Физико-химическое взаимодействие материалов и смазывающей среды в парах трения зубчатых передач в условиях избирательного переноса

Размещено на http://www.allbest.ru/

Физико-химическое взаимодействие материалов и смазывающей среды в парах трения зубчатых передач в условиях избирательного переноса

Сергеенков В.Е.1, Скичко Д.В.2, Жога С.В.3, Черкашин А.В.4

Аннотация

Статья содержит данные о физико-химическом взаимодействии материалов и смазывающей среды в парах трения зубчатых передач. В работе представлены процессы образования и деформации сервовитной пленки, образующейся в парах трения зубчатых зацеплений в режиме избирательного переноса. Показан один из способов повышения долговечности пар трения путем уменьшения зоны действия пластической деформации основного металла при наличии сервовитной пленки в условиях избирательного переноса. Демонстрируется использование положительных свойств дислокационной структуры сервовитной пленки в сочетании с применением новых металлосодержащих композиций, позволяющее существенно повысить износостойкость пар трения зубчатых передач.

Ключевые слова: адсорбция, избирательный перенос, сервовитная пленка, поверхностно¬активные вещества, химически-активные вещества.

Abstract

PHYSICO-CHEMICAL INTERACTION OF MATERIALS AND LUBRICATING MEDIUM IN GEAR FRICTION PAIRS UNDER SELECTIVE TRANSFER CONDITIONS

Sergeenkov V.E.1, Skichko D.V.2, Zhoga S.V.3, Cherkashin A.V.4

The article contains data on the physicochemical interaction of materials and a lubricating medium in the friction pairs of gears. The paper presents the processes of formation and deformation of a servovite film formed in pairs of friction gears in the mode of selective transfer. One of the ways to increase the durability offriction pairs by reducing the area of action of plastic deformation of the base metal in the presence of a servovite film under selective transfer conditions is shown. The use of the positive properties of the dislocation structure of the servovite film in combination with the use of new metal-containing compositions is demonstrated, which makes it possible to significantly increase the wear resistance of gear friction pairs.

Keywords: adsorption, selective transfer, servovite film, surfactants, chemically active substances.

В основе взаимодействия среды с металлом лежат поверхностные явления, связанные с наличием поверхностной энергии вещества, величина которой во многом определяется уровнем пластической деформации, составом и свойством металлической поверхности. Любая деформация поверхностного слоя приводит к увеличению поверхностной энергии. Под действием силового поля твердого тела активные вещества, присутствующие в окружающей среде, а также нейтральные атомы или молекулы, возбужденные наведенным электрическим моментом соседних молекул, будут ориентироваться на металлической поверхности.

В зависимости от потенциала эти молекулы могут либо приближаться к поверхности, либо удаляться от неё. В зависимости от сродства приближающихся молекул среды и отдельных компонентов твердой поверхности на разделе фаз могут протекать различные физико-химические процессы. Первой стадией взаимодействия поверхности твердого тела с окружающей средой является физическая адсорбция, в известных условиях переходящая в химическую. Адсорбированные молекулы, находясь в силовом поле металла, обладают квазикристаллическими свойствами и могут образовывать мономолекулярный слой. Толщина слоя, скорость его образования и свойства определяются свойствами молекул и металлических поверхностей. Наибольшей способностью к адсорбции обладают поверхностно-активные вещества [1].

Адсорбция и хемосорбция, окисление металла и смазывающей среды оказывают сильное влияние на развитие деформаций поверхностных слоев, ускоряя или замедляя их. Хрупкие окисные пленки постоянно покрывают металлические поверхности деталей при трении без смазочного материала и с граничной смазкой (рис. 1, а), предотвращая непосредственный контакт поверхностей и их схватывание. Однако эти пленки не способны многократно деформироваться и поэтому происходит их постепенное разрушение.

Рис. 1. Схема контакта поверхностей пары трения: а) при граничной смазке; б) в режиме избирательного переноса

1 - 3 - материал пары трения; 2 - окисные пленки; 4 - сервовитные пленки; 5 - слои адсорбированных поверхностно-активных веществ

трение зубчатая передача деформация

Силовые взаимодействия твердых материалов при относительном скольжении описываются молекулярно-механической теорией трения. Согласно этой теории, в настоящее время, существует ряд направлений увеличения долговечности подвижных сопряжений и снижения сил трения. Одним из перспективных является создание в подвижном сопряжении условий, способствующих возникновению явления избирательного переноса (далее ИП).

ИП не появляется мгновенно. Для него характерны начальная стадия и установившийся режим. Если в каком-либо подвижном сопряжении не удалось реализовать процессы, наблюдающиеся на начальной стадии ИП, то в данном сопряжении не будет осуществлен и его установившийся режим. Таким образом, инициирование ИП должно обязательно осуществляться на стадии приработки пар трения, так как формирование сервовитной пленки начинается именно в этот период [2].

При трении в режиме ИП окисные пленки не образуются (рис. 1, б), их роль выполняют плотные слои положительно заряженных адсорбированных поверхностно-активных веществ (ПАВ), которые предотвращают поступление кислорода к сервовитной пленке.

