CC BY
63
МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ
УДК 621.821:621.316
САМООРГАНИЗАЦИЯ СМАЗОЧНЫХ СЛОЕВ ПРИ ГРАНИЧНОМ ТРЕНИИ
С.В. КОРОТКЕВИЧ, С.М. МАРТЫНЕНКО,
В.В. КРАВЧЕНКО, М.В. ПАРАМОНОВ
Государственное научное учреждение «Институт механики металлополимерных систем имени В.А. Белого НАН Беларуси», г. Гомель
Известно, что под самоорганизацией трибосистемы понимается наличие обратной связи, посредством которой трибосистема подстраивается под изменение внешних, как правило, нагрузочно-скоростных факторов. Известны основные признаки самоорганизации трибосистемы [1]: 1) система должна обмениваться энергией с внешней средой; 2) физические параметры, описывающие трибосистему, должны быть нелинейны; 3) система должна быть неустойчивой, чтобы перейти в новую кинетическую фазу с наименьшей энергией.
Смазочный материал является неотъемлемой частью трибосистемы. Основная функция смазочного материала - эффективное снижение энергетических потерь при трении контактируемых тел. Сохранение смазочной способности ГСС и изучение механизмов его самоорганизации при жёстких нагрузочно-скоростных режимах испытаний является одним из основных условий его эксплуатационной надежности.
Были разработаны четырехпроводные электрические схемы (рис. 1) и методики электрофизического зондирования [2], позволяющие проводить испытания в широком диапазоне скоростей и нагрузок. Оценивалась противозадирная стойкость смазочных материалов на машине трения СМТ-1 по схеме вал - частичный вкладыш (рис. 2). Регистрация электрической проводимости, момента трения, нагрузки, температуры осуществлялась синхронно при помощи АЦП на ЭВМ в режиме реального времени. В качестве модельной среды смазочных материалов использовалось инактивное вазелиновое масло (ВМ).
Рис. 1. Четырёхпроводная электрическая схема измерения контактного сопротивления: Rь R2 - подстроечные сопротивления; ДУ - дифференциальный усилитель, АЦП -аналоговый цифровой преобразователь; ЭВМ - персональный компьютер
Рис. 2. Схема нагружения: 1 - ёмкость со смазочной жидкостью; 2 - ролик (вал); 3 -
образец «частичный вкладыш»
Проведено исследование триботехнических свойств вазелинового масла в качестве модельной (базовой) смазочной среды. При ступенчатом увеличении контактных нагрузок до 300-400 Н (рис. 3) для инактивного ВМ одновременно регистрировалось ступенчатое снижение уровня контактного сопротивления (Дс), что обусловлено вытеснением молекул смазки из контактного зазора и утонением толщины физически адсорбированного смазочного слоя [3]. После снижения уровня контактного сопротивления на каждой ступени нагрузки затем отмечалось его увеличение в режиме реального времени. При фиксированной нагрузке наблюдался осциллирующий во времени равновесный процесс формирования и разрушения физически адсорбированного смазочного слоя. Дальнейшее ступенчатое увеличение нагрузки привело к синхронному ступенчатому увеличению Дс. Изменение характера зависимости Дс от нагрузки обусловлено окислением ВМ (температура на поверхности сопряженных тел порядка 60 оС) и его термической деструкцией, структурными и триботехническими изменениями характеристик ГСС. Происходит фазовый переход физически адсорбированного в хемосорбированный слой. Данные, полученные методом дифференциально-термического анализа, подтверждают деструкцию углеводородного масла [4]. Установлено, что в результате ужесточения нагрузочного режима испытания смазочного материала происходят структурные изменения ГСС, приводящие к его самоорганизации, в результате которой прочностные свойства его повышаются, а антифрикционные - несколько снижаются. В результате послойного послойного ионного травления методом РФЭС установлено, что толщина
хемосорбированного слоя ВМ при его термообработки (200 оС в течение 2 часов) составляет порядка 1 нм [5].
Ом А іишиши -
1С000Э0 -ЮООЭО 1 0030 -
1 глп -
Рис. 3. Анализ триботехнических характеристик для смазочной среды: а - зависимость контактного сопротивления от нагрузки; б - зависимость коэффициента трения и температуры от нагрузки для смазочной среды, представленной вазелиновым маслом
Дальнейшее увеличение нагрузки приводило к рассогласованию процесса формирования и разрушения хемосорбированного смазочного слоя, о чем свидетельствует снижение уровня контактного сопротивления, хотя коэффициент трения при этом не изменяется. Снижение Rc до уровня расчетного сопротивления стягивания (порядка 1 мОм) означало разрушение хемосорбированного слоя, а также оксидной пленки и появление металлического контакта между сопряженными поверхностями [6]. Нарушение сплошности хемосорбированного слоя приводило к заеданию и задиру поверхностей трения, сопровождающимся локальным во времени интенсивным износом сопряженных тел. Температура на поверхности тел при этом составила порядка 250 оС. Коэффициент трения при этом составил порядка 0,47. Образование частиц износа между контактными поверхностями приводило к их разделению, что сопровождалось резким увеличением значений контактного сопротивления до его верхней границы порядка 6000000 Ом.
0,031
---------1--------1-------1-------1-----------------1—^
О 200 400 ЄОО 800 ' 00С 1200
■Вс, тш -а— Кс, т&х
а)
/
0,5-
Г °С ^-300
0,4 -
-■ 250
-■ 200
0,3 -
-■150
0,2 -
-■ 100
0,1
-■ 50
0
0 200 400 600 800 1000 1200
/ *. 1°С
б)
Рис. 4. Зависимость контактного сопротивления Rc, температуры Т, коэффициента трения f от нагрузки N в режиме реального времени
Таким образом, экспериментально установлено: а) ГСС инактивного вазелинового масла при жестких нагрузочных режимах испытаний в результате структурных преобразований способен к самоорганизации; б) снижение уровня значений Яс до сопротивления стягивания означает разрушение смазочного слоя, что приводит к схватыванию и задиру поверхностей.
Литература
1. Гаркунов, Д. Анализ изнашивания и избирательного переноса при трении /Д. Гаркунов,
Г. Польцер //Эффект безызности и триботехнологии. - 1992. - № 1. -
С. 9-12.
2. Короткевич, С.В. Анализ фрикционных и механических свойств граничных смазочных слоёв с использованием методов электрофизического зондирования: автореф. канд. дис. - Гомель, 2002. - 21 с.
3. Кончиц, В.В. Температурные испытания граничных слоев с использованием метода контактного электросопротивления /В.В. Кончиц, Ю.Е. Кирпиченко, С.В. Короткевич //Трение и износ. - 1996. - Т. 17, № 4. - С. 513-526.
4. Суслов, А.Ю. Синтез, физико-химические и трибологические свойства наночастиц трисульфида молибдена: автореф. канд. дис. - Москва: ИНХС РАН, 2004. - 24 с.
5. Анализ триботехнических характеристик антифрикционных присадок к трансмиссионным смазочным материалам с использованием параметров электрофизического зондирования /С.В. Короткевич [и др.] //Трение, износ, смазка. -2003. - Вып. 19.
6. Короткевич, С.В. Влияние химического состава и структуры оксидных пленок стали на их триботехнические свойства /С.В. Короткевич, А.М. Дубравин, С.М. Мартыненко //Трение и износ. - 2000. - Т. 21, № 5. - С. 518-526.
Получено 02.07.2004 г.
