Металлического кристалла

Аналогичные результаты получены при исследовании влияния шероховатости металлических поверхностей на трение и изнашивание П. Т. Ф. Е. (тефлона) [136]. Показано, что состояние поверхности образцов из тефлона практически не оказывает влияния на коэффициент трения, поскольку тефлон быстро прирабатывается к сопряженному металлическому образцу. Зависимость коэффициента трения и величины весового износа тефлона от шероховатости металлических поверхностей имеет минимум, причем для обеих зависимостей положение минимума соответствует оптимальному значению параметра ^тах в пределах от 0,2 до 4 мкм (удельное давление 300 кг/см2, скорость 1 м/сек). Таким образом, для пар металл — полимер так же, как для пар металл — металл, зависимость коэффициента трения и интенсивности изнашивания от степени шероховатости металлического контртела имеет минимум в некотором диапазоне изменения степени шероховатости.

На фиг. 6 приведены зависимости коэффициента трения / от параметра шероховатости Ra металлического контртела (1 — поликапроамид; 2 — фторопласт-4) из [3]. В работе [128] исследовалось влияние степени шероховатости и направления скольжения по отношению к направлению финишной обработки на коэффициент трения в условиях различных смазок. Образцы были изготовлены из закаленных сталей; один из образцов имел постоянную чистоту поверхности (сферический индентор 0 = 4 мм), другой — диск с различной чистотой и направлением штрихов, что достигалось использованием различных способов финишной обработки и притирки в окружном и продольном направлениях. Опыты показывают, что влияние направления скольжения на коэффициент трения весьма значительно, что' объясняется различием в продольной и поперечной шероховатостях. Автор объясняет повышение коэффициента трения при скольжении в направлении штрихов обработки ухудшением условий смазки.

Выбор нагрузки. Для заданных исходной шероховатости металлического контртела и физико-механических свойств изнашивающего сталь полимера с помощью формулы (V.1) определяется предельное значение удельной нагрузки, обеспечивающей упругое взаимодействие на контакте в начале испытания. В процессе приработки при постоянной нагрузке шероховатость металлического контртела, как правило, уменьшается, что приводит к более благоприятному условию работы пары трения. Исходя из этих соображений, мы рассчитали предельные значения удельных давлений для выбранных полимерных материалов с учетом исходной величины А=0,10 (Rm^=5,0 мкм, Rz= =4,8 мкм, г=30 мкм, 6=2, v=2) по формуле

Абразивные загрязнения, вклиниваясь в мягкую пластмассу, накапливаются (если не обеспечивается их эвакуация) в поверхностном контактирующем слое пластмассовой детали, что приводит к интенсивному износу металлического контртела, особенно при его недостаточной поверхностной твердости. В таком случае металлическая деталь (вал) изнашивается быстрее, чем более дешевый пластмассовый вкладыш подшипника скольжения [11].

* Большие количества наполнителей резко снижают ударную вязкость полимерных композиций, увеличивают в ряде случаев интенсивность износа сопряженных тел — полимерной детали и металлического контртела. — Прим. ред.

Значительный износ пластмасс наблюдается при неравномерном скольжении контактирующих тел и грубой поверхности металлического контртела, например, при глубокой высадке металлического листа при помощи пластмассового инструмента [14 и 18]. Из-за резкого различия физико-механических свойств металлов и пластмасс степень шероховатости металлического тела оказывает большое влияние на весь механизм истирания пластмасс.

* При истирании металлической втулки по валу, облицованному тефлоном (фторопластом), относящимся к электроположительным пластмассам (при трении о сталь генерирует на своей поверхности заряды трибоэлектричества положительного знака), наблюдается склонность намазывания полимера на поверхность трения металлического контртела. — Прим. ред.

3. Следует снизить износ металлического контртела (например стального вала), работающего в паре с антифрикционным полимером.

мическая и окислительная деградация, трещинообразование под воздействием нагрузок, а также перенос частиц металла; для поверхности металлического контртела — это окисление и коррозия, перенос полимера и его наполнителей, абразивное и полирующее воздействие полимера, сопровождающееся изменением физико-механических поверхностных свойств. Существенно также физико-химическое влияние смазочного материала на поверхности полимера и металла. Вид продуктов переноса полимера на металл и его влияние на износ определяется вязкоупругими свойствами материалов. Скорость изнашивания термопластов (ПТФЭ, полиэтилена, по-лиацеталя и полиамидов) под влиянием переноса уменьшается. Скорость изнашивания более твердых и хрупких

Общий срок службы тормозов и муфт сцепления оценивают по сроку службы металлического контртела (обычно барабанов и дисков), а элементы из ФПМ, имеющие значительно меньший срок :лужбы (колодки, накладки, диски, вкладыши), являются сменными. Поэтому изделия из ФПМ должны быть дешевы, а конструкция фрикционных устройств должна позволять быструю и легкую смену изношенных деталей из ФПМ.

Несмотря на значительное различие прочностных свойств, все рассмат риваемые материалы обеспечивают необходимую работоспособность узлов трения в эксплуатации при правильном их конструировании. Это указывает на то, что и меньшие значения прочностных показателей обеспечивают достаточную надежность работы узла трения, а большие лишь имеют более высокий запас надежности. Поглоща-тельная способность жидких сред тоже редко имеет большое значение для надежной работоспособности узлов трения. Нет необходимости предъявлять особо жесткие требования и к теплопроводности ФПМ, так как она для различных типов варьирует незначительно и, кроме того, почти на два порядка меньше теплопроводности металлического контртела, теплофизиче-скими свойствами которого главным образом и определяется тепловой режим узлов трения.