Дислокационные механизмы пластической деформации вызывают особую активизацию металла в деформированных поверхностных объемах. При трении без смазочного материала и с граничной смазкой окисные пленки препятствуют выходу дислокаций на поверхность, что ведет к ускоренному наклёпу поверхностного слоя и его разрушению. В режиме ИП сервовитная пленка не наклёпывается, выдерживает многократные деформации безразрушения, так как дислокации в ней свободно переносятся [3].

На повышение долговечности металлов существенное влияние оказывает пластифицирующее и упрочняющее действие активных сред. Небольшое количество ПАВ и химически активных веществ (ХАВ) содержат практически все смазочные материалы. Под действием ПАВ материал деталей становится более пластичным и деформируется пластически в очень тонком поверхностном слое при малых нагрузках, происходит пластифицирование поверхностных слоев материала деталей в результате эффекта Ребиндера. Так как при ИП окисные пленки отсутствуют, то действие эффекта Ребиндера реализуется в полной мере, при этом подповерхностные слои деформации не претерпевают, а деформируется только сервовитная пленка (рис. 2), что повышает долговечность пары трения.

Рис. 2. Схема распространения деформации сервовитной пленки пары трения: 1 - 4 - материал пары трения; 2 - сервовитные пленки; 3 - участок пластической деформации; 5 - слои адсорбированных поверхностно-активных веществ

Химически активные вещества, практически мгновенно взаимодействуя с пластически деформируемыми поверхностями деталей при трении, образуют тонкие модифицированные слои, обеспечивающие положительный градиент механических свойств и предотвращающие повреждения деталей. Однако количество ПАВ и ХАВ, содержащихся в смазочных материалах, изготовленных из нефти, недостаточно для надежной работы деталей в жестких условиях. Поэтому в смазочные материалы, предназначенные для высоконагруженных сопряжений, вводят присадки или композиции присадок, содержащие химически активные вещества: серу, хлор, фосфор, цинк и др.

Продуктами износа при трении с граничной смазкой являются в основном окислы, которые не имеют электрического заряда. Они свободно уносятся из зоны трения, перемещаясь между контактирующими поверхностями совместно с находящимися в масле или топливе случайными механическими примесями и вызывают их абразивное изнашивание (рис. 3, а).

Рис. 3. Схема движения частиц износа в зоне контакта пары трения: а) при граничной смазке; б) в режиме избирательного переноса: 1 - 3 - материал пары трения; 2 - окисные пленки; 4 - продукты износа; 5 - сервовитные пленки: 6 - продукты износа, покрытие слоем поверхностно-активных веществ

В условиях ИП продуктами износа являются электрически заряженные частицы, состоящие из материала сервовитной плёнки. Поверхность этих частиц пориста и очень активна, поэтому они покрыты адсорбционным слоем ПАВ и сосредоточены в зазорах зоны контакта. В режиме ИП (рис. 3, б) частицы могут переноситься с одной поверхности трения на другую и схватываться, не вызывая их повреждения, уменьшая тем самым изнашивание поверхностей.

Абразивные частицы размером до 3мкм находящиеся в смазывающей среде, усиливают инициирование ИП, а при размере частиц более 3 мкм и большем их количестве сервовитная пленка изнашивается. Однако это не означает, что она не образуется. Наличие пленки даже малой толщины уменьшает зону действия пластической деформации основного металла, а, следовательно, снижает абразивное изнашивание зубчатой пары трения.

Процессы, сопровождающие физико-химическое взаимодействие материалов и смазывающей среды в зубчатых парах трения, оказывают значительное влияние на свойства поверхностных слоев, которые в свою очередь зависят от качества поверхностей деталей пары трения. В соответствии с современными представлениями качество поверхностного слоя является сложным комплексным понятием и определяется двумя группами характеристик: физико-химическими и геометрическими.

При работе зубчатых пар трения в условиях граничной смазки наиболее существенное значение имеют такие геометрические характеристики поверхности как волнистость и шероховатость. Уменьшение шероховатости поверхности при неизменных условиях работы сопряженных поверхностей вызывает снижение коэффициента трения и интенсивности изнашивания. Однако, снижение шероховатости связано с повышением качества обработки поверхностей трения зубчатых деталей агрегатов трансмиссии, а, следовательно, с необходимостью наличия дорогостоящего технологического оборудования.

Указанное обстоятельство предполагает использование при ремонте зубчатых передач агрегатов трансмиссии и методов, основанных, на физико-химическом взаимодействии материалов и смазывающих сред, позволяющих достигать требуемого качества обработки поверхностей трения зубчатых передач на имеющемся технологическом оборудовании.

Одним из направлений реализации этих требований является применение новых металлосодержащих композиций при приработке деталей агрегатов трансмиссии на основе реализации явления ИП при трении, а также использование положительных свойств дислокационной структуры сервовитной пленки, образующейся в парах трения зубчатых передач.

Список литературы /References

1. Крагельский И.А. Трение и износ. М.: Машиностроение, 1968. 480 с.

2. Старосельский А.А., Гаркунов Д.Н. Долговечность трущихся деталей машин. М.: Наука, 1979. 396 с.

3. Избирательный перенос в тяжелонагруженных узлах трения / под. ред. Д.Н. Гаркунова, М.: Машиностроение, 1982. 207 с.

Размещено на Allbest.ru