АКАДЕМИЯ НАУК СССР
НАУЧНЫЙ СОВЕТ ПО ТРЕНИЮ И СМАЗКАМ
Б. И. Костецкий, М. Э. Натансон, Л. И Бершадский
МЕХАНО-ХИМИЧ ЕСКИ Е
ПРОЦЕССЫ
ПРИ ГРАНИЧНОМ ТРЕНИИ
ИЗДАТЕЛЬСТВО «НАУКА»
МОСКВА 1972

УДК 621.891
Механо-химические процессы при граничном трении. К
Костецкий Б.И., Натансон М.Э., Бершадский Л.И. М.,
'Наука", 1972.
В книге изложены результаты теоретических и экспериментальных
исследований процессов физико-химического взаимодействия граничного
слоя смазки и поверхности металла в условиях нагружения трением.
Методами металлографического, электронномикроскопического, рент-
геноструктурного, термографического и эмиссионного спектрального
анализа, инфракрасной спектроскопии и др. изучены основные
характеристики модифицированных слоев металла (вторичных структур),
образующихся в результате протекания рассматриваемых механо-химических
процессов.
Исследованы условия динамического равновесия процессов
образования и разрушения вторичных структур и метастабильного состояния
поверхностей трения.
Исходя из полученных представлений, построена модель нормального
трения и износа, позволяющая установить основные количественные
закономерности. Определены также условия возникновения
повреждаемости поверхности металла. Рассмотрена задача управления процессами
трения и износа.
Книга предназначена для широкого круга специалистов,
занимающихся вопросами трения, смазки, износа и надежности.
3-13-2,
1005-1972
ПРЕДИСЛОВИЕ
Граничное трение и износ в машинах - это процессы
механического и физико-химического взаимодействия контактирующих поверхностей
твердых тел и среды.
Среда оказывает самое существенное влияние на процессы
деформации и разрушения поверхностей при трении. В свою очередь, эти
процессы вызывают активацию поверхностных слоев твердых тел и
смазочной среды, определяющую их физико-химическое взаимодействие
и химические превращения.
В предлагаемой книге представлены результаты обширных
экспериментальных исследований процессов взаимодействия металлов, жидкой
(смазочной) и газовой среды при внешнем трении. Исследованы
изменения дислокационной структуры металлов при трении в
поверхностно-активной и химически активной среде, процессов механической и
термической деструкции молекул смазок, химического взаимодействия
деформируемого металла с кислородом и другими активными
компонентами среды и т. д.
С помощью современных методов анализа исследованы
специфические (вторичные) структуры, образующиеся на поверхности и в тонких
(порядка сотен ангстрем) поверхностных слоях металла при внешнем
трении. Существование пленок вторичных структур является
существенным условием разделения поверхностей контактирующих металлов и
предотвращения их взаимодействия.
В процессе трения вторичные структуры непрерывно разрушаются и
восстанавливаются, причем процессы их разрушения и образования
находятся в динамическом равновесии, что и определяет устойчивое
внешнее трение металлов без повреждаемости поверхностей
(схватывания и вырывания, микрорезания, пропахивания и т.п.).
Используя полученные представления, авторы с позиций
физико-химической механики разрабатывают классификацию вторичных структур
и выявляют условия нормального трения и износа в машинах. Исходя
из этих условий рассматриваются основные функции смазочного
действия и роль поверхностно—активных и химически активных добавок к
смазочным маслам в нормализации и оптимизации процессов трения и
износа.
Академик П,А.Ребиндер
3

ВВЕДЕНИЕ
Внешнее трение возникает при относительном движении одного
тела по поверхности другого. В отличие от таких видов взаимодействия,
как тяготение, электромагнетизм и т.п., трение не может быть
описано фундаментальным законом физики. Трение - это сложный вид
взаимодействия, точнее, это результат различных видов взаимодействия,
проявляющихся в механических,физико-химических, электрических и
других процессах. Соотношение этих видов взаимодействия может быть самьш
различным в зависимости от условий нагружения, свойств
контактирующих материалов и среды. Необходимым условием решения задач,
связанных с трением (определение силы трения, интенсивности износа
и т.п.), является установление области условий, в которой в зоне
трения протекают вполне определенные процессы, обусловливающие те или
иные виды взаимодействия контактирующих материалов и среды.
Другими словами, "законы" трения без указания границ их применимости
теряют всякий смысл.
Вся история науки о трении связана с попытками расчета или
экспериментального установления коэффициента пропорциональности
тангенциального сопротивления и нормальной реакции (коэффициента трения)
[119, 124].. Предположение линейной закономерности уже с точки
зрения механики абсолютно твердых тел [ 166 ] привело к таким
парадоксам, как несовместимость реакций связей и законов трения.
Преодоление этой несовместимости усматривалось в рассмотрении
деформируемых тел. Изучение механики деформируемых объектов не
привело к решению задач трения, так как в процессы трения стали
"вмешиваться" такие физико-химические явления, как сваривание,
окисление и др.
Многочисленные экспериментальные и производственные данные
показывают, что при одной и той же нормальной нагрузке сила трения
может изменяться в широких пределах в зависимости от скорости
относительного перемещения, температуры и среды [18,19,75,124].
Естественно, само понятие коэффициента трения потеряло всякий смысл.
Яркой иллюстрацией неопределенности коэффициента трения могут
служить результаты следующего эксперимента, схематически
представленные на рис.1. Во время установившегося процесса трения и
окислительного износа (участок АБ) при неизменных значениях нагрузок
в зону контакта ■ был подан абразивный порошок (точка Б).
"Коэффициент трения" резко уменьшился, а интенсивность разрушения
защитных окисных пленок возросла (БВ). Разрушение пленок привело к
скачкообразному изменению силы трения (ВГ — участок схватывания
4
Рис. 1. Изменение силы трения во времени 1 в
зависимости от возникающих на контакте физико-
химических процессов
1-*ч> рода). После прекращения подачи абразива произошло
восстановление окисных пленок и наступил первоначальный режим трения,
характерный для данного сочетания нагрузок и условий среды. В
процессе опыта наблюдалось изменение не только среднего значения
силы трения, но и характера ее колебаний.
Трение в технике связано с чрезвычайным разнообразием условий
нагружения, применяемых материалов и рабочих сред. Поэтому
современная теория трения в машинах основывается на данных о
механических и физико-химических процессах, возникающих при
взаимодействии различных контактирующих материалов и среды (жидкой и
газовой).
Рассмотрение некоторых из этих процессов составляет предмет
механохимии трения (или трибохимии), описывающей химическую
активацию поверхности твердого тела при механических воздействиях.
Однако механохимические явления не исчерпывают механизма трения.
Не менее важным является и вопрос "обратного" воздействия
физической адсорбции и химических реакций на протекание процессов
пластической деформации, что рассматривается физико-химической
механикой. При таком понимании описание процессов трения методами
механохимии может претендовать на достаточную полноту.
Как отметил академик П.А.Ребиндер, развитие физико-жимической
механики и механохимии (трибохимии) приводит к объединению их в одну
область [170]..
Вопрос о разграничении внешнего и внутреннего трения является
принципиальным. Необходимым и естественным условием внешнего
трения является разделение поверхностей трения. Чисто "механическое"
разделение поверхностей осуществимо только при газо-гидродинамиче-
ских режимах. По сути дела, в этом случае внешнее трение твердых
тел достигается за счет внутреннего трения в жидкости или газе. В
остальных случаях разделение поверхностей условно и может быть свя-
5