Анизотропность металлического кристалла

Рис. 2.20. К определению внутреннего потенциала решетки: а — расположение ионов в одной из атом-ных плоскостей металлического кристалла (схематическое); б — распределение по-тенциала вдоль линии АВ,> параллельной одной из атомных цепочек, в предположении, что потенциал внутри кристалла постоянен; в — характер истинного распределения потенциала вдоль линии АВ

Из того факта, что электрическое сопротивление металла без примесных атомов и дефектов при абсолютном нуле температуры равно нулю, следует, что сопротивление возникает в результате взаимодействия электрона, его столкновениями с тепловыми колебаниями решетки. Наложение электрического поля ускоряет движение коллективизированных электронов. Температурная зависимость электрической проводимости определяется изменением величины длины свободного пробега электрона /. Температурная зависимость длины свободного пробега / обусловлена взаимодействием движущихся под действием внешнего электрического поля электронов с ионным остовом решетки. Движение электронов можно описать как распространение волны. При движении в периодическом потенциальном поле металлического кристалла электромагнитные волны испытывают рассеяния на ионах решетки. Рассеянные волны интерферируют, образуя фронт волны. Непрерывное наложение двух процессов - рассеяния и интерференции — обеспечивает распространение электронной волны в кристалле, т.е. электрический ток. Согласно теории электропроводности для абсолютно чистого металла с идеально периодической (не искаженной) решеткой / —> °о при абсолютном нуле температуры, т. е. при абсолютном нуле электронная волна распространяется в идеально периодическом кристалле беспрепятственно, при этом сопротивление металла равно нулю. Важным результатом теории является то, что электросопротивление обусловлено рассеянием электронов на нарушениях периодичности (статических и динамических искажениях) решетки.

Энергия металлического кристалла равна сумме потенциальной энергии взаимодействия атомов, образующих кристалл, и энергии движения свободных электроно

Из того факта, что электрическое сопротивление металла без примесных атомов и дефектов при абсолютном нуле температуры равно нулю, следует, что сопротивление возникает в результате взаимодействия электрона, его столкновениями с тепловыми колебаниями решетки. Наложение электрического поля ускоряет движение коллективизированных электронов. Температурная зависимость электрической проводимости определяется изменением величины длины свободного пробега электрона /. Температурная зависимость длины свободного пробега / обусловлена взаимодействием движущихся под действием внешнего электрического поля электронов с ионным остовом решетки. Движение электронов можно описать как распространение волны. При движении в периодическом потенциальном поле металлического кристалла электромагнитные волны испытьгеают рассеяния на ионах решетки. Рассеянные волны интерферируют, образуя фронт волны. Непрерывное наложение двух процессов - рассеяния и интерференции - обеспечивает распространение электронной волны в кристалле, т.е. электрический ток. Согласно теории электропроводности для абсолютно чистого металла с идеально периодической (не искаженной) решеткой / —> QO при абсолютном нуле температуры, т. е. при абсолютном нуле электронная волна распространяется в идеально периодическом кристалле беспрепятственно, при этом сопротивление металла равно нулю. Важным результатом теории является то, что электросопротивление обусловлено рассеянием электронов на нарушениях периодичности (статических и динамических искажениях) решетки.

Найденные кинетические зависимости (158), (159) и (160) удовлетворяют известным экспериментальным данным о порядке реакций по ионам ОН~, ионам SO^ и величине наклона анодной кривой Ъа. Действительно, для реального металлического кристалла железа при рН > 1,5 имеем г0н- — 2, г 2- = 1, Ьа = 30 мВ,

Дислокаций, который тесно связан с разблагоражйваНйем веского потенциала и является выражением термодинамического принципа Ле-Шателье — Брауна. Действительно, формирование металлического кристалла (содержащего дефекты) электроосаждением требует электрической работы, х-ная часть которой превращается , в энергию дислокаций:

Найденные кинетические зависимости (170), (171) и (172) удовлетворяют известным экспериментальным данным о порядке реакций по ионам ОН", ионам SO" и величине наклона анодной кривой Ьа. Действительно, для реального металлического кристалла железа при рН > 1,5 имеем гон- = 2, Zso%- =1. ba — = 30 мВ, что соответствует экспериментальным данным [99]; при рН < 1,5 имеем ZOH- = 1, zs02~ — I, ba — 30 мВ, что также соответствует экспериментальным данным. Для «бездефектного» кристалла получаем гОн- = 1, Ьа = 40 мВ (при а = 0,5). Это согласуется с данными работы [89].

Для металлов этот эффект может быть назван механоэлектри-ческим, поскольку механические процессы вызывают появление разности электрических потенциалов. Поскольку знак этой разности противоположен знаку перенапряжения (TJ — Л/г/7) коррозионного процесса, перенос дислокаций замедляется. Другими словами, выражение (226) характеризует потенциал переноса дислокаций, который тесно связан с разблагораживанием равновесного потенциала и является выражением термодинамического принципа Ле-Шателье — Брауна. Действительно, формирование металлического кристалла (содержащего дефекты) электрооса-ждением требует электрической работы, -к- ная часть которой превращается в энергию дислокаций:

Валентные электроны образуют размытое облако электрического заряда вокруг ионов и могут легко перемещаться в идеальной решетке металлического кристалла. ' Отсутствие взаимодействия с идеальной решеткой ионов подтверждается тем фактом, что электрическая проводимость чистого металла неограниченно возрастает при температуре, приближающейся к абсолютному нулю. Решетка состоит из воображаемых линий, соединяющих ионы. Расстояние между их центрами измеряется ангстремами (А=10~7 см). Гипотеза о закономерном распределении ионов была выдвинута Е. С. Федоровым в 1860 г. и подтверждена с помощью рентгеновских лучей М. Лауе в 1912 г.

г) Анизотропность металлического кристалла