Прикладная часть.

1. Упругое последействие – разновидность «трибологического свойства материала».

2. Влияние упругого последействия на твёрдость.

3. Влияние упругого последействия на модуль упругости.

4. Влияние упругого последействия на относительную износостойкость материалов.

5. Оценить влияние динамической твёрдости HJ (авт. свид. №1381367), модуля упругости материала (авт. свид. №905714), относительной износостойкости материалов (авт. свид. №1619134) на показатель пластичности ψ, диаметр частиц износа d, (см. теоретическую часть).

Современное состояние теории трения и износа позволяет прогнозировать фрикционные свойства материалов, исходя из физико-механических характеристик.

Имея ввиду то, что «контакт обладает свойством упругого последействия» [4] одной из специфических характеристик материалов пары трения допускается целесообразным считать упругое последействие.

Достоверность допущения базируется на экспертных технологиях определения твёрдости, модуля упругости, оценки относительной износостойкости материалов с учётом упругого последействия [5].

Способ определения динамической твёрдости.

(авт. свид. №1381367)

,

где N – нагрузка;

Δy – обратное упругое последействие.

Способ определения модуля упругости материала.

(авт. свид. №905714)

,

где P – сосредоточенная изгибающая сила, приложенная к свободному концу консольной балки (рис. 2);

l – длина балки после разгрузки;

J – момент инерции сечения;

- полный прогиб балки по линии воздействия силы P;

- упругое последействие.

Способ оценки относительной износостойкости материалов.

(авт. свид. №1619143)

,

Где С – постоянная; для отожжённой стали;

HJ – динамическая твёрдость, определяемая по авт. свид. №1381367.

Рис. 1. Пара трения.

Рис. 2. Упругое последействие при изгибе консольной балки.

Оригинальная часть.

СРАВНЕНИЕ ФИЗИЧЕСКОЙ АДСОРБЦИИ И ХЕМОСОРБЦИИ

Все поверхности твердых тел энергетически неоднородны. Это означает, что они состоят из участков, которые отличаются по силе, с которой они могут взаимодействовать со сталкивающимися молекулами. При адсорбции газа самыми сильными являются участки поверхности, заполняющиеся в первую очередь; более слабые участки поверхности заполняются только после насыщения более сильных (энергетически). Когда взаимодействие между поверхностью и адсорбатом относительно слабо (даже в самых сильных участках), имеет место только физическая адсорбция. Физически сорбированные молекулы имеют тенденцию формировать поверхностный слой (монослой), который может взаимодействовать далее, хотя и более слабо, с дополнительными молекулами адсорбата, для формирования слоев более высокого уровня. С другой стороны, хемосорбция имеет место, когда поверхность содержит участки, настолько энергетически сильные, что они могут распасться и/или сформироватьхимические соединения с молекулами адсорбата.

Способность определенных активных зон изменять молекулярные связи посредством

адсорбции, делает эти участки чрезвычайно важными для многих промышленных задач.

Наиболее известный пример – гетерогенные катализаторы. В настоящее время в США

примерно 90% топлив и химикалий производят с использованием катализаторов. Способность твердых катализаторов стимулировать химические реакции непосредственно связана с количеством активных зон, доступных для реакции. Способность определять количество активных зон позволяет оценивать полезность определенного катализатора, разрабатывать более совершенные катализаторы и сравнивать различные катализаторы между собой. Методики хемосорбции предлагают способы выборочного титрования активных зон поверхности твердого тела. Хемосорбция во многом отличается от хемосорбции. Ниже приведены опытные критерии физической и химической адсорбции.