зано с протеканием строго определенных механо-физико-химических
процессов на границе раздела и в тончайших поверхностных слоях
твердых фаз. При этом должны выполняться следующие условия:
существование устойчивого граничного слоя смазки; локализация
пластических деформаций, физико-химических превращений и разрушения в
минимально возможном поверхностном слое твердого тела (металла); ме-
тастабильное состояние поверхностей трения как следствие
динамического равновесия процессов разрушения и восстановления (образования)
модифицированных поверхностных слоев твердого тела.
Эти условия характеризуют нормальное внешнее трение в машинах
[84, 85 ],. когда отсутствуют любые виды повреждаемости
поверхностей (сваривание, пропахивание, микрорезание и т. п.).
Приведем значения некоторых характеристик процессов
нормального трения и повреждаемости (табл. 1).
Таблица 1
Характеристики процессов трения
Трение
Характеристики
коэффициент
трения
износ на 1000 м
пути, мкм
класс чистоты
поверхности
Нормальное 0,5-0,15 0,005-1 10-14
4
С повреждаемостью 0,3-40 10 1-6
Диапазон давлений и скоростей скольжения, в котором возникают
нормальное трение и износ, а также величины сил трения и
скорости износа определяются природой материалов контактирующей пары и
составом жидкой и газовой сред.
Одна из наиболее необходимых для практики задач теоретических
и экспериментальных исследований состоит в следующем:
- установлении диапазона нормального трения и износа
(критических условий, соответствующих возникновению повреждаемости);
- аналитическом описании силы трения и скорости износа в этом
диапазоне;
- управлении процессами трения и износа, заключающемся в
расширении нормального диапазона, минимизации скорости износа и
оптимизации сил трения в этом диапазоне.
Такой подход предусматривает обоснованный выбор механических и
физико-химических свойств материалов и рабочих сред. Решение этой
задачи в первую очередь связано с исследованиями механических и
физико-химических процессов взаимодействия твердых тел и
граничного слоя смазки в условиях нормального трения и износа; результаты
этих исследований рассмотрены в гл. I—IV.п На основании данных
исследований построена модель нормального трения и износа,
позволяющая получить количественное описание силы трения и скорости износа,
условия возникновения повреждаемости, что позволит произвести
направленный выбор основных свойств контактирующих материалов,
смазок и газовых сред (гл. V и VI).'
Глава I
. ВНЕШНЕЕ ТРЕНИЕ ТВЕРДЫХ ТЕЛ
1. Теории трения твердых тел
Несмотря на значительное количество фундаментальных работ, в
настоящее время не существует единой общепризнанной теории трения.
Это связано в первую очередь со сложностью самого явления и
неоднозначностью его механизмов при различных условиях нагружения и
среды.
Попытки построения теории 'сухого*' трения даже для случая,
когда отсутствует смазочная среда, привели к созданию противоречивых
законов трения. Первые исследования явления трения (Леонардо да
Винчи, ГЛмонтон, Т.Бюлфингер [119, 132]. были связаны с
попытками установления универсального эмпирического закона трения.
Дальнейшее развитие науки о трении шло по пути обоснования
эмпирических законов, исходя из существовавших в тот или иной период
физических представлений. Так, были последовательно предложены модели
трения, основанные на представлениях о геометрии абсолютно
жесткого тела, геометрических и реологических характеристиках
микронеровностей деформируемого полупространства, адгезии, сваривании,
взаимодействии на уровне атомной шероховатости поверхности,
микроструктурных изменений, физико-химических процессах и т. п.
В наиболее ранних исследованиях преобладали чисто механические
представления о процессе внешнего трения. В основу изучения
трения было положено рассмотрение взаимодействия шероховатых
поверхностей твердых абсолютно жестких тел. В дальнейшем были
выдвинуты и развиты идеи о молекулярных силах взаимодействия при
трении. В соответствии с этой гипотезой полагали, что трение
обусловлено преодолением сил молекулярного притяжения, возникающего
между двумя твердыми телами, и что сила трения возрастает с
уменьшением шероховатости, так как вследствие более тесного сближения
контактируемых поверхностей увеличивается молекулярное сцепление
между ними.
Эволюция механической гипотезы, впервые сформулированной Де
ля Гиром, связана с именами А.Парана, Л.Эйлера, Д.Лесли, Г.Гюм-
беля и др. [119, 225^238, 245 ].. i
Возникновение и обоснование гипотезы о молекулярном
взаимодействии поверхностей трения связано с именами И.Дезагюлье, Л.Брил-
люэна, В.Гарди, Г.Томлинсона, Б.В.Дерягина [51,54,119,236,255].''
Первый этап развития классической науки о внешнем трении
представлен исследованиями трения покоя.
Вопрос о динамической сущности внешнего трения впервые
ставится в известных работах Ш.Кулона. Он установил, что трение обуслав-

Закон трения
f-„(n+v0;
ливается рядом причин: природой, материалов, протяженностью
поверхности, давлением, продолжительностью контакта, скоростью
скольжения. Крупным достижением была четкая формулировка Ш.Кулоном двои
ственной природы трения. Эта двойственная природа выражается
законом F-A+ftN, ' где F -сила трения; А - константа, не зависящая
от нормальной нагрузки и характеризующая способность трущихся тел
к взаимному сцеплению; N - нормальная реакция; ц - коэффициент
пропорциональности.
Для грубо обработанных поверхностей константа А имеет малые
значения и до XX столетия практически не принималась во внимание.
Закон Кулона выражался упрощенно в форме зависимости F --p.N.'
В таком виде эта зависимость с одинаковым основанием может быть
приписана и Леонардо да Винчи, и Де ля Гиру, и ГЛмонтону [119,
132,238].,^
В дальнейшем было сделано много попыток экспериментальной про- F= S[«r^ + (1 — «Or^]
верки данной зависимости и теоретического ее обоснования.
Создание и развитие формального учения о трении в механике и ин.
женерном деле связано с работами Д.Лесли, Л.Гюмбеля, Г.Лейбница,
С.К.Котельникова, ИД.Вышнеградского и др. [119]."
Дальнейшее развитие науки о внешнем трении было обусловлено
общим прогрессом техники. Приближенный характер и ограниченное
применение закона Амонтона-Кулона становились все более
очевидными.
Механическая и молекулярная концепции о природе трения
претерпевали значительные изменения, о чем свидетельствуют различные
интерпретации двучленных (трехчленных) законов трения (табл. 2).
Комбинированные теории, основы которых составляют представленш
об упруго-пластической деформации и молекулярно-адгезионных
взаимодействиях, представлены в работах Ф.П.Боудена, И.В.Крагельского,
Г.И.Епифанова, Г.Эрнста и П.Мерчента и др. [18, 19, 59, 115, 231
Теории, в которых на первом плане стоит атомно-молекулярное
взаимодействие поверхностей трения, а механическое взаимодействие
учитывается как результат работы атомно-молекулярных связей,
выдвинуты в работах Б.В.Дерягина, Е.Рабиновича и др. [51, 247]*"
Однако в связи с большим разнообразием материалов, усложнением
условий механического нагружения и физико-химического действия ере,
рассмотрение на уровне фундаментальных взаимодействий оказалось
неосуществимым. Стала очевидной необходимость учета влияния физике
химических процессов, неизбежно возникающих при внешнем трении, и
связанных с ними явлений физической и химической адсорбции,
диффузии, структурных превращений и т.п.
Одной из особенностей большинства концепций являются попытки
построить общую теорию на одном из возможных процессов или
механизмов, отчетливо проявляющихся в некоторых условиях трения [18,19,5:
247 и др. ].
Описание сил трения производится исходя из самых различных пред
посылок, вследствие чего как определяющие выступают всевозможные
физические параметры' (модуль упругости, температура плавления,
поверхностная энергия и т.д.). Деформационные теории, имеющие наи-
Таблица 2
Развитие двучленного закона трения
С оставляющие
Отличительные особенности
о0 — площадь дейст— Влияние сил отталкивания,
вительного контакта; возникающих при сближении
р„ - сила молеку- электронных оболочек ато—
лярного притяжения мов трущихся поверхностей
на силы трения [51,54].
S - площадь,
несущая нагрузку; « -
доля общей
площади, на которой
образовались
металлические мостики;
>Vr - сопротивление
.F«aS$ + 4fr'Sii
Дискретное
взаимодействие металлических
поверхностей, пластическая,
деформация в местах
контакта. Образование и
разрушение
металлических мостиков на поверх-
срезу мостиков; т„ - ностях трения. Шерохо-
сопротивпение сдви- ватости более твердой
гу слоя смазки поверхности вытесняют
металл поверхности,
имеющей меньшую твердость
18, 19
ет - напряжение
среза; S* -
площадь истинного
контакта; ф -
сопротивление металла
вытеснению; Stt -
площадь поперечного
сечения дорожки трения
F - 8ф« +:j8N
«с, |8 - постоянные ве-Нарушение фрикционных
личины на основе за-связей в результате
висимостей f =
= ц-гЧ^+q)
f - удельная сила
трения, а0 -
молекулярная сцепляе-
мость; ftcr. -
коэффициент трения,
обусловленный
молекулярной
шероховатостью; q
-давление
взаимного внедрения
поверхностей при
механическом зацеплении и
молекулярном
взаимодействии [ 115],
8
Буквенные обозначения приняты в соответствии с литературными
источниками.

