3.3 Адгезия

Граница разделяет объекты,

которые она соединяет.

А. Поп

Избыточная энергия поверхности твердого тела термодинамически предопределяет ее физико-химическое взаимодействие с окружающей средой. Одним из наиболее существенных процессов подобного взаимо-действия является адгезия.

Возникновение адгезионных связей между поверхностями твердых тел и окружающей средой определяется силами той же природы, что и у когези-онных связей. Однако при адгезионном взаимодействии, в отличие от когези-онного, границы раздела фаз между телами сохраняются.

Следует различать адгезию – связь, возникающую между телами раз-личной природы или состава, и аутогезию – связь между телами из одного и того же материала. Аутоадгезионные связи, как правило, прочнее и возника-ют чаще. Это проявляется, например, в наростообразовании при обработке стальных поверхностей пластическим деформированием или резанием сталь-ным инструментом, в частом схватывании по резьбе винтовых пар из одного и того же материала и т. п. Борются с этим явлением функциональными смаз-ками или использованием материалов разной природы и состава.

При адгезии возникает значительное развитие межфазных границ [27]. Так, у металлов более твердый вдавливается в более мягкий, который обтека-ет шероховатости поверхности первого. У полимеров (например, резины) из-за различия реологических характеристик, зависящих от времени и внешнего давления, возникают значительные сдвиговые усилия, приводящие к дефор-мированию фронта контактной поверхности и его развитию.

В настоящее время принята так называемая химическая теория адгезии, основанная на донорно-акцепторной химической связи при контакте двух поверхностей. Частным случаем проявления этой связи будет образование контактных двойных электрических слоев [15].

Проводя расчеты электрической составляющей работы адгезии и опре-деляя эту величину механически, стало возможным расположить функци-ональные группы полимеров в ряд по донорно-акцепторным свойствам, который совпал с известным рядом их электроотрицательности.

В итоге доказано, что при достаточно полном контакте поверхностей адгезионная связь обусловлена химическими или Ван-дер-Ваальсовыми силами. Но, если химическая связь, ответственная за адгезию, близка к ковалентной, то электроадгезионные явления малосущественны [15,27].

На величину адгезионного взаимодействия влияет следующее:

– природа материала тел;

– кристаллическая структура поверхностных слоев;

– наличие на поверхности примесных атомов, адсорбированных слоев и т. п.;

– площадь контактной поверхности и ее шероховатость;

– время и нагрузка при контактировании.

Весьма существенным для понимания физико-химических процессов при контактировании тел в условиях трения скольжения является адгезион-ное взаимодействие поверхностей, названное неконтактным [3,15]. Силы неконтактной адгезии действуют на участках номинальной контактной поверхности, не соприкасающихся друг с другом, но находящихся по отношению друг к другу в пределах радиуса действия молекулярного притя-жения. Вклад неконтактной адгезии в процесс фрикционного взаимодействия имеет место практически всегда, так как фактическая контактная поверх-ность меньше номинальной. Неконтактное адгезионное взаимодействие отсу-тствует только в случаях:

– наличия очень грубой шероховатости на соприкасающихся поверхностях;

– при трении в условиях гидродинамической смазки;

– при полностью пластическом контакте.

Энергия адгезии может быть определена экспериментально, например, по краевому углу смачивания.