ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Явление избирательного переноса из "Структура и износостойкость металла " При трении в условиях избирательного переноса резко увеличиваются износостойкость и долговечность трущихся соединений, поэтому вполне естественным является интерес к изучению этого явления. [c.91] Первые исследования механизма избирательного переноса позволили установить, что в начальной стадии трения осцовную роль играют три эффекта эффект избирательного растворения медных сплавов, эффект Ребиндера, эффект Киркендала. [c.91] Избирательное растворение сплава на основе меди, в результате которого существ енно увеличивается на поверхности количество катодного элемента (меди), является электрохимическим процессом растворения анодных компонентов сплава активными веществами смазки в тонком поверхностном слое металла при трении, активированным и ускоренным деформацией этого слоя. На образовавшейся поверхности меди идет процесс физической адсорбции, интенсифицирующийся при отсутствии окисных пленок. В условиях избирательного переноса адсорбция молекул поверхностно-активного вещества происходит в момент его образования при растворении легирующих элементов сплава, происходящего в результате хемосорбции. Так, глицерин, химически соединяясь с легирующим компонентом медного сплава, образует соответствующий глицерат, что тут же приводит к возникновению адсорбционного слоя на основном компоненте сплава. Следствием адсорбционного процесса является понижение поверхностной энергии. [c.91] Кроме того, в начальной стадии, в результате высоких градиентов деформации при трении формируется эффективный диффузионный поток в поверхностных слоях, характеризующийся высокой скоростью диффузии, и вследствие эффекта Киркендала поток диффундирующих к поверхности атомов легирующего элемента имеет большую скорость, чем поток атомов основного металла (меди). [c.91] Как только толщина образующей пленки достигает такого значения, при котором деформирование и нагрев основного материала существенно уменьшаются, снижается скорость физикохимических процессов и наступает пассивация. Контакт через тонкий поверхностный слой меди, предотвращение процесса окисления на поверхности, реализация адсорбционного пластифицирования тонкого слоя и сведение к, минимуму накопления повреждений в поверхностном слое — основные факторы физикохимической механики, подавляющие изнашивание. [c.92] Характеризуя явление избирательного переноса в целом, можно заключить, что при трении в таких условиях на поверхности отсутствуют окисные пленки, уменьшается шероховатость вплоть до молекулярной и увеличивается площадь фактического контакта до значений, близких к номинальному, что сопровождается резким снижением коэффициента трения и износа. Это позволило предполагать, что взаимодействие в условиях трения идет не между сплошными массивами поверхности, а между дискретными частицами, взаимодействующими между собой, т. е. между подвижными фрагментами полимеризованной пленки из металлоорганических молекул на металлической основе. [c.92] За последние несколько лет значительно расширился круг исследователей, изучающих это уникальное явление. Изучением условий достижения режима избирательного переноса при трении занимаются и механики, и физики, и химики. Каждое направление исследования вносит элементы понимания механизма столь сложного явления, связанного с характером трения, природой смазок, наличием градиентов температуры и деформации и т. д. Однако наиболее детально изучена лишь одна сторона, а именно, электрохимические процессы, сопровождающие процесс трения. Практически неисследованными остались закономерности изменения физического состояния поверхностных слоев, являющиеся одними из основополагающих элементов в понимании природы контактного взаимодействия. Рассмотрим кратко основные результаты, опубликованные в настоящее время. [c.92] Электрохимические процессы определяются строением двойного. электрического слоя на границе металл — электролит и величиной электродного потенциала металла. Последний зависит от ряда факторов, основными из которых являются физикохимическое состояние контактирующей поверхности, фазовый состав и структура сплава, окислительно-восстановительные свойства электролита. Эти же факторы влияют на свойства поверхностных слоев в условиях контактного взаимодействия, поэтому большая часть работ посвящена анализу изменения гальвано-ЭДС и кривых потенциал — время. [c.93] В работе [59 ] приведены результаты исследования зависимости электродного потшциалажеДНЛ-ЦИНковых сплавов от их фазового состава и структуры, и изменение износостойкости этих сплавов. Наблюдается хорошая корреляция между износостойкостью и потенциалом — это свидетельствует о том, что указанные величины являются функциями состава и свойств поверхностных слоев факторы, приводящие к увеличению потенциала (например, обогащение поверхностного слоя медью) уменьшают и износ сплава. [c.93] Результаты исследования электрохимических процессов при трении показали, что роль гальвано-ЭДС при избирательном переносе заключается в следующем являясь функцией свойств материала и условий трения, она самопроизвольно