Табл. 2 (продолжение)
Табл. 2 (окончание)
Закон трения
С оставляющие
Отличительные
особенности
Закон трения
С оставляющие
Отличительные
особенности
+ /8 + :kocVA_
f=rB+tg*
rQ - прочность на срез Трехчленная
зависимость коэффициента тре-
адгезионной связи; ,в - ния на основе задач
пьезокоэффшшент, характе-теории y^y^™ и плас.
ризующий увеличение проч- тичности [Ц8]
ности на срез при
увеличении нормального
напряжения; Рг - средние
нормальные напряжения на
контакте; к - коэффициент,
зависящий от вида контакта;
h - величина внедрения; R -
радиус неровности; « -
коэффициент гистерезисных
потерь
Scr0 + kN
S - площадь сдвига;
тп - прочность сдвига;
£
- нормальная
нагрузка; к - коэффициент,
характеризующий скорость
изменения касательных
напряжений при
изменении нормальных
напряжений
Внедрение более прочных
участков одной
поверхности в менее прочные
участки другой. Не
учитывается влияние адгезии
на пластическое сдви-
гообразование в тонких
поверхностных слоях
трущихся поверхностей
[59].
N - нормальное давле- Расчет коэффициента тре-
+ К + IN ние; А, К, 1 —
эмпирические коэффициенты
ния в зависимости от нор
мального давления с
учетом трения взаимодейст-,
вия, не зависящего от
нормального давления
[116,117]
f - коэффициент стати- Зависимость силы трения
ческого трения от твердости и темпера-
S _ среднее сопротивле- туры плавления металла
ние срезу для всей фак- [ 115] ■
тической контактирующей
поверхности; НВ —
твердость поверхностного
слоя по Бринеллю; в -
средний угол между
фактической площадью
контакта и направлением
силы трения
большее распространение, базируются по существу на учете и анализе
явлений повреждаемости при трении.
В последнее время предприняты попытки описать механизмы трения,
в которых основную роль играют химические процессы, активируемые
пластической деформацией [170].,' Модели, используемые в этой
новой области знаний - трибохимии, основаны на представлении об
особом состоянии твердого тела в зоне контакта, аналогичном состоянию
плазмы [ 254]., При импульсном контактном нагружении происходит
локальная квазиаморфизация твердого тела, сопровождающаяся
поглощением значительного количества энергии. Возникают частицы с
больной энергией: возбужденные молекулы, атомы, ионы, быстрые
электроны, фотоны, фононы (тепловое движение). Такое состояние является
причиной определенных химических реакций, а также явлений трибо-
влектричества, экзоэлектронной эмиссии, триболюминесценции и т.п.
Авторы исследований по трибохимии отмечают ее модельный
(феноменологический) характер. Необходимо отметить, что многие
представления трибохимии не имеют экспериментального подтверждения.
Эта теория, так же как и вышеприведенные, представляет попытку
описать сложное явление трения с помощью универсальной модели.
Современная наука о трении - пограничная область знаний. Ее
содержание является синтезом соответствующих разделов механики, фи-
эихи твердого тела и физико-химии поверхностных явлений. Наука о
трении имеет прямое прикладное значение. Однако сугубо
инженерные подходы к решению ее задач могут дать ответы, пригодные
только для очень немногих практических условий.
2. Граничное трение
Исследование зависимости коэффициента статического трения от
давления привело В.Гарди к выводу, что закон Амонтона
справедлив только для случая, когда трущаяся поверхность покрыта мономо-
10
11

пекулярным слоем смазки [ 236 ]., Основываясь на исследованиях пластического металла - внешнее трение переходит во внутренеее
И.Ленгмюра, В.Гарди разработал главное положение теории граничьрвние поверхностного слоя. Смазки, содержащие поверхностно-актив-
го трения, заключающееся в том, что весьма тонкий слой смазки шыв вещества (ПАВ), способствуют пластифицированию, снижению
ходится в границах влияния твердой поверхности [ 7 ].. Молекулярныйрвдела текучести и облегчению сдвиговой деформации поверхности ме-
механизм граничного трения по В.Гарди заключается в фиксации и алла.
ориентации полярных молекул смазки на трущейся поверхности под д! Г.И.Фуксом проведены исследования с целью выяснения механизма
ствием сил Ван-дер-Ваальса. Им установлено, что для представите-вцствия поверхностно-активных присадок, повышающих смазочную спо-
лей гомологических рядов нормальных парафинов, жирных кислот и обность масла [204-206 }. Им установлено, что граничные свойст-
спиртов коэффициенты статического трения с увеличением молекуляра жидкостей наблюдаются при толщине слоя менее 0,3-0,4 мкм. При
ного веса уменьшаются. ольшей толщине возникает гидродинамический режим, когда трение
Большое значение для развития последовательной теории о струк-пределяется вязкостью масла,
туре и свойствах молекул смазок, их молекулярных кристаллах и Исследования Ф.П.Боудена и Д.Тейбора показали, что теория В.Гар-
адсорбционных граничных слоях имеют фундаментальные исследовании о чисто физической адсорбции жирных кислот, растворенных в сма-
А.С .Ахматова. В результате экспериментов А.С .Ахматовым установочном масле, справедлива лишь при сравнительно низких температу-
лено, что для граничных слоев жирных кислот трение не зависит отцХ и давлениях [18,19}.. При более высоких температурах физическая
скорости до тех пор, пока эти слои обладают упругостью формы и ицсорбция сопровождается химическим взаимодействием между адсорби-
толшина не превышает критическую [ 7 ].. Зависимость сил трения отованными молекулами жирных кислот и поверхностью трения, которое
скорости возникает в результате потери граничными слоями истиннориводит к образованию на ней соответствующих солей (мыл),
упругости формы. Рассматривая граничные смазочные слои как моно Основываясь на одновременном протекании процессов окисления-
кристаллические и поликристаллические тела, возникающие за счет мазочного масла и окисления поверхности трения, Г.В.Виноградов
зародышевой функции первичного слоя, А.САхматов пришел к выво-становил, что смазочные свойства нефтяных масел в основном свя-
ду, что метиленовая структура граничных слоев является бездипоадны с образованием продуктов окисления [28], которые являются
ной лишь до наступления напряженного состояния и связанной с нимпавным источником питания поверхностей трения кислородом, необ-
механической деформации. чдимым для образования оксидных пленок.
Явление маслянистости изучалось Б.В.Дерягиным. Под маслянис- Известен ряд формулировок граничного трения. В большинстве слу-
тостью по Б.В.Дерягину понимают способность смазочных веществ пев под граничным подразумевают трение, при котором твердые те—
обеспечивать лучшее смазочное действие в условиях, когда смазоч-а отделены друг от друга тончайшим слоем смазки, находящимся под
ная прослойка достаточно тонка и ее действие не определяется тольействием молекулярных сил металла [ 7 }ы
ко вязкостью [52].. Другое определение граничного трения характеризует его как про-
Существенным вкладом в теорию трения было исследование эффекежуточное между "сухим* и "жидкостным" трением [7, 159 ]„, При
та расклинивающего действия тонких граничных пленок [ 53, 55]., том отмечается, что граничное трение происходит во всех случаях,
А.Камерон исследовал состояние граничных слоев углеводородоногда тонкий разделяющий слой третьей фазы (смазки) находится в
в условиях высоких давлений и малых скоростей [228].. Его теорияраницах влияния поверхностей твердых тел на смазочное веще-
рассматривает деформацию структуры строго регулярных граничных гво. В ряде аналогичных определений граничного трения также не
слоев квазикристаллического строения без учета различного наклонацитываются граничные состояния, которые являются результатом хи-
молекулярного слоя, расположенного на поликристаллической поверхической адсорбции активных компонентов жидкой и газовой среды и
ности металла. 1зультатом структурных и химических изменений тонкого поверхно-
Важным этапом в развитии теории смазочного действия явилось сгного слоя твердой фазы,
крытие П.А.Ребиндером эффекта адсорбционного пластифицирования Граничные слои модифицированного металла, возникающие в ре-
(облегчения пластических деформаций и упрочнения под действием ультате механического взаимодействия активированных объемов ме-
поверхностнс—активных сред) и адсорбционного понижения прочности алла с внешней средой, а также граничные слои смазки, находящие-
(возникновения хрупкого разрушения при малых напряжениях вплоть л в квазитвердом состоянии, представляют собой вторичные
до самопроизвольного диспергирования). Пластифицирующее действиегруктуры, определяющие граничное состояние.
смазки проявляется в облегчении выхода дислокаций на поверхность На этом основании наиболее полной является следующая формулиров-
их генерации подповерхностными источниками. Согласно представлен! граничного трения [ 991:. трение слоев вторичных структур, возни-
ям В.И.Лихтмана и С.Я.Вейлера механизм смазочного действия при ющих при физическом и химическом взаимодействии- пластически
невысоких давлениях заключается в увеличении истинных контактов с 1рмируемого металла со средой, называется граничным,
пекулярной связью [33]. Это приводит к тому, что по всей контур
ной площади контакта происходит пластическое течение более мягког
12
13

