Free Student HQ / FSHQ / "Штаб-Квартира свободного Студента"

Физико-химия избирательного переноса

Системы автокомпенсации процессов износа и снижения трения, или сокращенно — снижения износа и трения (системы СИТ) — физико-химические процессы или явления, обеспечивающие облегчение сдвига при трении или предохранение от износа или автокомпенсацию износа.

В качестве существовавших ранее систем СИТ можно указать, например, образование граничного слоя адсорбированной смазки или приработки поверхности в условиях граничного трения.

В условиях режима избирательного переноса (ИП) могут самопроизвольно возникать следующие системы СИТ:
снижения давлений в результате избирательного растворения выступов шероховатости под нагрузкой и образования пластичной поверхностной пленки (аналогична приработке); облегчения сдвига и уменьшения износа в результате диффузионно-вакансионного механизма деформации поверхностной пленки, исключающего деформацию основного материала; предохранения поверхностей трения от окисления благодаря восстановительной смазочной среде; улавливания диспергированных частиц металла электрическим полем двойного электрического слоя и осаждения их в зоне контакта, что существенно снижает унос их со смазкой; образования иа контактных поверхностях полимерных пленок из продуктов деструкции смазки, уменьшающих трение и усиливающих защиту от износа.

Устойчивым признаком ИП в различных его модификациях является образование защитной металлической пленки, обладающей в зависимости от исходной смазочной среды различной способностью снижать трение и уменьшать износ. Различие в превращениях, происходящих в начальной стадии трения, приводит к четырем основным модификациям ИП — плазмообразующей, металлоплакирующей, траверсивной и ионной смазке. В связи с этими превращениями само понятие смазки (за исключением, конечно, процесса осуществления смазочного действия) трансформируется и приобретает несколько неравнозначных форм: смазка как исходная форма перед превращениями в зоне трения, например плазмообразующая смазка; смазка как продукты превращения исходной формы, например, возникающие в результате химической реакции непосредственно на поверхности трения ПАВ; смазка как возникающая защитная металлическая пленка, например сервовитная пленка, обладающая особо низким сопротивлением сдригу. Приведем некоторые определения, относящиеся к основной модификации ИП.

Плазмообразующие смазки — группа углеводородных смазок, обеспечивающих возникновение ИП путем трибодеструкции части своих компонентов в зоне кон такта при трении, хемосорбции продуктов деструкции на анодных компонентах сплава узла трения и образования ПАВ и защитной металлической (сервовнтной) пленки. Смазки вызывают ИП только в узлах трения, содержащих пленкообразующий материал — бронзу, медь и т. д.

Сервовитная пленка — защитная металлическая пленка, в которой имеет место диффузионно-вакансионный механизм осуществления сдвига при трении. Возникает в начальной стадии трения в результате избирательного растворения анодных компонентов поверхностного слоя металла нли сплава сопряжения. Находится под воздействием ПАВ.

Диффузионно-вакансионный механишм сдвига — процесс, проходящий при сдвиговой деформации в сервовитной пленке, обладающей высокой концентрацией вакансий и малой плотностью дислокаций, благодаря чему диффузионный процесс разрыва и формирования металлических связей в ней протекает с повышенной скоростью.

Нубиальная пленка — от латинского nubium — кожа — защитная трибополимерная пленка, возникающая из продуктов трибодеструкции углеводородов смазки. В отличие от трибополимерных пленок, образующихся из специальных добавок в минеральные масла, она действует на площадках фактического контакта, на два порядка по площади превышающих обычные микроскопические площадки контакта при граничной смазке, и соответственно при давлениях, на два порядка более низких.

В отличие от рассматриваемой ниже металлоплакирующей смазки плазмообразующая смазка может работать в режиме ИП только в узлах трения, содержащих материалы, из которых может возникать защитная пленка. Однако, как показывает практика, подобные смазки вполне приемлемы для «смешанных условий» работы, т. е. для совмещения граничного трения с ИП.

Возникающая на поверхности трения из катодного компонента сплава сервовитная пленка переносится на стальную поверхность в процессе трения, способствует ее сглаживанию, и, заполняя углубления между выступами шероховатости, образует сопряженный слой пленки. Перенос частиц может идти как в ионной, так и в коллоидной форме. При этом коллоидные частицы участвуют в осуществлении смазочного действия и, разряжаясь, отдают металлические частицы и молекулы ПАВ в состав пленки.

Диффузионно-вакансионный механизм сдвига представляет собой наиболее характерный, свойственный только ИП, процесс осуществления смазочного действия металлической пленкой, насышенной ПАВ, молекулы которых располагаются в ее мельчайших порах, понижая ее прочность и способствуя выходу накапливающихся при деформировании дислокаций. Более детально этот механизм рассмотрен в работе.

Образование нубиальной пленки обнаружено экспериментально. Однако ее вклад в снижение трения и защиту от износа не изучен.

Для использования ИП в парах трения сталь — сталь, чугун — сталь и других, не содержащих пленкоооразующего материала, применяют металлоплакирующие смазки.

Металлоплакирующие смазки — группа пластичных (консистентных) и жидких смазок, содержащих в составе порошок пленкообразующего металла, подвергающегося избирательному растворению, или окись металла, или металлоорганическое соединение, подвергающихся восстановлению или распаду в зоне трения и выделяющих металл, идущий на образование металлоплакируюшей пленки. При этрм ПАВ должно содержаться в базовой смазке илн образовываться при распале металлоорганического соединения.

