Определение влияния различных факторов на смазочную способность масел, страница 5

С увеличением нормальной нагрузки коэффициент трения при граничной смазке переходит через минимум (рис. 5,б). При малых нагрузках f определяется в основном ФПК и сопротивлением граничного слоя сдвигу. Это сопротивление увеличивается с ростом сжимающего усилия, что характеризуется повышением пьезокоэффициента β и молекулярной составляющей в целом. Однако β и ФПК увеличиваются значительно медленнее, чем необходимая для этого нормальная нагрузка. В итоге значение f падает. Довольно широкий интервал нагрузок характеризуется стабильным значением f. Это обусловлено конкуренцией следующих факторов: с одной стороны, вышеописанной причиной, а с другой - увеличением сил взаимодействия по мере сближения поверхностей под нагрузкой, разрушением граничных слоев на отдельных пятнах контакта и образованием более прочных связей между материалами сопрягаемых выступов, а также ростом механической составляющей силы трения. При достижении высоких давлений вторая группа факторов становится доминирующей, что вызывает увеличение коэффициента трения.

Следует отмстить, что для разрушения ориентированных граничных слоев необходима весьма высокая нагрузка, т.к. адсорбированные молекулы способны оказывать расклинивающее действие (эффект Дерягина), проявляющееся в увеличении их сопротивления уменьшению толщины с ростом N. Поэтому в скользящем контакте влияние нагрузки на f в большей мере может осуществляться посредством температуры, развивающейся на пятнах фактического контакта и вызывающей разориентацию граничных слоев и изменение механических свойств материала контактирующих неровностей.

2.4 Влияние температуры на граничное трение

Поведение граничного слоя при различных режимах нагружения в значительной мере определяется его толщиной. С увеличением толщины слоя d коэффициент трения снижается до тех пор, пока не начинают проявляться объемные свойства смазочного материала, а в дальнейшем значение стабилизируется. Это обусловлено ростом числа возможных плоскостей скольжения, снижением сопротивления сдвигу благодаря удалению друг от друга контактирующих поверхностей и уменьшением вероятности возникновения схватывания на пятнах фактического контакта.

Температура определяет энергию молекул граничного слоя, скорость их теплового движения и, следовательно, его толщину h. С повышением температуры растет энергия молекул адсорбата, вероятность их выхода из силового поля твердого тела и возможность десорбции. Поэтому рост температуры сопровождается дезориентацией и удалением верхних слоев, менее связанных с межфазной поверхностью и, как следствие, уменьшением толщины граничного слоя (рис. 6).

В области низких температур десорбция протекает медленно, толщина граничного слоя максимальна и практически не зависит от температуры Т. При дальнейшем повышении Т величина h быстро уменьшается благодаря десорбции молекул, образующих верхние слои. При достижении h, близкой к толщине мономолекулярного слоя, зависимость h(T) вновь становится слабо выраженной, что вполне естественно, так как десорбция мономолекулярного слоя возможна только при сообщении адсорбированным молекулам весьма высокой энергии.

Поверхностная энергия твердых тел снижается с повышением температуры. В широком интервале изменения температуры трущихся тел зависимость f(T) немонотонна (рис. 7).

При низких Т, когда граничный слой находится в твердом состоянии, нагрев поверхностей трения снижает сопротивление сдвигу, вплоть до перехода его в квазижидкое состояние. Это приводит к падению сопротивления слоев сдвигу и коэффициента трения. Дальнейшее поведение смазочного материала зависит от его природы. Если смазывающее вещество инертно, то увеличение Т сопровождается резким ростом коэффициента трения (кривая /). Это обусловлено разрушением граничных слоев и появлением участков схватывания поверхностей трения.

Если граничный слой образован смазочным материалом, содержащим поверхностно-активные вещества, например жирные кислоты, адсорбированные на поверхностях активных металлов, то верхняя граница минимальных значений смещается в высокотемпературную область (кривая 2). Быстрый рост коэффициента трения после достижения критической температуры Т_к вызван дезориентацией и десорбцией адсорбированных молекул ПАВ. При Т> Т_к' граничный слой теряет свою несущую способность. Вследствие этого на отдельных наиболее нагруженных участках контакта граничный слой легко разрушается и реализуется контакт оксидных слоев либо чистых металлов.