Специфичность. Поскольку хемосорбцию u1084 можно рассматривать как поверхностную химическую реакцию, следует ожидать, что она будет резко специфичной, т.е химическое воздействие данного адсорбата может быть совершенно различным на разных адсорбентах (требующих, например, различных условий – температуры и давления) вплоть до того, что это взаимодействие для определенных систем может не наблюдаться. В большинстве случаев это действительно так. Например, водород хорошо сорбируется на переходных металлах, но совсем не сорбируется на серебре; переход от поверхностного взаимодействия кислорода с ними к объемному внедрению и образованию оксидов сильно зависит от температуры и природы металла. Если на платине и палладии кислород при комнатной температуре образует только хемосорбированный слой, то на никеле и железе происходит также его внедрение в приповерхностные слои металла с суммарным количеством поглощенного кислорода до 1,7 и 3,7 монослоя соответственно. С другой стороны, физическая адсорбция, как правило, мало специфична. Есть, правда, случаи, в которых специфичность выражена довольно сильно. Так,

адсорбция указанных газов на органических полимерах значительно меньше. При специальном химическом модифицировании поверхности, например, при замене гидроксильных групп поверхности кремнеземов на органические радикалы или фтор адсорбция паров воды, метанола и бензола снижается в несколько раз.

Тепловой эффект. Теплоты химической адсорбции близки к теплотам химических реакций, а физической – к теплотам конденсации, т.е. различие тех и других составляет примерно один порядок величин. Численные значения теплот хемосорбции обычно составляют 80-400 кДж/моль, теплот физической адсорбции – 10-50 кДж/моль. Однако, хотя высокие теплоты всегда свидетельствуют о химической адсорбции, низкие теплоты не указывают однозначно на наличие физической адсорбции. Известны случаи, когда химическая адсорбция происходит с небольшим выделением теплоты. Так, при хемосорбции водорода на оксиде хрома минимальная теплота составляла всего 13 кДж/моль.

Температура. Для каждой системы можно выделить две температурные области, в каждой из которых происходит преимущественно один из указанных видов адсорбции. Обычно хемосорбция происходит при более высоких температурах. Однако нередко оба вида адсорбции идут одинаково хорошо в одной температурной области. Это, главным образом, случаи низкотемпературной хемосорбции, сопровождающейся сильной физической адсорбцией (например, адсорбция оксида углерода на железе).

Скорость. Физическая адсорбция, как и конденсация пара, не требует энергии активации, поэтому на открытой поверхности она идет практически мгновенно, а точнее, с той скоростью, с какой молекулы адсорбата достигают поверхности. Скорость химической адсорбции часто зависит от температуры, что дало повод Тэйлору назвать ее активированной адсорбцией. С другой стороны, физическая адсорбция может лимитироваться медленной скоростью транспорта вещества к поверхности тонких пор и экспериментально это будет восприниматься как замедленная адсорбция; однако многие хемосорбционные процессы практически не требуют энергии активации и идут очень быстро даже при низких температурах (хемосорбция кислорода и оксида углерода на переходных металлах).

Обратимость. Физическая адсорбция почти всегда обратима в отношении изменения давления и температуры; химическая адсорбция очень часто необратима. Однако нежесткость структуры некоторых адсорбентов приводит к тому, что прямой и обратный адсорбционный процессы при физической адсорбции могут не совпадать. С другой стороны, нередки случаи обратимой химической адсорбции. Так, на переходных металлах часть хемосорбированного водорода связывается необратимо, другая часть – обратимо.

Число адсорбционных слоев. В силу природы адсорбционных сил, химическая адсорбция мономолекулярна, физическая адсорбция полимолекулярна. Но, во первых, в тонкопористых адсорбентах число физически адсорбированных слоев может сильно ограничиваться размером пор. Во вторых, химическая адсорбция часто сопровождается экспериментально трудно отличимыми процессами растворения газа в объеме твердого тела или процессами внедрения атомов адсорбата в поверхностные слои адсорбента, в пределе переходящими в топохимическое воздействие с образованием новой объемной фазы. В результате может поглощаться большое количество адсорбтива, значительно превышающее емкость монослоя. Таким образом, каждый из перечисленных признаков в отдельности не может однозначно указывать на тип адсорбционного взаимодействия. Все они вместе взятые, однако, дают возможность практически безошибочно определить тип экспериментально наблюдаемой адсорбции.