регулирует толщину защитных поверхностных пленок (при разрыве пленки возникают локальные ЭДС, которые приводят к самозалечиванию пленки). [c.94] Предполагают следующий механизм переноса меди на контртело. Активные участки поверхности, свободные от окислов и адсорбированных пленок, выходят из зоны непосредственного контактирования и попадают под слой смазки. Образующиеся в таких условиях на поверхности трения локальные микрогальва-нические пары создают ток. При работе этих пар в раствор переходят ионы металла практически от более активного компонента гальванической пары (анодное растворение сплава), что сопровождается образованием рыхлой структуры поверхностных слоев, обогащенных медью. Эти активные области в тончайшем слое поверхности с образовавшейся измененной структурой вновь входят в контакт с контртелом (сталью). Под действием. значительных термотоков при их благоприятной ориентации, а также высоких температур, обусловливающих высокую подвижность ионов меди, возрастает вероятность перехода меди на стальную поверхность реализацией электродиффузионного механизма последний заключается в направленной миграции ионов, образующих остов кристаллической решетки, под действием электрического поля, напряженность которого достигает значительной величины при высокой плотности тока через площадь фактического контакта. [c.94] Одновременно с процессом перехода ионов легирующих элементов в раствор и уноса ими положительного заряда на поверхности образца медного сплава образуется двойной электрический слой, теория которого была разработана Гельмгольцем. Этот слой характеризуется высокой напряженностью электростатического поля, достигающей 10 —10 В/м толщина слоя соизмерима с радиусом иона потенциал неоднородно распределен по толщине. Слой состоит из прочно удерживаемых силами электрического взаимодействия частиц надслоя Гельмгольца и расположенного над ними подвижного слоя Гун. [c.94] Влияние поверхностНо-активных веществ. Необходимое условие реализации явления избирательного переноса при трении— наличие в смазочной среде поверхностно-активных веществ. [c.95] Объяснение адсорбционного влияния среды на процесс деформации твердых тел впервые дано П. А. Ребиндером. Это явление, названное эффектом Ребиндера, заключается в адсорбционном снижении прочности и облегчении деформации твердого тела под влиянием адсорбции на его поверхности поверхностно-активных компонентов среды. Эффект Ребиндера характерен для всех твердых тел с различной связью (металлической, ковалентной, молекулярной). [c.95] Подробно выявленное экспериментально влияние природы смазочной среды на протекание процессов в зоне контактного взаимодействия рассмотрено ниже здесь приведем лишь некоторые результаты, подтверждающие, что нри трении в условиях избирательного переноса внешний эффект Рёбйндёра решающее значение. [c.96] Развитие физической адсорбции при трении происходит на поверхности катодного компонента — меди, образующегося в процессе избирательного растворения, причем адсорбция развивается при отсутствии окисных пленок (образование окисных пленок тормозится, так как присутствие на поверхности адсорбированного атомарного водорода, выделяющегося при электрохимической реакции, связано с выделением большего количества энергии, чем при адсорбции молекулярного кислорода). В отсутствие окисных пленок адсорбция на поверхности меди значительно интенсивнее, сдвиговые силы приводят к увеличению количества адсорбированного вещества его уплотнением. [c.96] При трении в условиях избирательного переноса адсорбция молекул ПАВ происходит в момент его образования на поверхности, при растворении легирующих элементов, происходящего в результате хемосорбции. Так, при трении латуни о сталь в глицерине последний, химически соединяясь с цинком, образует глицерат цинка, который не десорбируется с поверхности, а образует адсорбционный слой на основном компоненте сплава— меди. Адсорбция в этом случае оказывается активированной и идет с поглощением энергии, так как переход от хемосорбирован-ного состояния к адсорбированному связан с уменьшением внутренней энергии системы. Кроме того, адсорбция оказывается распределенной на некоторую глубину слоя меди благодаря избирательному растворению анодного компонента сплава (в обычных условиях известно, что адсорбционное действие ПАВ распространяется лишь на величину, равную двум-трем параметрам кристаллической решетки). [c.96] Особенности избирательного переноса при трении. Укажем на ряд особенностей явления избирательного переноса, которые обеспечивают столь уникальное свойство контактирующих твердых тел — практически безызносное трение. [c.97] Одной из важных в практическом отношении сторон явления избирательного переноса является переход от физической адсорбции к хемосорбции. Так как хемосорбция обычно начинается после достижения температуры десорбции физически адсорбированного вещества, то представляется возможность значительного расширения температурного интервала работы смазочной среды. Эту особенность избирательного переноса при трении необходимо учитывать при выборе смазки для получения большого температурного диапазона работы. [c.97] Вернуться к основной статье