3.2 Правило градієнта зсувного опору

Між зовнішнім і внутрішнім тертям є суттєва різниця.

Основною відмінністю між зовнішнім і внутрішнім тертям є локалізація процесів, які породжують зсувну силу в тонкому поверхневому шарі. В зв’язку з цим для забезпечення зовнішнього тертя необхідна наявність на поверхні твердого тіла ослабленого шару, який локалізує деформацію зсуву. Звідси випливає універсальне значення правила градієнта, згідно з яким фрикційний зв’язок, який утворюється повинен бути менш міцним ніж шари, яка лежать нижче.

Зовнішнє тертя здійснюється і в тому випадку, коли виконується правило градієнту хоча б для одного тіла, яке має менший опір зсуву в порівнянні з іншим тілом. Розділення поверхонь тертя шаром рідини чи консистентним мастилом – один із штучних прийомів створення додатного градієнту. Змащувальна дія базувалась на використанні фізичних процесів адсорбції полярних молекул мастила з металом (утворення молекулярного ворсу), при підвищенні температури адсорбційні ефекти порушуються. Сучасні машини працюють в більш жорстких температурних режимах, тому використовують хімічні і трібохімічні ефекти взаємодії мастил і присадок, які вступаючи в реакцію з поверхнею металу, утворюють хімічні сполуки, які мають малий опір зсуву.

За останній час отримали розвиток методи нанесення покриття, які мають малий опір зсуву (полімерні плівки, а для високих температур плівки з м'яких металів), для високонавантажених вузлів тертя застосовують нові методи створення градієнту, наприклад, шляхом розм’якшення тонкої плівки самого матеріалу, котрий охороняє шари, які лежать нижче, від руйнування.

Для оцінки процесу тертя істотно використання двох безрозмірних характеристик : – відношення глибини впровадження до його радіусуі – відношення опору зсуву на цій нерівності до границі текучості наклепаного матеріалу основи. Для забезпечення зовнішнього тертя сума цих відношень повинна бути

;

чим менша ця сума, тим кращі умови створюються для вузла тертя.

Наслідком приведеної залежності є те, що для кожної пари матеріалів існує своя зона зовнішніх параметрів (навантажень, швидкостей, температури), в якій можливе їх використання.

В зв’язку з цим уявлення про механізм змащувальної дії значно розширились. Якщо раніше все зводилось до ідеї адсорбованого шару полярних молекул, - захисного ворсу Ленгмюра і втрати змащувальної властивості розглядались, як теплова дезорієнтація цього ворсу (що вірно лише в одиничних випадках – в основному для легких умов тертя), то тепер ми маємо більш загальні ідеї градієнту опору зсуву і декілька шляхів його здійснення, наприклад, за рахунок одноразового нанесення плівки сторонньої м’якої речовини і відновлення цієї плівки за рахунок підмазування (ротапринт) випаровування мастил, які утворюють плівку, шляхом адсорбційного пластифіціювання тонкого поверхневого шару (ефект Ребіндера).

Перспективним є здійснення ефекту вибраного розчинення, коли пониження опору зсуву поверхневого шару здійснюється атермічним шляхом.

Часткова дисоціація кристалічної решітки на поверхні твердого тіла є важливим фактором, який формує третє тіло, котрий дозволяє по іншому розглядати граничне тертя, вкладаючи в цей термін інше значення. Це тертя не на межі двох тіл, а тертя яке характеризується властивостями 3-го тіла, яке утворюється в зоні контакту.

Для зниження сил граничного тертя необхідно знайти можливості збільшення справжньої концентрації вакансій в поверхневому шарі. Відповідно до старої, ніким не спростованої теорії будови рідин її рухомість обумовлена наявністю вільного об’єму. По Берналу потрібно мати 12% вільного об’єму для повної втрати стійкості кристалічної решітки. Один із засобів утворення вільного об’єму – видалення із сплаву летучого компоненту чи компоненту, який розчиняється поверхневим шаром контртіла за рахунок механіко-хімічних чи механіко-фізичних процесів. В цьому випадку густина вакансій по глибині тіла буде різною, вона буде більше в приповерхневому шарі і відповідно буде створено позитивний градієнт механічних властивостей по глибині, який необхідний для здійснення зовнішнього тертя. Видалення домішок веде до полегшення руху дислокації, тобто пластичної течії. Саме цим механізмом пояснюється “ефект безспрацьованості”, встановлений Д.Н. Гаркуновим і І.В. Крагельським, який полягає в вибранному розчиненні мастилами, які містять в собі ПАВ, окремих легуючих елементів сплавів, наприклад, “Sn” із твердого розчину бронзи. Цей ефект можна здійснити і без використання рідкої фази, наприклад, шляхом використання сплавів, які містять летучий компонент при порівняно невеликих температурах (наприклад, Mg, Cd, Zn при нагріванні переходять в газоподібний стан, обходячи рідку фазу).

Можна використовувати вибране розчинення полімером атомів твердого розчину металу, в результаті чого добитися розрихлення кристалічної решітки шляхом підбору пари тертя полімер - металічний сплав, який складається із двох чи декількох інгредієнтів, які різко відрізняються по своїй розчинності в полімері.

Схема методів реалізації градієнта опору зсуву показана на рис.27.

Рис. 27. Методи реалізації градієнта опору зсуву