Металлоплакирующая пленка — защитная металлическая пленка, в которой имеет место диффузионно-вакансионный механизм сдвига. Возникает в начальной стадии трения из металлоплакирующей смазки, состоящей из металлического порошка или окиси металла, добавляемых в плазмообразующую смазку (вызывающую избирательное растворение или восстановление), или при распаде под действием трибодеструкции металлоорганических комплексных соединений, выделяющих металл. Находится под действием ПАВ.

Кроме формального отличия металлоплакирующей пленки от сервовитной по способу образования, имеется существенное отличие по качеству. Отсутствие избирательного растворения выступов шероховатости должно компенсироваться заполнением промежутков между выступами материалом пленки, что не равноценно. Образование ПАВ при избирательном растворении должно компенсироваться либо ПАВ, содержащимся в смазке, либо ПАВ, образующимся из анионов, ocтавшихся после трибодеструкции или диссоциации металлоорганических соединений.

Металлоплакирующие пластичные смазкн (напшмер, на основе ЦИАТИМ-201), содержащие порошок бронзы или латуни. Применяют в таких тяжело нагруженных узлах, как пара винт — гайка и др. где обычные смазки малоэффективны. В связи с большим разнообразием и изменчивостью компонентов, свойства металлоплакирующей пленки могут существенно изменяться в отношении износостойкости. В предельном случае, когда смазкой является среда, не содержащая ПАВ, например растворы серной кислоты в воде, применяемые в химической промышленности, или солевые растворы, применяемые при бурении, смазка переходит в так называемую ионную.

Ионная смазка — основана на свойстве возникающих в электрохимическом процессе ионов металла втягиваться в зазор и разряжаться в зоне фрикционного взаимодействия. В результате разряда образуется защитная металлическая пленка (дивидальная пленка). Ионы металла могут извлекаться также из содержащего их раствора смазочной среды в готовом виде и осаждаться в зоне контакта.

Дивидальная пленка — от латинского dividae — разделять. Защитная металлическая пленка, образующаяся в зоне контакта при трении в результате разряда ионов металла (ионная смазка). Диффузионно-вакансионный механизм в ней не реализуется. Пленка несет в основном разделительную функцию. Износостойкость контактирующих в солевых растворах поверхностей существенно возрастает, если в контакт ввести продукты деструкции пластмассы или других твердых углеводородов путем конструктивного оформления узла. Так, например, такие вставки существенно увеличивают срок службы поверхностей трения в морской воде. Продукты деструкции твердой пластмассы ведут себя в контакте аналогично продуктам деструкции жидких углеводородов, т. е., вызывают окислительно-восстановительный процесс и образуют ПАВ, что существенно снижает нзнос. Это объясняется тем, что относительное перемещение поверхностей приводит частицы в движение н соприкосновение, подобное их поведению в жидкости система такой смазки из-за ее совмещения с ионной или плазмообразующей (при наличии детали из пленкообразующего материала или металлополимера) названа траверсивиой от латинского слова trabers — пересекать.

Траверсивная смазка — смазка продуктами трибодеструкции пластмасс, совмещенная с ионной смазкой, или в паре металлополимер — сталь, или при трении пленкообразующего металла с полимерными вставками со сталью. Обусловлена переносом в зону контакта не только металлических заряженных частиц, но и продуктов трибодеструкции полимера с таким же зарядом и адсорбцией их на контакте.

Обязательным элементом траверсивной смазки металлополимеров является присутствие в образующейся полимерной пленке металлических частиц, реагирующих с продуктами трибодеструкции. Следует отметить, что металлополимерами, дающими траверсивную смазку, являются только те, которые содержат пленкообразующий материал, т. е. латунь, бронзу и т. п. На траверсивной смазке базируется применение ИП для деталей, работающих в морской воде, и трение металлополимерных материалов с пленкообразующим компонентом в ряде конструкций. В практике применения ИП может встретиться случай, когда затруднительно установить, к какому виду смазки отнести то или иное проявление ИП (выявляемое по образованию на поверхности трения медной или другого материала пленки). Отметим, однако, что устойчивым признаком самого ИП является именно самопроизвольное образование защитной металлической пленкн, резко улучшающей характеристики трения и износа.

 

Поляков А. А., Гаркунов Д., Крагельский И. В. Физико-химическая механика подавления износа в явлении избирательного переноса. ДАН СССР, 1970, т. 191, № 4, с. 821 — 823. Поляков А. А., Гаркунов Д. Н., Крагельский И. В. Проявление эффекта бсзызносности в условиях избирательного переноса. — В сб.: Избирательный перенос в узлах трения. М., МДНГП им. Дзержинского, 1971, с. 4—8. Повышение износостойкости на основе избирательного переноса. Под ред. Д. Н. Гаркунова. М., «Машиностроение», 1977. 212 с. Рыбакова Л. М., Куксеиова Л. И. Об изменении периода кристаллической решетки в приповерхностных слоях меди и латуни при трении. — ФММ, т. 39, вып. 2, 1975, с.-362—366. Трение и нзнос материалов на основе полимеров. Минск, «Наука н техника», 1976. 431 с. Авт.: В. А. Белый, А. Н. Свириденок, М. И. Петроковец н др. Электрохимические процессы при трении и использование их в борьбе с износом. Тезисы докладов. М., Изд-во ВСНТО, 1973, с. 136-137, 159-161, 122-124. Авт.; Б. Д. Воронков, Б. И. Лебедев, И. М. Мельниченко и др.

 

Сайт создан в 2012 г. © Все права на материалы сайта принадлежат его автору!
Копирование любых материалов сайта возможно только с разрешения автора и при указании ссылки на первоисточник.
Яндекс.Метрика