Изнашивание при избирательном переносе (эффект безызносности)

В течение длительного времени главным направлением борьбы с изнашиванием и уменьшением силы трения было повышение твер­дости поверхности трения деталей машин. В этом случае уменьша­ется взаимное внедрение одной поверхности в другую, уменьшаются пластические деформации и окислительные процессы, а также дейс­твие абразива.

Однако с увеличением нагрузок в узлах трения, ухудшающих в некоторых случаях условия смазывания деталей с применением в машинах специальных смазочных жидкостей, традиционные методы повышения износостойкости деталей путем увеличения их твердости перестали себя оправдывать, т.к. фактическая площадь контакта с увеличением твердости материала уменьшается. В результате неизбежных перекосов деталей при эксплуатации увеличивается возможность их заедания или роста интенсивности изнашивания.

В 1956 году при исследовании технического состояния узлов трения самолета ИЛ на разных этапах его эксплуатации, было обнаружено явление самопроизвольного образования тонкой пленки меди на поверхностях деталей в парах трения сталь-бронза. Поверхности смазывались спиртоглицериновой смесью. Пленка меди толщиной 1…2 мкм в процессе трения покрывала как бронзу, так и сталь (рис.4.12).

Рис. 4.12. Пленка меди на стальной поверхности

Она способствовала резкому снижению интенсивности изнашивания пары трения и уменьшала силу трения примерно в 10 раз. Почти в то же время подобное явление было обнаружено в парах трения сталь-бронза при использовании смазочного материала ЦИАТИМ-201 (в шарнирно-болтовых соединениях самолетов), а также в паре сталь-сталь в узлах трения компрессора домашнего холодильника при смазывании масло-фреоновои смесью.

Образование тонких пленок меди связывают с избирательным растворением и осаждением отдельных элементов сплавов, содержащих в своем составе медь. Свойство таких пленок отличается от свойств медных пленок, получаемых гальваническим или другим способом. Роль пленки сводится к формированию третьего тела на поверхности контакта, в котором происходит разрыв фрикционных связей. Это явление имеет электрохимическую природу и получило название избирательного переноса. Открыли явление избирательного переноса Д.Н. Гаркунов и И.В. Крагельский.

Рассмотрим проявления явления избирательного переноса в узлах трения на примере компрессора бытового холодильника. Медная пленка образуется в паре сталь-сталь в результате растворения медных трубок охладителя холодильника. Толщина медной пленки составляла 1…2 мкм. Пленка формируется из ионов меди, которые образуются в смазочном материале (смесь 50 % масла и 50 % фреона) в результате незначительного коррозионного процесса медных трубок охладителя. Ионы меди, поступая в масло-фреоновую смесь, перемещались в зону контакта ионы поступают вместе с охлаждающей смесью, исполняющей также роль смазочного материала. После того, как пленка образовалась, происходит снижение давления в зоне контакта, уменьшается сила трения и температура. Компрессоры холодильника могут работать без ремонта десятки лет.

Можно отметить следующую цепочку взаимообусловленных явлений, происходящих в смазочной системе компрессора и на поверхностях трения деталей.

В начальный период в паре трения сталь-сталь смазочный материал окисляется, образующиеся кислоты растворяют поверхностные слои медных трубок и доставляют в смазочную систему ионы меди. Ионы меди, циркулируя в смазочной системе, осаждаются на поверхности деталей только в зоне трения, в результате образуется тонкая пленка меди, покрывающая поверхности трения.

Установившийся режим. После того как поверхности трения покроются пленкой меди, пара трения сталь-сталь заменяется парой медь-медь. Это приводит к снижению интенсивности окисления масло-фреоновой смеси, прекращается растворение трубок. При нарушении сплошности медной пленки режим работы сопряжения становится более тяжелым, это вызывает усиление окислительных процессов в смазочном материале и, как следствие, растворение меди трубок и «залечивание» поврежденной поверхности.

В установившемся режиме трения медная пленка не разрушается. Она может переходить с одной поверхности трения на другую. Продукты изнашивания удерживаются в зазоре электрическими силами.

Избирательный перенос – явление противоположное изнашиванию. Процессы при избирательном переносе необратимы и самоорганизованы. Сила трения, сопротивление сдвигу и интенсивность изнашивания снижаются.

Металлическую защитную пленку, образующуюся в процессе трения– называют сервовитной (от лат. servo-witte – спасать жизнь). Она представляет собой вещество (в данном случае металл), образованное потоком энергии и существующее в процессе трения. Трение не может уничтожить пленку, оно ее создает. Образование защитной пленки относится к новому классу самоорганизующихся явлений неживой природы.

При деформировании сервовитная пленка не разрушается и не подвергается усталостному разрушению. Она воспринимает все нагрузки, покрывая шероховатости поверхностей трения стальных деталей, которые практически не участвуют в процессе трения. В этих условиях мягкий материал работает по мягкому материалу. Распределение нагрузки по поверхности трения происходит равномерно, поэтому на единицу площади она незначительна. Это способствует продлению ресурса узла, трения.

Механизм формирования сервовитной пленки может изменяться в зависимости от вида смазочного материала, условий работы узла трения и конструкционных материалов, из которых изготовлены контактирующие детали.

Исследование механизма избирательного переноса, его закономерностей и областей рационального применения привело к некоторому изменению установившихся ранее взглядов на ряд вопросов триботехники: структуру и свойства тонких поверхностных слоев трущихся деталей машин; механизм изнашивания и смазочного действия; пути создания смазочных материалов и присадок к ним; оптимальную структуру и свойства износостойких и антифрикционных материалов и приработочных покрытий и т. д.

Явление избирательного переноса апробировано используется в различных областях: самолетах, автомобилях, станках, паровых машинах, дизелях тепловозов, прессовом оборудовании, редукторах, оборудовании химической промышленности, механизмах морских судов, магистральных нефтепроводах, электробурах, холодильниках, гидронасосах, нефтепромысловом оборудовании. Избирательный перенос применяется также в приборах и может быть использован для повышения стойкости режущего инструмента при сверлении, фрезеровании, протягивании, дорновании и нарезании резьбы.

Избирательный перенос позволяет: снизить металлозатраты (на 15…20%) за счет большей грузоподъемности (в 1,5…2 раза) пар трения; увеличить срок работы узла трения (в 2 раза); сократить период приработки двигателей (в 3 раза) и редукторов (до 10 раз); сократить расход электроэнергии; в подшипниках качения и скольжения уменьшить расход смазочных материалов (до 2 раз); повысить КПД глобоидных редукторов с 0,7 до 0,85; винтовой пары с 0,25 до 0,5; увеличить экономию драгоценных металлов (золота, платины, серебра) в приборах в 2…3 раза за счет большей надежности электрических контактов.

Дата добавления: 2014-12-26