen, gemeten. Deze test demonstreerde
spuitproces. de uitstekende duurzaamheid van het droogsme-
Dip/spin is een techniek waarbij de te behandelen rende glijlaksysteem.
onderdelen worden ondergedompeld in de glijlak- Naast een betere duurzaamheid is comfort een
suspensie waarna via de lengte en de rotatiesnel- argument om voor een droogsmerend systeem te
heid van een centrifugeerproces de dikte van de kiezen. Hoe vaak komt het niet voor dat men
glijlaklaag wordt bepaald. kleren vervuilt aan een stoelverstelling van een
Constructeur 5/2005
onstruct

5. Con05-2005-pag34-38 27-04-2005 13:31 Pagina 38
Tribologie
Afbeelding 4. Voorbeelden scharnierverbindingen. Afbeelding 5. In de bouwsector kunnen glijlakken ook
veelvuldig worden ingezet.
Afbeelding 6. Thermoplasten toegepast in de afdichtingsindustrie worden van een glijlak Afbeelding 7. Vezelversterkte kunststoffen toegepast in beweegbare kabelgoten.
voorzien waardoor de handling wordt verhoogd. Door de scharnierdelen te voorzien van een glijlak verloopt de beweging constanter
en geruisloos. Het product op de rechterfoto wordt toegepast in een cleanroom.
Bijkomstig voordeel is dat minder stofvorming optreedt.
38
auto of een scharnier van een deur? In afbeelding ramen en kozijnen. De wrijvingsverlaging resul-
2 staan enkele voorbeelden van de toepassing van teert in een verhoging van het bedieningsgemak.
glijlakken in de automobielbranche afgebeeld. De corrosiewering wordt ook hier vaak verbeterd
Glijlakken hebben ook hun meerwaarde bewezen (afbeelding 5).
binnen de verbindingsindustrie. Bij geautomati- Glijlakken worden eveneens aangebracht op ther-
seerde montage is een veelvoorkomend probleem moplasten en thermoharders. Producten gemaakt
de grote spreiding van het draaimoment tijdens van thermoplasten (rubber ringen) hebben vaak
het aandraaien van een bevestigingsschroef en/of de eigenschap om te verkleven. Door nu een
bout. Het aanbrengen van een glijlak resulteert in dunne glijlaklaag aan te brengen kunnen de
een lager en constanter aandraaimoment producten gemakkelijker worden gemonteerd en
waardoor er minder lijnstilstand is en dus kosten- gedemonteerd. De wrijving tijdens montage
besparing wordt gerealiseerd. In veel gevallen wordt verlaagd en de benodigde krachten voor
wordt ook de corrosiewering verbeterd. montage worden constanter waardoor wederom
Afbeelding 3 toont typische voorbeelden van deze lijnstilstand wordt gereduceerd.
toepassing. Thermoharders of vezelversterkte kunststoffen
Scharnierverbindingen zijn ook verbindingen die worden steeds vaker toegepast in de automobiel-
beter functioneren wanneer een glijlak wordt en vliegtuigindustrie in onder andere het interieur
aangebracht. Ook hier is een metaal/metaal en de carrosserie. Trillingen in deze constructies
contact aanwezig en bewegen beide oppervlakken zijn onvermijdelijk. Hierdoor kunnen kunststof-
ten opzichte van elkaar. In afbeelding 4 is een oppervlakken ten opzichte van elkaar gaan
aantal voorbeelden gegeven. vibreren wat resulteert in irritante geluiden. Door
Literatuur In het verlengde van deze toepassing worden ook het toepassen van glijlakken op plaatsen waar
[1] Neale, M.J. (ed.). producten uit de bouwindustrie voorzien van een geluidsoverlast als gevolg van het over elkaar
LUBRICATION - A glijlak om de wrijving en slijtage van typische schuiven van oppervlakken optreedt, kan dit
Tribology Handbook, toepassingen te reduceren. Voorbeelden hiervan aanzienlijk worden verminderd.
Oxford 1993.
zijn hang- en sluitwerk dat wordt toegepast in *
Constructeur 5/2005
onstruct