Рис. 3. Схема расположения
областей нормального трения и
износа
3. Общие закономерности изменения силы трения
и скорости износа в зависимости от условий нагружения
При всем многообразии условий эксперимента (методов,
материалов, машин, рабочих сред и т.д.; в подавляющем большинстве иссле
дований зависимость коэффициента трения от нагрузки содержит TaKoi
участок, когда значения коэффициентов трения примерно постоянны
(устойчивы) и минимальны по сравнению с значениями коэффициенте)
трения вне этого участка [ 84 ]., Условно назовем этот участок
стационарным, if
Принципиальная схема зависимости коэффициента трения от норма»
ного давления Р приведена на рис.2,а. Из этой схемы видно, что области могут быть выделены и для закономерностей изменения ско-
данные различных исследователей отличаются только масштабом яв-роста (интенсивности) износа [80]., Как будет показано ниже, стацио-
ления - границами стационарного участка и значениями коэффициента нарная область всегда связана с определенным механизмом трансфор-
трения на этом участке. Эти границы зависят от скорости скольжени мации и разрушения поверхностей трения. При этом скорость процес-
v и для фиксированных значений v определяются сочетанием пара- сов механического и физико-химического взаимодействия поверхностей
метров узла трения (свойств контактирующих материалов , физико-хи трения и среды и диссипативные составляющие находятся в опреде-
мических характеристик смазки и газовой среды). Стационарный уча( ленных соотношениях,
ток может быть выделен и по скорости скольжения. На рис. 2,6 при
4. Исследование энергетических соотношений
при внешнем трении металлов
В соответствии с первым началом термодинамики работа силы тре-
А может быть записана как А» Еп+ АЕ - гДе Еп - выде-
- зоны повреждаемости, область
а.
ведены зависимости коэффициентов трения от скорости скольжения
(при постоянном давлении), построенные по данным [ 84]., Экспери
мент был проведен для следующих пар трения: диапазон I - сталь 4
сталь 45; диапазон II - сталь У8А - сталь У8А (закаленная без
смазки); диапазон III - сталь 38ХМЮА -бронза БрОЦС-6-3 (гра- т ,д может оыть записана как А-ЕП+АЕ< • «•> -п
ничная смазка). U ' Q
Таким образом, при рассмотрении зависимости коэффициентов Тре.',ившаяся теплота; А Е - изменение внутренней энергии некоторой замк-
ния от условий нагружения может быть выделена стационарная обласнУт°й системы (узла трения),
механических воздействий Р и v (рие.З, область!;, области III, IV Рассмотрим вопрос о соотношении EQ и дЕ при внешнем трении.
II - переходная). Аналогичные "публикованные исследования посвящены задачам определения скрытой
или поглощенной энергии деформации и тепловым эффектам главным
образом для процесса объемного деформирования сжатием, растяжением,
кручением, прокаткой, волочением и.т.д. [17, 35, 194 ]„, Небольшая
•меть исследований посвящена изучению энергетического баланса
процессов резания металлов, сверления, шлифования [97 ]., Задача
исследования энергетического баланса внешнего трения металлов была
поставлена впервые Ю.И. Лунником и Б.И.Костешсим.
Одним из объективных путей экспериментального изучения
энергетического баланса внешнего трения может служить метод калори-
мггрирования. В работах [ 97, 133, 134] , была выбрана замкнутая
аиотема узел трения - калориметр. В соответствии с поставленной
Рис. 2. Зависимость коэф- задачей был выбран одноступенчатый метод изучения изменения тепло-
фициента трения от нормальцодаржания при внешнем трении. Все измерения производились в про-
ного давления и скорости наосе нагружения.
сколожения: Была выбрана конструкция массивного калориметра [ 134],, кото-
а - нормальные дав- м>ыи для уменьшения теплообмена с окружающей средой имел две за-
ления: I и П„- 10 кГ/см щиткые системы. Внутренняя система служила для установления ми-
III - 30 кГ/см ; б - скоро*шального и стабильного теплообмена между калориметром и зашит-
тй скольжения 1-1 м/сек,цой водяной оболочкой. Наружная - защищала водяную оболочку от
II - 1,5 м/сек, Ш - 5 м/се&лияния температуры внешней среды.
X
Ж-
YZ
Ж
SJ * **Г/ш*
ж.
Ж.
t.gff
•V, м/сек
-й*
0.0
ZJ0
Z0.0
14
15

Образцы подвергались двум отжигам в вакуумной печи и дважды пр
тирались. Последней операцией был третий отжиг без притирки. Конт. Таблица 3
роль качества подготовки образцов производился рентгеновским cnoc<,HtpreTH4ecKHe характеристшш щц, трении различных материалов вереде
бом, испытанием микротвердости и тонким исследованием микрорель-13елиНового масла ( Р = 6 кГ/см , v = 0,34 м/сек, S = 1000 м)
ефа. В результате многократной ( п >> 30) динамической тарировки .
была установлена предельная систематическая ошибка измерительной
схемы, равная 1,5%. Внешнее трение зависит от механических Воз-,ктвРистики
действий контактирующих материалов и физико-химического действия
смазывающих сред. Поэтому были предусмотрены три серии опытов.
Закономерности эгергетического баланса при тре- ■
Пары трения
АМцМ-
-AMUM
Cu-Cu
Fe-Fe
Сталь 45 -
сталь 45
(отожженная)
Сталь 45 -
сталь 45
(закаленная)
нии различных материалов. Первая серия опытов была посвяще1,аченная работа
исследованию влияния материала трущихся пар на энергетический баланд
внешнего трения. Основная серия опытов была проведена при постоянны: 2
условиях трения (Р = 6кГ7см2, v =0,34 м/сек, среда - вазелиновое ма*
ло, путь трения - 1000 м). Результаты этих опытов представлены влившееся тепл0
■Г
в табл. 3 ). В этой же серии были проведены дополнительные опы
при увеличенном давлении: Р = 34 кГ/ci.
1260
93,0
7,0; 92,0
2000
96,0
4,0; 82,0
2150
97,5
2,5; 53,0
2600
98,5
1,5; 41,5
2360
100
Ь, второе значение
_ „ потение металлом
— . —- для пар Cu-Cu: Fe-Fe',.™.* AF
сталь 45 - сталь 45; Р = 11 кг/см2 для АМцМ - АМцМ (для '
АМцМ - АМцМ предельное давление Р = 11 кГ/см2, при котором |врвое значение соответствует энергии, вычисленной в
эта пара работает без заметных повреждений; дальнейшее увеличе- .2
ние давления вызывало схватывание [133]). Важные результаты о В °М '
роли материалов были получены также при испытаниях в различных
средах (см. ниже рис. 17). u-Cu предельным было давление 45 кГ7см2; дальнейшее увеличение дав-
Процесс внешнего трения осуществлялся без заметных повреждени11ения вызывало переход от нормального трения к схватыванию. Ис-
поверхностей контакта, что контролировалось по интерферограммам 1ытания были проведены в двух средах: вазелиновом масле и вазе-
профилограммам и результатам электронной микроскопии поверхнос- '"новом масле + 0,2% олеиновой кислоты. Результаты исследования
тей трения. Для пластичных материалов АМцМ, Си Fe • сталь 45 'Рвдставлены на графиках (рис. 4).
отоженная. работа внешнего трения и количество выделяемой тепло- При тРении закаленной стали увеличение нормального давления вы-
ты увеличивается при переходе от менее прочных к более прочным 'ывает рост работы трения и количества выделяющегося тепла
материалам. Количество поглощаемой энергии соответственно yмeнь-'pиc•^'a, кРивыв *>2). Поглощаемая энергия в пределах исследуемых
шается. Был получен своеобразный ряд, в котором характеристики 'явлений не была обнаружена. При трении пластичной меди зависи-
энергетического баланса находятся в прямой зависимости от механи-*<ость Работы и количества выделяемого тепла имела параболический
ческих характеристик трущихся металлов. Трение стали 45 в закален1арактер (кРивь'е 3.4Ь
ном состоянии также подчиняется этой закономерности. Исключение!* Резкий Рост работы и выделяющегося тепла для пары Cu-Cu
является работа трения, которая имеет меньшую величину, чем для 1аблюпался в поверхностно-активной среде (рис.4,6). Количество
отожженной стали 45, что объясняется ничтожными значениями плас-'оглошенной энергии, по-мере увеличения давления (кривая 1), воз-
тической деформации при данных условиях опыта. >астает более интенсивно в поверхностно-активной среде. Результаты
Из дополнительной серии опытов следует, что роль материала пар ,той сеРии опытов показывают, что увеличение давления вызывает
трения еще более значительна при увеличении давления. ,оот работы трения, количества выделяемого тепла и количества по—
Закономерности энергетического баланса при из- 'Лощенной энергии. Процентное соотношение между количеством вы-
менении нормального давления. Испытания проводились для '•n*eMOr'0 тепла и количеством поглощенной энергии с ростом нор-
двух материалов (сталь 45- сталь 45 закаленная и Си-Си)при восьми раз-ч<шьного аавпекия для инактивной среды и поверхностно-активной
личных значениях нормального давления в пределах от 6 до 62 кГ/см2.Дл!Р0ДЫ изменяется по-разному.
Закономерности энергетического баланса при трении
_____________ . различных смазывающих средах. Третья серия опытов была
'роведена для изучения влияния рабочей среды на изменение энергетичес-
ого баланса при внешнем трении четырех пар АМцМ - АМцМ, Cu-Cu, Fe-Fe,
таль 45 - сталь 45 закаленная. Давление, скорость скольжения и
Размерность дж/см"2
результатов с известными.
использована для сравнения полученных
16
a iwj
17

