DisCollection.ru

Авторефераты и темы диссертаций

Поступления 07.01.2009

Материалы

загрузка...

Повышение эксплуатационных характеристик бытовых машин путем интенсификации процессов смазки трибосопряжений

Долгополов Кирилл Николаевич, 07.01.2009

 

Q* = kT + Q – величина, характеризующая кинетическую энергию теплового движения частиц трибоплазмы, Дж;

k – постоянная Больцмана, Дж/К;

Т – температура трибоплазмы, К;

Q – теплота, выделяемая трением, Дж;

Wд – энергия активации диффузионных процессов, Дж.

Из приведенного соотношения следует, что термоактивирование поверхности многократно повышает энергию активации диффузионных процессов и ведет к аномальному усилению коэффициента диффузии. В ходе дальнейших расчетов было получено выражение, отражающее пропорциональность коэффициента диффузии корню квадратному температуры области фрикционного контакта, исходя из чего, нами была выдвинута гипотеза о том, что трибоплазма по своим свойствам близка к газам.

вещества материала трибосопряжения в сверхвозбужденном, метастабильном состоянии. Для этого приближения были получены выражения плазменных частот и параметра, соответствующего по своим характеристикам КПД трибохимических реакций:

где i – параметр, обозначенный нами как «степень ионизации вещества», схожий с КПД трибохимических реакций;

(р - плазменная частота, с-1;

mе – масса электрона, кг;

е – заряд электрона, Кл;

Дэ – экспериментально измеренный коэффициент диффузии, м2/с.

Численные оценки приведенных формул хорошо коррелируются с имеющимися в нашем распоряжении эмпирически полученными значениями указанных параметров.

Аппарат, предложенный для рассмотрения трибоплазмы, дополненный представлениями о волновой теории плазменных процессов и молекулярно-кинетической теории трения, описывающей механизм образования и «закрытия» адгезионных связей, позволил нам получить аналитическое выражение для оптимальных характеристик трибоплазмы, позволяющее определить необходимые условия для устойчивого формирования на поверхностях трения третьих тел:

t – время релаксации трибоплазмы, с;

с – целое число.

Полученная в ходе теоретического описания предложенной модели размерность параметра «i» (степень ионизации вещества) характеризует временное изменение удельного сопротивления области фактического контакта, то есть кинетику трансформации его агрегатного состояния.

На основании исследования состояния активных реакционоспособных групп, образующихся в объеме трибоплазмы, проводится теоретическая оценка плазмохимических процессов, в которые вовлекается вещество поверхностных слоев трущихся тел в момент релаксации трибоплазмы, основанная на детальном рассмотрении кинетических особенностей рекомбинационных явлений, запускающих механизмы образования сложных химических структур, которыми в частности выступают комплексные соединения. При анализе данного механизма показана высокая степень отзывчивости протекающих явлений к внешним воздействиям со стороны силовых полей.

Основываясь на выдвинутых положениях, нами проведена физическая оценка способа полевого воздействия на плазменные процессы, сопровождающие фрикционное взаимодействие поверхностей БМ, со стороны внешнего электромагнитного поля. Установлено, что подобное воздействие поддерживает молекулы вещества постплазменного состояния в виде устойчивых мультипольных образований, а также катализирует адгезионный перенос последних на дорожки трения сопряжений БМ, формируя смазочные слои с высокой структурной организацией – трибокоординацией.

Используя аппарат классической электродинамики Максвелла показано, что электромагнитные поля не только интенсифицируют перенос молекул, но и возникающие при этом пондемоторные силы способствуют перемещению мезо- и макрообъемов вещества. Выражение аналитической оценки воздействия пондемоторных сил представлено ниже

d0 – в рассматриваемом случае – максимальное расстояние между поверхностями трения, м;

с/ – электродинамическая постоянная, м/с;

NА – число Авогадро, Кмоль-1;

- молярная масса среды, кг/Кмоль;

m – масса поляризованного вещества, кг;

? – циклическая частота, с-1;

Wп – электрическая энергия процесса поляризации вещества, Дж;

Т/ – период, с.

Все теоретические выводы были подтверждены и проиллюстрированы в данной части работы собственными и имеющимися в нашем распоряжении из литературных источников экспериментальными данными, полученными при помощи методов ЭОС, оптической микроскопии, а также метода электромагнитного санирования поверхности трения, при помощи которого были зафиксированы высокочастотные гармоники плазменных состояний. Появление и интенсификация формирования третьих тел под действием электрического поля зафиксирована при помощи метода профилометрии.

На основании приведенных результатов детально проиллюстрировано влияние электромагнитного поля за счет пассивации поверхности трения на интенсификацию возникновения и структурную ориентацию третьих тел, в частности в узлах трения БМ.

В четвертой главе представленные ранее положения об общих свойствах структурной упорядоченности третьих тел, выявленных у широкого класса трибосопряжений БМ, катализируемой приложением электромагнитного поля, рассматриваются на примере наиболее изученного в настоящее время класса объектов пленочной природы – «серфинг – пленках». Даны фотографии наностроения серфинг-пленок, полученные на сканирующем туннельном микроскопе (СТМ).

Рисунок 1. – Структура серфинг-пленки, полученная при помощи СТМ.

, напоминающая кристаллическую решетку. Такая структура приводит к формированию на поверхности фрикционного контакта длинных молекулярных цепей, ориентированных, преимущественно, в одном направлении. При использовании более крупных масштабов упорядоченное расположение рельефа отсутствует, его можно назвать хаотическим. Он начинает отражать уже характер скольжения поверхностей трибосопряжения.

Приведенные изображения различных участков поверхности в разных масштабах впервые позволяют установить связь крупномасштабной структуры поверхности серфинг-пленки и строения той же пленки на атомарном уровне.

Показано, что серфинг-слой является частным проявлением достаточно общих закономерностей формирования смазочных структур типа гетерогенного двухслойного образования, состоящего из квазикристаллической мономолекулярной подложки, к которой, в частности, и относятся серфинг-пленки, и наружного слоя (возможно мезогенного типа), толщина которого варьируется в широких пределах.

Описаны механизмы структурной упорядоченности – трибокоординации мономолекулярного слоя на поверхности трения под действием электромагнитных сил, определяющие улучшение антифрикционных характеристик трибосопряжений БМ вплоть до достижения параметров гидродинамического трения.

С перечисленных выше позиций показаны основные закономерности трения присадок к материалам триботехнического назначения, основу которых составляют продукты минерального происхождения. В частности, методом нарушенного полного внутреннего отражения (НПВО) на ИК-спектрометре Cary-100 (Varian) и атомно-силовом микроскопе (АСМ) Nanoeducator установлено, что использование серпентина при смазывании трущихся поверхностей в среде минерального масла приводит к образованию на последних отдельных «островков» сетчатой псевдокерамической пленки высотой до 600 нм (рисунок 2).

Рисунок 2. – Топография (АСМ) поверхности после обработки серпентином.

На фотографии фрагмента поверхности трения наблюдается статистически регулярная структура формируемой защитной пленки, схожая с сотовым строением: различимы участки, по контуру которых расположены выступы с шероховатостью до 0,6 мкм, внутреннее же пространство имеет шероховатость до 0,1 мкм. Периодичность повторения указанных участков до 20 мкм (ось Y). В общем случае поверхность трения при использовании минеральных модификаторов имеет вид «медовых сот».

Подобная пленка придает узлу трения низкий коэффициент трения и повышенную износостойкость.