снижение адгезионной составляющей силы трения при использовании смазочного материала с добавкой ультрадисперсного алмазографита

 

Докшанин С.Г., Докшанина И.И. (ФГАОУ ВПО СФУ, г.Красноярск, РФ)

 

Possibility of decrease of coefficient of static friction at the expense of application of lubricant with an ultradisperse additive. The results of the analysis in distribution of the coefficient of static friction and limiting adhesion force are presented.

 

Согласно молекулярно-механической теории трения, предложенной И. В. Крагельским [1], в ходе относительного скольжения контактирующих поверхностей происходит непрерывное образование и разрушение фрикционных связей. Эти процессы, обусловленные межмолекулярным взаимодействием между контактирующими телами в зонах фактического касания, представляют сущность адгезионной составляющей внешнего трения. Прочность фрикционных связей зависит от величины касательных напряжений на границе раздела твердых тел и определяется отношением сдвигового сопротивления молекулярной связи к пределу текучести основного материала. Ослабление прочности таких связей способствует нормальной работе узла трения.

Воздействие образованных связей на процесс трения значительно ощущается в режиме граничной смазки, например в период пуска, когда в довольно короткий промежуток времени силы трения значительно возрастают. Это увеличивает вероятность схватывания поверхностей, которое может сопровождаться глубинным вырыванием материала. Кроме того, это приводит к росту контактных напряжений, что ускоряет процессы усталостного разрушения трущихся поверхностей. Вследствие этого большое значение в работе узлов трения имеет условие перехода от статического взаимодействия поверхностей к началу их относительного скольжения, что определяется максимальной силы трения покоя. В этом случае коэффициент трения покоя будет зависеть от антифрикционных свойств применяемых смазочных материалов [2].

Исследования влияния добавки на коэффициент трения покоя выполнялись на основе базовой пластичной смазки Литол-24, в которую вводили ультрадисперсный порошок алмазографита (УДПАГ) в пропорциях от 0,1 до 5 % от массы смазки. Основная цель введения подобных добавок в пластичные смазочные материалы − улучшение смазочной способности, увеличение прочности смазочного слоя на контакте, снижение коэффициента трения и износа. Испытания проводились на машине трения ГП-1 при скольжении торца цилиндрического образца по плоскости. Образцы диаметром 5 мм и контробразец в виде пластины были изготовлены из стали 45. Смещение пластины относительно образца задавалось выдвижением штока микрометра, которым определялась величина предварительного смещения, сила трения определялась с помощью тензодатчиков. Перемещение пластины задавалось до тех пор, пока сигнал регистрирующего прибора не отображал скачок силы трения, что соответствовало переходу образца из состояния покоя в состояние скольжения.

Анализ полученных результатов позволяет отметить, что наличие адсорбированных слоев частиц ультрадисперсного алмазографита в значительной мере ослабляют силы адгезионного взаимодействия между трущимися поверхностями. При этом наибольшая эффективность достигается при концентрации добавки в смазочном материале от 0,5 до 1,5 % масс. Так, на рис.1 представлены сравнительные результаты коэффициентов трения покоя f_пк для базового смазочного материала и для смазочной композиции с концентрацией ультрадисперсного алмазографита 1 % масс. Внешняя нагрузка на образец составляла 4,9 Н, 9,8 Н и 16 Н.

Рисунок1-Гистограмма величины коэффициента трения покоя при испытаниях пластичной смазки Литол-24 и смазочной композиции с УДПАГ

 

Использование смазочных композиций с содержанием добавки до 3,5 % масс также приводит к уменьшению коэффициентов трения покоя, однако в несколько меньшей степени. При дальнейшем повышении концентрации порошка наблюдалось заметное ухудшение антифрикционных свойств смазочного материала и увеличение силы трения.

Наличие на поверхностях трения защитной пленки после введения в смазочный материал порошка алмазографита было подтверждено экспериментально при определении нагрузки заедания. Испытания проводились для смазочного материала Литола-24 и смазочных композиций с содержанием в них УДПАГ 1, 2 и 3 % масс. Результаты этих исследований представлены в таблице 1.

Если оценивать полученные результаты в целом, то можно отметить положительный эффект при использовании ультрадисперсного порошка алмазографита в качестве твердой добавки к пластичной смазке Литол-24. Наличие твердых частиц в смазочном материале приводит к созданию на поверхности трения прочной пленки, выдерживающей без разрушения значительные нагрузки и препятствующей схватыванию трущихся поверхностей. Образованная между поверхностью трения и молекулярным смазочным слоем, такая пленка препятствует образованию адгезионных связей, что позволяет продлить время существования граничного слоя [3].

 

Таблица 1 − Определение предельной нагрузки схватывания

 

Данные результаты дают представление о том, что присутствие в смазочном материале твердых добавок позволят граничной пленке выдерживать большие нагрузки, при этом время существования пленки на поверхности трения увеличилось в два раза.

 

Литература

1. крагельский, И.В. Трение и износ / и.В. Крагельский.−М.: Машиностроение, 1968. − 480 с.

2. Дроздов, Ю.Н. Трение и износ в экстремальных условиях / Ю.Н. Дроздов, В.Г. Павлов, В.Н. Пучков. -М.: Машиностроение, 1986. -224 с.

3. Терентьев, В.Ф. Трибонадежность подшипниковых узлов в присутствии модифицированных смазочных композиций/ В.Ф. Терентьев, Н.В. Еркаев, С.Г. Докшанин. −Новосибирск: Изд-во «Наука», 2003. − 142 с.