Интенсивно используемая техника подвержена негативным воздействиям ряда факторов. Это и неустановившийся режим работы, и реверс, и вибрации, и возможность попадания абразивных частиц в зону контакта трущихся поверхностей, и разнообразие внешних условий эксплуатации, вызванное как переменными нагрузками, так и изменениями в окружающей среде, – все это приводит к существенному повышению интенсивности изнашивания трущихся поверхностей деталей.
Применительно к пожарной технике эта проблема наиболее актуальна, поскольку в данной сфере детали узлов трения пожарных и аварийно-спасательных автомобилей кроме транспортного режима эксплуатируются еще и в стационарном, кроме того, они работают и без нагрузки в режиме прогрева и при смене караула во время проведения ежедневного технического осмотра. Изнашивание деталей приводит к ухудшению технических характеристик механизмов, снижению скорости движения пожарных автомобилей, подачи и напора, развиваемых пожарными насосами. Все это приводит к преждевременной постановке автомобилей на техническое обслуживание или ремонт.
Действенными способами улучшения эксплуатационных характеристик и повышения надежности пожарной и аварийно-спасательной техники являются изменение технологического процесса, применение новых материалов, внесение изменений в конструкции устройств, однако они дороги и не всегда применимы на практике. Одним из наиболее действенных способов повышения долговечности и надежности техники является применение смазочных материалов, реализующих безызносное трение на основе избирательного переноса. Что же представляет собой физический процесс избирательного переноса, попытаемся описать в данной статье.
При обычном трении, как без смазочного материала, так и при граничной смазке, детали контактируют на очень малой площади. В результате участки фактического контакта испытывают весьма высокие напряжения, что приводит к их взаимному внедрению, пластической деформации и, следовательно, к интенсивному изнашиванию. Если при граничном трении контакт сопряженных поверхностей происходит только в отдельных точках, то при избирательном переносе он осуществляется через пластически деформируемый мягкий и тонкий слой металла. В результате площадь фактического контакта возрастает в десятки раз, а материал деталей испытывает лишь упругие деформации [1].
Толщина сервовитной пленки достигает 1 ... 2 мкм, что соответствует размерам неровностей (или перекрывает их) большинства поверхностей деталей общего машиностроения. При граничной смазке взаимодействие неровностей поверхностей вызывает усталостное изнашивание. Имеющиеся методы определения площади контакта, формулы сближения поверхностей, кривые опорной поверхности, а также методы и приборы для исследования свойств контакта не годятся для условий избирательного переноса.
При уменьшении толщины пленки сила трения убывает, но при толщине около 0,1 мкм наступает предел, с переходом за который трение начинает возрастать, а при толщине 0,01 мкм пленка перестает быть эффективной. Металлические пленки могут выдерживать весьма высокие нагрузки без разрушения. Во всех случаях величина нагрузки, при которой происходило разрушение пленки, зависит от толщины пленки, ее адгезионной прочности по отношению к нижележащей основе и от твердости последней. Эти опыты подтверждают свойство мягкой металлической пленки снижать трение и износ.
Пленка мягкого металла, образующаяся в процессе трения при избирательном переносе, содержит большое количество вакансий, что делает ее полужидкой. Такая структура пленки снижает трение и исключает ее наклеп. Материал пленки с повышенной концентрацией вакансий достигает особого критического состояния, когда скопление дефектов становится неустойчивым и повышение температуры или концентрация вакансий вызывает процесс типа кристаллизации [1].
При наличии на поверхностях трения сервовитной пленки продукты износа состоят из меди и других металлов; их поверхность пориста и весьма активна, поэтому частицы покрываются адсорбционным слоем ПАВ. Такие частицы имеют электрический заряд. Кроме того, при избирательном переносе частицы могут переноситься с одной поверхности трения на другую, не вызывая повреждения этих поверхностей.
В начальной стадии избирательного переноса образующиеся ПАВ интенсифицируют процесс поверхностного диспергирования. Адсорбируясь на диспергированных частицах, ПАВ образуют устойчивую дисперсную систему. Этому способствуют процессы полимеризации, поликонденсации и трибодеструкции. Благодаря разности потенциалов между зоной контакта и остальной поверхностью мицеллы будут иметь направленное движение в зону контакта, где, разряжаясь, будут создавать медный слой – сервовитную пленку.
Снижению адгезии будет способствовать также то, что молекулы ПАВ расположены в мицелле радиально, и при нагружении их взаимодействие с подложкой будет значительно слабее, чем, если бы они располагались по плоскости.
Важным случаем является перенос ионов и более крупных заряженных частиц к месту фрикционного контакта в электрохимическом процессе между зоной контакта и остальными поверхностями (иногда даже не участвующие в трении). Это относится ко всем электропроводным смазкам.
Исходя из изложенного, трение следует рассматривать как комплексы регулируемых факторов безызносности, наиболее упорядоченным из которых является диссипативная структура избирательного переноса.