2. Период постоянного режима.

После возникновения медной пленки возникает пара трения “медь-медь”. За счет этого улучшаются условия трения, прекращается тепловыделение при трении и окисление смазочно-охлаждающей смеси и, как следствие, прекращается растворение медных трубок. При нарушении сплошности пленки режим трения ухудшается; это приводит к окислению смазки, к дополнительному растворению меди, в следствие чего защитная пленка восстанавливается. Этот процесс повторяется с определенной периодичностью по мере разрушения защитной пленки.

Металлическая защитная пленка, которая возникает на поверхностях трения, называется “сервовитной” от латинского “servo-witte” - спасать жизнь.

Механизмы образования сервовитной пленки

Механизм образования пленки изменяется в зависимости от типа материалов, которые принимают участие в трении, и условий трения. Зафиксированы такие случаи проявления эффекта ИП:

1. В паре “бронза - сталь” при смазке глицерином (при использовании глицерина механизм ИП реализуется наиболее часто). Глицерин представляет собой слабую кислоту и растворяет верхний слой бронзы, вследствие чего атомы легирующих элементов уносятся с поверхности бронзовой детали. Ее поверхность обогащается медью, содержащей большое количество вакансий. Соединяясь, вакансии образуют пустоты, заполненные глицерином. Медь “схватывается” при трении со сталью и переносится на стальную поверхность, образуя слой толщиной 1…2 мкм. Возникновение медной пленки перерывает контакт бронзы с глицерином, и процесс временно прекращается.

2. В паре “сталь - сталь” при работе со смазкой, содержащей частички меди, бронзы, свинца, серебра (примером такой смазки является ЦИАТИМ-201). Поверхности покрываются пленкой металлов, находящихся в смазочном материале.

3. В порошковых спеченных материалах (содержащих Сu-Ni связку), которые работают в нефтепродуктах и сточных водах. Мягкая составляющая материала за счет трения выдавливается на поверхность и растворяется в жидкости; через жидкость атомы меди переносятся на поверхность твердых частиц, покрывая их защитной пленкой.

4. В паре “полимер, заполненный закисью меди, - сталь” при смазке глицерином. Глицерин восстанавливает закись меди до чистой меди, которая схватывается со стальной поверхностью и переносится на нее.

5. В паре “полимер, заполненный частичками медной проволоки, - сталь”. Кроме пленки меди, на стали возникает слой металлополимеров, возникших в результате взаимодействия полимера и стали. Появление таких пленок в данном случае может происходить в условиях трения без смазки.

Факторы проявления эффекта ИП

Высокая износостойкость, характерная для эффекта ВП, связана с действием ряда факторов, обусловленных возникновением сервовитной пленки. К этим факторам относятся:

1. Осуществление контакта поверхностей через тонкий пластический слой меди. Сервовитная пленка перекрывает неровности поверхности трущихся деталей, легко деформируется и сглаживает рельеф, увеличивая контактную площадь трения. В результате снижается давление на поверхности трения, то есть уменьшается вероятность схватывания и взаимного внедрения выступов, что всегда приводит к повышенному износу.

2. Устранение окисления металла на поверхности трения. Окислительные пленки предотвращают схватывание поверхностей, но ввиду своей хрупкости они быстро разрушаются, что ускоряет износ. В режиме ИП окислительные пленки не возникают, поскольку поверхность защищена сервовитной пленкой и плотными слоями положительно заряженных молекул ПАВ, которые возникают при трении. Обычные окислительные пленки препятствуют выходу дислокаций на поверхность и потому ускоряют наклёп и разрушение поверхностных слоев. Сервовитные пленки имеют высокую пластичность, в них дислокации могут “разряжаться” без существенного упрочнения поверхности (рис.1.27).

а)

б)

Рис.1.27. Контакт деталей при наличии окислов при граничной смазке (а) и в случае реализации ИП (б): 1- сталь, 2 - бронза, 3 - пленка окислов, 4 - сервовитная пленка.

3. Реализация эффекта Ребиндера. Окислительные пленки затрудняют доступ ПАВ к поверхности, поэтому не достигается эффект пластификации (размягчения) поверхности. На сервовитной пленке окислы не возникают, поэтому она содействует полному проявлению эффекта Ребиндера (рис.1.28). Размягченные рабочие поверхности лучше прирабатываются друг к другу при трении, увеличивая площадь фактического контакта.

4. Перенос частиц с одной поверхности трения на другую и удержание их электрическим полем в зоне контакта. Обычные продукты износа представляют собой незаряженные частицы окислов, которые уносятся с поверхности; при этом они действуют как абразив, царапая поверхность. При ИП продуктами износа являются частицы меди. Эти частицы имеют пористую поверхность, которая очень активна и быстро покрывается плотным слоем ПАВ. Такие частицы называют мицеллами, они имеют электрический заряд. Под действием заряда мицеллы скапливаются в зазорах и могут переноситься с поверхности на поверхность, восстанавливая разрушенную сервовитную пленку (рис. 1.29). Таким образом, частицы износа сервовитной пленки не удаляются из зоны трения, что резко снижает износ.

а)

б)

Рис.1.28. Схема распространения деформации в местах контакта при граничной смазке (а) и при ИП (б): 1- сталь, 2 - бронза, 3 - пленка окислов, 4 - сервовитная пленка, 5 - места деформации.

5. Образование продуктов полимеризации материала на поверхности сервовитной пленки. В смазочный материал зачастую добавляют специальные вещества (например, смесь метилового эфира многоосновной кислоты и полимера (полиаминов)), которые при трении полимеризуются и образуют дополнительный защитный слой. При граничной смазке полимерные пленки получаются лишь спустя некоторое время, поскольку окисные пленки препятствуют процессу полимеризации. При ИП этот процесс ускоряется, поскольку на сервовитной пленке окислы отсутствуют; кроме того, сервовитная пленка является катализатором процесса полимеризации (рис.1.30).

а)

б)

Рис.1.29. Схема движения частиц износа в зоне контакта при граничной смазке (а) и при ИП (б): 1- сталь, 2 - бронза, 3 – окисная пленка, 4 - сервовитная пленка, 5 - частицы изнашивания.

а)

б)

Рис.1.30. Контакт деталей в присутствии смазочного материала со специальными добавками при граничной смазке (а) и при ИП (б): 1- сталь, 2 - бронза, 3 - пленка окислов, 4 - сервовитная пленка, 5 - пленки полимера.

Эффект ИП находит все большее применение в технике последние годы в технике. Он используется при трении пар “сталь - сталь”, “сталь - чугун”, “чугун - чугун”, “сталь - порошковый материал (металлополимер, стекло, бронза, Al-сплавы)”. Задачей ученых является расширение сферы использование эффекта безизносности за счет оптимизации материала деталей и типа смазочного вещества.