0,3,Х/?Ж/Яи2
0,0
S,0
V,0
2.0-
Различная активность смазочной среды оказывает большое влияние
1Я тепловой баланс внешнего трения. Поверхностно-активная среда
-■•личивает работу внешнего трения, количество выделяемого тепла
i количество поглощенной энергии для пар трения Fe—Fe, < АМцМ -
^МцМ, Си—'Си.; При этих же условиях нагружения трение закален-
ЮЙ стали 45 не вызывает заметной пластической деформации поверх-
юотных слоев и, в отличие от трения пластичных металлов, приводит
уменьшению работы и теплоты.
Эффект пластифицирования, влияющий на работу внешнего трения и
оличество выделяемого тепла, более резко выражен при увеличенных
дельных давлениях. Это прежде всего относится к работе пары
'и-Си.
J L
J L
JJf
/ff
JV Vff JZ Г, дам/емг ff // // ZV JV f/7 fZ Р,<7ен/см*
'кс. 5. Энергетические
Рис. 4. Зависимость количества затраченной работы А и выде-
„„„,„„ о „, г, г» юотиошения для различных
лившейся теплоты LJ от удельного давления Р: Лл ft
а - в инактивной среде: 1,2 - для пары сталь 45 - сталь 45 СТ6 трения
(закаленная); 3 - для пары Cu-Cu; 4 - для пары Cu-Cu;
б - в поверхностно-активной среде: 1 - для пары Cu-Cu: 2 -"
г,™ „o~t, >г„ г„. о л л^ лг- / ■ - ПРИ изменении ско-
для пары 'Lu-Lu; 3,4 - для пары сталь 45 - сталь 45 (зака- „„„, пnmfDH„a
ленная)
1 - при изменении нор
«ального давления Р;
ости движения
1
^f/*'—min J£//f=min
1
ж
Jf/#~mui
/Z
ж/
/J
*•
'S
Влияние ПАВ на энергетические
Металл
пар
трения
А, дж/см

вазелиновое
масло
вазелиновое- вазелино-
масло+0,2%| вое
олеиновой
кислоты
Таблица 4 . ■ t
характеристики процесса трения Проведенное исследование показывает, что в общем случае боль—
|«Я часть работы внешнего трения превращается в теплоту, меньшая
"~двт на изменение внутренней энергии поверхностных слоев металла.
_ Было установлено, что от условий трения зависит не только сум-
Q, %
вазелиновое
масло +0,2%
олеиновой
кислоты
ДЕ
вазелиновое
масло
%
дж/см
% джГ
вазелшарная величина работы трения, но и соотношение между основными
масло ,( составляющими, т.е. между количеством поглощаемой энергии и
олеино1олнчеством выделяющегося тепла. Соотношение между составляющи-
кислот!<и энерГетического баланса ДЕ и Ер, зависит от свойств материа-
ов трущейся пары, внешних нагрузок и физико-химических характе-
истик рабочих сред. Для заданного сочетания контактирующих ма-
"«риалов и среды существует некоторый диапазон давлений и скорос-
2 ДЕ/ДЕ\
«и скольжения, в котором отношение ^— \r-r-Jпрактически неиз-
4«нно, а отношение Д Е/А минимально (по сравнению со значениями
Е/А вне рассматриваемого диапазона). Схема изменения величины
Е/А показана на рис. 5. Здесь участок I соответствует переход-
ioft области малых значений Р и V; II - процессу нормального тре-
путь трения были постоянными ( Р = 6 кГ/см , v = 0,33 м/се^ и износа;III - возникновению повреждаемости; TV - развитию
S = 1000 м). юшреждаемости.
Испытывалось влияние двух рабочих сред: поверхностно-активной j^flK будет показано ниже, диапазон нагружения, характеризующий-
(вазелиновое масло + 0,2% олеиновой кислоты) и инактивной среды,щ постоянством величины ДЕ/А, ■ соответствует диапазону нормаль-
(вазелиновое масло). юго трения и износа.
Результаты опытов представлены в табл. 4.
АМпМ-АМиМ
Си—Си
Fe—Fe
Сталь 45 -
сталь 45
(закаленная)
1260
2000
2150
2380
1580
2500
2925
2025
93,0
96,0
97,5
100,0
84,9
89,3
93,8
100,0
7,0
4,0
2,5
-
92
82
53
15,1
10,7
6,2
-
18

Глава II
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ПОВЕРХНОСТИ ТВЕРДОГО ТЕЛА
ПРИ ОТСУТСТВИИ МЕХАНИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ
Физическая и химиЧРокая ancopfi.ma
ннации. Физическая адсорбция не требует энергии активации.
Сонно теории активированной адсорбции [196, 241, 243]. хемо-
пция в измеримой степени протекает только выше определенной
Сримвльной температуры и должна иметь заметную энергию
мдеции.
• II табл. 5 [196] .приведены данные, основанные на измерении ско-
m хемосорбции для различных металлов и газов. Энергия актива-
н# является необходимым условием протекания хемосорбции. Де-
на поверхности метягтг'ЦИЯ в отличие от адсорбции всегда активирована. Энергию акти-
ии десорбции также можно определить из диаграммы потенциальной
стпое!ГаРХНОСТЬ кристаллическ°™ тела представляет собой дефект! ™и адсорбент - адсорбат.
Р ния уже в силу асимметрического характера притяжения ат^йк следует из табл. 5, хемосорбция необязательно активирована,
поверхности. Такое положение атомов поверхностного слоя даже ледовательно, при невысоких температурах наряду с процессами
идеального кристалла определяет основные физические свойства «ческой адсорбции имеют место и процессы хемосорбции. Поэтому
поверхности - свободную энергию и потенциал выхода члрктп™» «ультаты обычного калориметрирования представляют интеграль-
торые обусловливают ее физико-химические свойства. ЭЛеКТР°На' ,' теплоту адсорбции.
Состояние поверхности реального кристаллического тела Неизб(:Ушественное в™3™6 на протекание процессов адсорбции при нор-
связано с несовершенствами кристаллического строения. Кроме KilbllbIX Усповиях оказывают ненасыщенность, однородность и чисто—
таллических несовершенств, поверхность металла, как правило имч°верхности. На ненасыщенных поверхностях быстрая хемосорб-
химические несовершенства, связанные с примесями. Характернее протекает ааже ПРИ очень низких температурах. В некоторых слу-
способности поверхности металла к взаимодействию 'со средой яв/х почти каждая молекула, ударяющаяся о поверхностный атом,
ся величина ее свободной энергии F. лосорбируется, и поэтому энергия активации практически равна
со ^рМ°ДИнамически неизбежное взаимодействие поверхности меГ"
Это ° Характеризуется величиной изменения свободной энерги в результате хемосорбции на ненасыщенной поверхности образу-
адсо В03аИМ0Действие происходит в результате физической и химиче,я °ДИН слой- ПРИ физической адсорбции могут образовываться
ваюп1 ЦИИ Ая ХИ,мических Реакпий. При соприкосновении двух несме)И в несколько молекул. На химическую адсорбцию значительное
зе v ИХСЯ (инородных частей системы) концентрация в одноияние оказывает чистота поверхности. Даже при отсутствии приме-
у^ поверхности раздела увеличивается. Такое сгушение у поверз№ не все поверхности активны для хемосорбции. Физическая ад-
к уменьшению поверхностной энергии )^ЦИя происходит на всех поверхностях, так как обусловлена ван-
сти (адсорбция) приводит
адсорбир^ш^ ' УмеНЬШение энтропии связано с потерей молекуле «-юальсовыми силами.
("ДН = ДF ТЛ^°ГО СЛ°Я степеней свободы. Теплосодержание систем ^оли характеризовать поверхность твердой фазы (металла)некото-
силу + 'nrt ГД6 ^ ~ абсолютная температура) уменьшаете]м силовьш полем [ 7]у то однородность этого поля может оказы-
у чего адсорбция в большинстве случаев является экзотермич гь влияние на протекание процессов адсорбции и локализованность
изб Пр°Цессом' 0бычно адсорбция Г (моль/см2) определяется "«оительно активных центров поверхности. Для характеристики ад-
шади массы адсорбируемого компонента, отнесенный к единице рбционных и каталитических свойств поверхности Б.Трепнел разде-
РазличаюеРХНОСТНОГ° СЛ°Я' " Может изменяться в широких предела"'1' однородную и неоднородную поверхность [196] .При заметных
(хемос*"^ ДВ^ B^aa адсорбции: Физическую и химическую адсорб^№б||НИЯХ потенциальной энергии поверхности впадины представляют
m,Q„„ ,°Р ™ю>' Физическая адсорбция в основном обусловлена примой адсорбционные центры. Это важно при рассмотрении
локализируй ппо^ ^^ ПРИ MM««0P6«» в отличие от физич^-ной адсорбции.
роисходит перенос электронов между адсорбентом и ад< Локализованность адсорбции тесно связана с подвижностью
адсорбируемым веществом (адсорбатом). Тип связи при хемосорбции за|1»°'м,иних частиц. При локализованной адсорбции подвижность сво-
сит от электронной структуры адсорбента и молекул адсорбата и и1™'1 к мигРаЦИи от центра к центру, причем каждая из них тре-
жет быть различным (например, ионный, ковалентный, координацио)"1, •И0РГИИ активации. На однородной поверхности эта энергия
единый) . Важным свойством, по которому можно судить о виде адсог*°м для кажД°й миграции, на неоднородной - различна.
Ции, является выделяемая теплота. В случае физической адсорбци! Природа поверхностной связи и каталитическая активность поверхности,
теплота имеет порядок скрытой теплоты конденсации (1-5 ккал/м* ммосорбции в значительной мере зависит от адсорбента, т.е. от воз-
для простых молекул и 10-20 ккал/моль - для сложных молекул) *««:™ образования того или иного типа связей - ионного, ковалентно-
в случае хемосорбции сравнима с теплотой химических реакций (11 и',и координационного. Кроме того, процессы адсорбции связаны с при-
100 ккал/моль). Другим показателем адсорбции
является энергия
20
21

