Механизм граничного трения в основном обусловлен эффектом П. А. Ребиндера, заключающимся в адсорбционном понижении прочности металлов. Большие пластические деформации, имеющие место при трении, связаны с образованием чистых поверхностей, выходом на поверхности дислокаций и других следов пластического деформирования металла. Эти поверхности весьма чувствительны к адсорбции поверхностно-активных веществ, что приводит к значительному облегчению процесса деформации. Пластифицирование металла в тонком слое и представляет собой один из существенных элементов механизма противозадирного действия смазки. Капитальные исследования в этой области выполнены П. А. Ребиндером, С. Я Вейлером, В. И. Лихтманом. Смазочное действие связано с понижением сил адгезии приводящим к снижению величины деформируемого объема, что уменьшает сопротивление пластическому деформированию и, следовательно, понижает силу трения.
Разделение трения на сухое и граничное в большой мере условно, так как внешнее трение возможно только при наличии положительного градиента механических свойств по глубине, поэтому поверхностный слой должен быть отличен от нижележащих. Всякое внешнее трение является граничным, так как при нем деформации сосредоточены в тонком поверхностном слое. В противном случае, например при чистых металлических поверхностях, всегда возникает внутриметаллическое трение (глубинное вырывание—5-й вид нарушения фрикционной связи). Для предотвращения этого необходимо, чтобы поверхности были разделены пленкой (оксидной, сульфидной и др.), которая должна предохранять нижележащие слои от разрушения. Однако силы молекулярного взаимодействия между этими пленками, тоже являющимися твердыми телами, все же достаточно велики, что приводит к высоким значениям коэффициента трения и соответственно к избыточному выделению тепла. Для понижения трения применяют жидкую смазку. При малой толщине слоя, смазка теряет свои объемные свойства, в частности теряет подвижность вследствие влияния молекулярного поля твердого тела. Жидкость, вступая в физическое и химическое взаимодействие с металлом, сильно деформированным при трении, резко меняет его свойства. Комплекс процессов, происходящих в тонких поверхностных слоях измененного материала и разделяющем их тонком слое жидкости, обусловливает явление граничного трения.
Молекулы веществ, входящих в состав смазочных масел можно разделить на две группы — полярные, или активные, и неполярные.
Первые из них под влиянием молекулярного поля твердого тела образуют структурно граничную пленку.
Вторые значительно слабее взаимодействуют с поверхностью твердого тела. Рентген и метод электронной дифракции позволили изучить структуру пленок, находящихся на поверхности твердого тела.
Молекулы минеральных масел состоят в основном из смеси алифатических углеводородов (парафина) или их конечных производных (спирты, сложные эфиры, метолы, кислоты). При температурах ниже точки плавления цепи углеводородов группируются в пакеты, фактически являющиеся кристаллами. Когда кристаллы из жидкой смеси или раствора вырастают на поверхности твердого тела, они ориентируются. Формирование мономолекул проходит согласно основному принципу статической устойчивости, молекулы-диполи должны ориентироваться на поверхности таким образом, чтобы их конфигурация соответствовала устойчивому равновесию. Опыт показывает, что возможна как нормальная, так и касательная ориентация. Нормальная ориентация характерна для полярных молекул, несущих на концах разные группы атомов (например, жирные кислоты). Однако жирные кислоты отличаются тем, что у них ориентация первого молекулярного слоя отличается от ориентации последующих слоев. Касательная ориентация свойственна молекулам, имеющим на концах одинаковые группы атомов (например, эфиры).
Такой ориентированный кристаллический слой состоит из нескольких рядов молекул.
Цепи первого слоя граничной пленки все адсорбируются, соединяясь одним концом с оксидной пленкой. В результате химической реакции кислоты с металлом, которая, как указывает Боуден, протекает с участием окисной пленки (для меди, кадмия, цинка), образуются металлические мыла, являющиеся эффективными смазками.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.