Скорости хемосорбции на пленках металла
Газ
Нг
СО
С2Н4
С2Н2
О,
Nr
NH-
OL
Металлы, на которых происходит
хемосорбция
неактивированная
W, Та,Мо, Ti, Zr, Fe,
Ni, Pd, .Rh, Pt, Ba
Те же, что и с Нг
плюс Си, Аи, AI 1

активированная
Са(?)
Таблица ^ Олучае больших молекул возможны различные механизмы хе-
июорбции. В результате хемосорбшгонного взаимодействия металла
мирными кислотами на поверхности металла образуются мылообраз-
ллт соединения.
t '■ ООвДинкпии.
Мофо_ Оообое место занимает адсорбция ПАВ (например, органических
Металлы на котор «£!rt молекулЬ1 которых имеют дифильное строение, т.е. состо-
ZZ°arO°7yТ ГГлярн^й и неполяРноРй час^й), ко^рая носит ориентирован-
ствует до О С ^ характер> Молекулы, имеющие дифильное строение, согласно пра-
шпу уравнения полярностей, установленному ПА.Ребиндером [171, ,
172], адсорбируются так, что их полярная часть направлена к более
Cu.Ag, *Au, К, Zn, м.лярной фазе адсорбента. Процессы адсорбции являются первым эта
Cd, Al, In, fin, РЬ к»м образования физической поверхности раздела - модифицированно-
о опоя, состоящего из молекул обеих соприкасающихся фаз. Образо-
..... химически модифицированного слоя связано в одних случаях с
Те же, что и с Но
плюс Си, >Аи
Те же, что и с Н<-
плюс Си, 'Аи, К
Все металлы, кроме
Аи
W, Та, Mo, Ti, Zr, Be
Al(?)
АН?)
Ag
Fe, Ca(?)
W, Ni, F<
Ni, Rh, W, Pt,
Pd
миграцией поверхностных атомов внутрь твердой фазы, диффузией и
^п, Cd, In, Sn, РЬ,1<йОорбцией вдоль капилляров, диффузией вдоль границ кристалличес-
Ag» К <их зерен и образованием твердых растворов. В других случаях
(например, при образовании окисной пленки) преобладают процессы
диффузии ионов металла через продукт реакции и химическое взаимодей-
Те же что и с С/'твив на гРаигае раЗДеЛа ТВеРДвЯ ^ " ^ В ТРвТЬИХ ^^ **
' йлиэуются оба механизма одновременно.
Те же, что и с С<
кроме К
Аи
Те же, что с Н<-
2. Взаимодействие металла с кислородом
Современные данные об окислении металлов в кристаллическом
состоянии в условиях статики включают следующие представления [ 4,
47, 121, 157, 210, 224]..
Поверхность металла рассматривается . как содержащая
различные несовершенства. К ним можно отнести неровности,
возникающие вследствие тенденции металла к снижению поверхностной свобод—
ie же, что с Но шив вследствие тенденции метшша к. ^пия«-«™.~ ..~~~t«-
плюс Ni, Pd, Ph Pt ной енергии, кристаллографические несовершенства, связанные с усло-
— пнями образования поверхности и дислокационной структуры металла,
химические несовершенства (примеси) и т.п. Эти несовершенства по-
Z верхиости реального кристалла и определяют ее реакционную
способность. .,„ „~
При низких температурах кинетика закрепления кислорода на
поверхности металла обусловлена протеканием трех основных процессов:
о1?^^ием пленки диссоциированного кислорода, адсорбированного
*■-,- г . г-»....-..-., ^vivj/ore ui^BHBjuuur мвлднивмы катай чистой поверхности (хемосорбция); закреплением молекулярного
тических превращений. Например, хемосорбция двухатомных '** """" °п'ч,',/!шо'
Т14ЛПЯТС МПЖОТ ППППГТЛПН1Ч. пчЛг\ г* пт>ЛЛА**»п.«—м.
родой поверхностных радикалов, которые определяют механизмы катал!
T^cr-v„v ™м™„,„„„* и„ „. J_r__ " КаТаЛ' ИИ ЧИСТОЙ поверхносш ЧА,=*—к -,, ""~,Т^»™« ялгопбния) •
газов на к и(|опорода т поверхности предыдущего слоя (физическая адсорбция;,
галлах может происходить либо с диссоциацией
2М + Н2 -2МН,
ростом пленки окисла (реакция окисления).
Независимо от температуры кинетика создания первого адсорбиро-
мимого слоя обусловлена процессом фиксации атомов кислорода бла-
либо на ионах кислорода с восстановлением их до гидроокиси и из* ГОваря значительной энергии связи. Подвижность (вероятность миг-
нением валентности у близлежащего катиона ряции) адсорбируемых атомов на поверхности определяется в
основном тремя факторами: энергией хемисорбированной связи, темпера-
9..2 -UH~+:e, Турой и виергией активации поверхностной диффузии.
02-+1Н,
М
2+
+ :е
-Mti
22
23
У

адсорбиоНОСТНЫМИ аТО^^'^т^Г^то,ГнЗ,ИивОКИСЛ1,ТеЛ^) «сальный кристалл стабилен при абсолютном нуле, а реаль-
житРп^лТШОЙ пленки заряжена отрицательно я '«т™™™1** ЧвС1 может быть стабилен и при повышенных температурах при соблю-
сТязь с i^11 аДС°р6ции молекул окислителей HanpTZЛ" ^ У0ПОВИЯ ЛН -TAS<0 <*"*"»« в данном слУчае соотве^
пленки обраТнТГ °Существляется через атом'кислорода полятГ^'"' ш°*вс™У возможных позиций в решетке, занимаемых дефек-
Бла ' ). Термодинамические соотношения, определяющие принципиаль-
слоев метал1ЭЗаТ пПп°иЛЯрИзации. создаваемой полем нижележашГ,ЯМОЖНОСТЬ Реалиэации пР°"е«=а окисления, не позволяют вычис-
окисле того же ^^l^U0COp6aai 3на™ьно сильнее чТмв ""И™ КИнетИческИХ соотношений.
Соз °гехи°метрического состава. '■* описания скорости процесса окисления (кинетики роста) часто
металла "м адсор6ированной пленки не требует пё снуются эмпирические соотношения, базирующиеся на эксперимен-
шением " Механизмы роста пленки, как правило ,м, ремещенИя ,ых данных [23].. Для очень тонких пленок достаточно часто со-
ванГем г ИЛИ И°НОВ Металла ^рез ТроХт J^" ° Пере W« линейный закон х ~ kt +:С, ■ где х - толщина 1 окалины;
ванием соединения г- udto», «ыодукт реакции и обия^ i " /-. '
Это перемещение м же Г WM "* MeJK*« ^нице окисел !>вМЯ; k " С " констанга'
средство может осуществляться через поры и мере Увепичения толщины окалины свыше нескольких микрон
и т п °М ГраНИЧНОЙ ДиФФУзии или сквозь кристаллическРеЩИНЫ; П°'"гановится препятствием для дальнейшего роста; в этом случае
Сог ^ решетк«ним параболический закон t - ах1 +:bx +ic (a, b, с - констан-
осущестмяе Те°РИИИ с»Вагнера перенос вещества чеоез ft При малых толщинах пленки незначителен первый член и вы-
о™^, ТСЯ В Виде ионов и электронов поп п0»™ ° ОКИснмтся линейный закон, а при больших толщинах незначителен вто-
1°*"' rpa™eHTa концентрации, возникающего и^' ° °ДН°Й "™" и выполняется закон
става окисла по мере удаления от иовепк^И вменения ее
окисел и приближения к повеихн™ РвЗДела MeTa™ - - kt + с.
гой стоооны „■„„ поверхности раздела окисел - гая н ^
го и ~ влиянием электрического потенци дЬ<?тны также законы прямой и обратной логарифмической
зависимого 3^аг РаЭЛИЧНОЙ концентрации зарядов r п™<^„, *"*' возникаюш, кубический и др. Константы зависят от природы металла, темпе-
раздела [ J.0 L ' *^ ' D °сооенности на гпанипя
'гт • ^аниоары, иногда от давления.
„,™ РИ относительно толстом слое окисла пГап„0 1пя выражения зависимости констант от температуры предложен
лик^ и влияние оказывает лишь градиент коние^пГ П°Тенпциала нев*эмпирических формул [23],, например степенной закон
чительно облегчается пои „я™,™ ™11 концентрации. Диффузия а,
„.„Жс ипсвывает ЛИШЬ rnarmoom . """"° пвье,.
чительно облегчается при «SJS^T'''^- ДифФузИя 3'
пример, избытк, ионов металла, ка^™ в^каГи^ °M ^ k " " • '
По теории Н.Кабоеоа и н м^ ииных вакансий).
»* „«„« „„„ -ГиГ^Г^ТГ То" ■*——™
тальным данным, приводимым Ж Валян согласно экспериме]|' - абсолютная температура; п - показатель степени или соотно-
турах существенную роль в образовании^ Щ>' ШЗКИХ темпеР»- «« типа закона Аррениуса
тость покрытия; при повышенных Z1 * ПЛ6Н°К Играет поРИ
Уменьшается по срТвнению с ГияниеГлГ^ Р°ЛЬ ЭТ°Г° Механиз' —
шетки [ЙЗЪ, влиянием дефектов кристаллической ре- НТ
причинами: повышенной пря ивашш. обусловленное следующими W - энергия активации; R - универсальная газовая постоянная
ным окислением металла в ^З^^*"0** " преимуществен-,«мвна.
кристаллизацией на поверхнГтГп^™ SST"" " BT°PM
Растворимость кислорода в металлау " 1мтерпретация кинетических соотношений связана с тем, что ско-
авторов [ 157] .незначительна и имеет данным многочисленных гь твердофазных реакций может определяться скоростью реакции
и тысячных долей процента. орядок от десятых до сотых рлкицах раздела фаз, какова бы ни была их природа.
Окисление металла возможно тол '',w пРоцессов окисления металла в большинстве случаев
определимых термодинамических условий Н "РИ со6людении необхоимим параметром является скорость диффузии. Для процессов диф-
ный кристалл отвечает опот,-,вт,„ ' Ужно учитывать, что идеальЛИ, происходящих вследствие выравнивания химического потенциала
энтальпии; стабильность ^ьн^о'к^Г6^™5"01116^ ™W
изобарного потенциала. В сГтветсХсТ °ТВеЧает ^W
(<-> - изобарный потенциал; Н_ эвтял™». оотношением G-H-TS, может обозначать также массу или другую величину, зависящую
<""«1мшя, о - энтропия: Т - трмгто
24 ' темпе- „щчества кислорода.
25

11Д^Х2 1 L
ч~ч»* компонентов, выполняются законы Фика
°Ю; дС: мврды* окислы металлов наиболее часто встречаются в кристалли-
—— - — D S ' "м ввотоянии, простые- окислы в обшем являются чисто ионны-
д " I (Металлами, ковалентные или металлические связи возникают зна-
«ibHO реже.
dCj /<?'С- д^С- д%СЛ 'иепрвделение кристаллов в окалине может быть равномерным,
-п' 1' ° - .пиатым. слоистым, в виде эветктик и т.п. Окалина, как прав*
ж.и. +. -, П_2Г ПчвТЫМ, слоистым, в виде эветктик и т.п. Окалина, как правило,
dt \ дх2 а 2 dZ4 " i# .ришт дефекты: макроскопические (пузыри, отслаивания, трещины о
и#), микроскопические (расположение- кристаллов, поры, субграни-
Здесь С: - концентрация компонентя- An Ль. * Т.Д.), кристаллической структуры (дислокации, вакансии, атомы
t - время; S - единичная площадке"норм^ЛГ™ ВвИве^«^-« « ™->-
странственные координаты; D - коэффициен А* ** У' 2 :т«И0метрические отклонения окалины, возникающие в специальных
лассиан концентрации. Т дифФузии; V ^ q_ 1И|Ю[| наблюдали Ж.Бакар и др. Эти отклонения имеют инверсион-
Для описания неустановившихся режимов ич зависимость от температуры и не превышают 10% [157}„
шений уравнения Фика должны быть выбваны множества част»1«жным является вопрос об объемных соотношениях между окис-
ным условиям для каждого конкретного случ УД°^летворяющие г и металлом и о напряжениях, возникающих в окислах вследствие
рых конкретных случаев, полученные исход *** для не^юоти удельных объемов металла и окисла. Н.Пиллинг и Р.Бед-
новесия на границах раздела) и менее И3 условий Нернста,. П0Казали, что основное влияние на возникновение пористости
нальности 'потока' 'силам' о™ ^~ жестких условий пропор^^в,. фактор Д. названный коэффициентом увеличения объема
Г 22 !• *-*«1ам , его вызывающим, приведены в етяъ Г
приведеныТТЙяГ К°НСТаНТ окисления, полученные для жел< 'Л-М'р/ Мр^Дв М - масса в грамм-эквивалентах; р - плотность;
Слои окислов Г 711. на чистом или бе »ихом обозначены параметры окисла,
параллельны исходной поверхности образ ДН°М ПрИМесями мета™11#омотря на то, что механизм перехода металла в окисел осуше-
чистых металлах с постоянной валентное1"* " /ПОВерХНОСТИАРазделл*«тся при минимальных напряжениях, практически в окислах всег-
окалина, как правило, однослойна- метал^!° UanpHMep» A1 и Ni можно обнаружить значительные напряжения. Например, В.Енике
ностью образуют как однофазную' так и ° "еременной вап.Яейииков нашли, что при 300 С максимальные напряжения, раз-
ветствии с возможными степенями окислешГ НуЮ окалинУ в шющиеся в пленке окиси меди, меняются с толщиной слоя, дости-
Металлы с переменной валентностью (TI* ,Г г ' 1б0° кГ/см2 в пленке толщиной 0,02 мкм [41.,
щие различные степени окисления могут ш>хисел и металл оказывают друг на друга-механическое воздействие,
ну - несколько окисных фаз отвечающих Давать многослойнУ|° Ц как в окисле обычно возникают сжимающие напряжения, а в ме-
ния. Порядок расположения от внешней к раЗЛИЧНЬШ степеням окшв _ растягивающие. Естественно, что наличие этих напряжений
сложной окалины будет соответствова ВНУ-ТреННей повеРхносталоовотвует отслаиванию окислов по поверхности раздела. Поверхно-
лорода в каждой окисной фазе. ТЬ у ваник> содержания,, раздела испытывают срезающие усилия, которые в зависимости от
Эти же металлы в зависимости от уело » »чнооти окисла и величины адгезии могут привести к точному от-
практически однофазные слои отвечаю окисления могут д,вКию окисной пленки или к ее разрушению по поверхности, каса-
Следует отметить, что значительные оЗ** °ДН°Й СТепени окисленНЫ10Й к микровыступам на поверхности металла,
существуют в отдельны* **■=>»„ „ отклонения от стехиометрии с ушествующие данные по механическим свойствам окислов не-
Zn и др.). Соединения псТютаыТ**™™""0* (напримеР. Ре„чит.„Ьны и не выходят за рамки общих положений [157]. При
ле только в тех случаях когда они лижаются к классической ичиых температурах окислы металлов представляют собой хрупкие
лом Г1571 ' находятся в равновесии с мащ, достаточно, хорошо сопротивляющиеся только сжатию.
Сложная картина наблюдается той С повышением температуры пластичность окислов увеличивается,
таллы, входящие в состав сплава б ОКИСЛеши сплавов. Обычно Уотчман и Л.Максвелл нашли, что окислы монокристаллов AI2O3, '
кислороду. Это обстоятельство ' ° Ладают различньш сродством)- и MgO становятся пластичными соответственно при температу-
металла в пленке окислов обус ° УЧВТ°М разной скорости диффузии 1^00, 600 и 1100°С ['71].. Пленка окисла испытывает внутрен-
в окисной пленке. В сложнь Л0ВЛИвает сегрегацию атомов метав разрушающие воздействия даже при отсутствии внешнего нагруже-
гащение или обеднение пленкиСПЛаВвХ При окислении происходит (и, Внутренние напряжения в пленке возникают в процессе ее роста
сплавы, степень которого окислов элементами, входящими в «щадотвие разности удельных объемов окисла и металла), из-за
скорости диффузии металл 3аВИСИТ от сР°дства металла к кислоро«МШЧИИ коэффициентов расширения окисла и металла и т.п.
алла в слое окисла. ^ад действием напряжений, превышающих предел прочности пленки,
•ииеходнт процессы интеркристаллитного или транскристаллитного
■*« i «рушения в зависимости от температуры.
27

Наиболее распространен случай отслаивания по поверхности раз „
ла. В этой зоне напряжения имеют наибольшую величину кроме тс °П°в УНИБеРсальной характеристикой смазочного действия в преде-
накапливаются примеси в форме включений, образуя добавочные це* одного гомологического ряда, с возрастанием молекулярного веса
ры разрушения и уменьшая адгезию плеши. Поверхность раздел"аКИ Уменьшается t237^'
подвержена срезающим усилиям (обычно окисел сжат а металл ('°»Ременные Данные о структуре граничных слоев включают сле-
нут), которые в зависимости от ее однородности и величины силыТ"* пРедставпения Г?1-
сцепления проводят к точному отделению металла от окисла или m <1энообРазное и во мн°гих случаях весьма сложное строение гра-
рушению окисла по поверхности, касательной к выступам Форма ni * C"°eB проходит все ФоР1^1 структуризации от твердого кристал-
верхности раздела макроскопически плоская и имеет дефекты выя! К°Г° Д° жидкого состояния. включающего промежуточные .мезо-
ляемые при оптической микроскопии (данные электронной микроскс1'*НЫв ВИДЫ молекУляРной коллективизации. К основным типам строе-
отсутствуют). Возмущения поверхности раздела характеризуются * Пшеничных слоев относятся слоистые (ламеллярные) и решетчатые
мой, частотой и амплитудой, изменяющимися в широких пределах отикУляРНЬ1е) структуры. Известны гомогенные и гетерогенные
зависят от чистоты металла, температуры и продолжительности от,,уКТурь1, Гомогенные структуры построены из тождественных моле-
ления и т.п. "• Полиморфизм органических молекул, происходящий, в частности,
При механическом нагружении окисленных образцов вначале пас" ИХ адсоРбционном адаптировании, межмолекулярные взаимодейст-
ходит разрушение окисла и деформация металла- разрушение мета" " ДРУГИ6 факторы являются источниками большого разнообразия
является, как правило, последующим актом. По многочисленным :,1|КУляРНЬ1Х структур. Одним из простейших видов структуры гра-
ным [157 J, поверхностный слой окислов повышает предел текучее * смазочных слоев является гомогенная слоистая структура,
металлических кристаллов. Объяснение этого явления связывают с Проиессы Формирования мультимолекулярного граничного слоя из
проникновением окисла в трещины, диффузией кислорода в кристаллмярсъ насыщенной высокомолекулярной жирной кислоты на идеальной
металла при деформации, трудностью отражения или выхода дислок(МвРХНОСТИ монокРисталла определяют особенности такой структуры -
блокировкой источников Франка-Рида, затруднением скольжения н ПТвмы паРаллельных рядов димеров с параллельным размещением в
границах кристалла. ' £'<*х углеродных цепей почти вертикально ориентированы на плос-
В общем случае окислы обладают достаточно высокой теплого^!"'
водностью и вместе с тем малой электропроводностью Некоторые ПРвдставление ° геометрически правильном пластинчато^лоистом
окислы являются изоляторами при обычной и средней температуоа?,0#НИИ гРаничного слоя на поверхности реального металла является
но имеют очень малое сопротивление при высоких температурах К РН°Й идеализацией- Взаимодействие и развитие квазиупругих
эффициенты линейного расширения окислов обычно меньше чем v k°" смаэки с металлом происходит следующим образом. При адсорб-
таллов [ 1S7 }„. ' '" ••• микроучастке поверхности металла, представляющем собой тон-
'Ю оистему ступенек, впадин и выступов, происходит ориентация по-
рйых молекул в сильном поле твердой фазы. Неупругие тепловые
3. Состояние смазки на поверхности твердого тела "Ры молекУл ° поверхность металлического зерна завершаются их
кОИрованием и образованием первичного мономолекулярного слоя.
Структура граничных слоев смазки определяется двумя фактора^'*™ тепловь1е УДаРы молекул способствуют их возвращению в объ-
физико-химическими свойствами образующих ее молекул и состояни' маола- Подвижность адсорбированных молекул ограничивается сту-
твердой фазы. нмеами, впадинами и выступами.
Впервые гипотеза об ориентации молекул на поверхности была i Мозвично-дислокационное строение, обусловливающее шерохова-
двинута И.Лангмюром [242J., Доказательства справедливости этой0*'* п0веРхн°сти трения, накладывает ограничение на амплитуду теп—
потезы были получены с помощью рентгеновского анализа и метода",,,Х колебаний молекул и их подвижность. Подвижность молекул
электронной дифракции [ 7]« ЦЛШЧИвается также увеличением насыщения монослоя, образовани-
А.САхматов установил с помощью метода наклонного маятника4 Мультимолекулярных структур и понижением температуры [7],
возникновение квазикристаллических свойств тонкого слоя гранично! ^ увеличением температуры происходит десорбция молекул с по-
смазки, подтверждающих существование ориентации молекул на пош'**100'"1 тРения» деструкции молекул смазки и развитие дефектов
ности металла. 'руктуры металла. По-видимому, эти процессы играют ведущую роль
Фундаментальные работы в этом направлении были выполнены В вявжном сочетании явлений, приводящих к равновесию или насы-
ди [236, 237],, Б.В.Дерягиным [51-55], и др. ■|ЯИ0 мономолекулярного слоя.
ААрчбютт, Р.Дилей[7], и М.Шоу [249], объясняют смазочное Предполагается вероятность флуктуации контакта молекулярных це-
действие образованием ориентированных прочных адсорбционных сл!* * Пределах микрообласти максимума притяжения, а также возмож-
В.Гарди и И.Дублдей показали, что коэффициент трения, являтощийcя,,,'l|l,, пвРехода неустойчиво ориентированных молекул в более устойчи-
*• воотояние ориентации путем поворота ее оси на 180 и перехода
28

их в граничном щелевом ппостпяиг-гы „
гую [71 пространстве с одной поверхности на дг
R ь| полярные молекулы, адсорбированные на кристаллитах гетеро-
иипНнп^ХаНИЗМе формиР°вания насыщенного мономолехтаяттпп * ПСЛМкристаллической поверхности металла, повторяющие беспо-
талшч2кой°ре™иТ;ГНУЮ Р°ЛЬ "Грввт чеРе*°вание миГроп0ле>* Изложение их кристаллографических осей.
Предусматривает влиетт И пР°Тивоположных знаков. Это вероятно ом" "Р" "том' что существует постоянное угловое соотношение
ориентиоо На УСКОрение приближающихся к поверхности молен' "«правлениями кристаллографических осей кристаллов поверхно-
относител^оН^1СИЛ°ВЫМ П°ЛеМ' И на Ротационные колебания мо/"™"* и граничных смазочных слоев,
вой для д^ьн^1ГММеТРИИ ЦвПИ- МолекУ«ярный слой является W«M«™ развития поликристаллической зоны углы между крис
для дальнейшего развития последующих рядов мультимографическими осями монокристаллических элементов граничного
таПоВ^ГНОГ° °ЛОЯ' пРедставляющего собой единую системТ!3»*иьшвются- Достигнув предельной толщины, эта зона
перехоля ~ ,Моле»« кристаллов, образованную под влияние МОИОкристаллическую, отличающуюся макроскопически правиль-
motvT», ' РИ ЭТ°М пРеДУсматривается, что гРащ,чныГ^яв"0ТЫМ строением. Практическое значение описанных явлений
лич/окпД ЯТЬ °В0Ю стрУктУРУ. принимая формы твердого кп^"**"*1* слоях на поверхности твердой фазы заключается в том,
коллективизации ТГ0 С°СТ0ЯНИЯ» мезоморфные виды молекулярнс И*М«н.нием структуры слоя изменяются его механические, а
АСА д* iMTenwHO, и фрикционные свойства.
„-J/Ахматовым были разработаны схемы ctpvktvd »»,.»«. ««модвйствие первичного монослоя с твердой поверхностью яв-
ни™^ СЛОЯ На поликРисталлической поверхности с учетом ZIZ •■ Ммическим (ковалентным) или обусловлено силами
Ван-дернистого строения (рис.6) [7]., В случае мелкозеониотой" М>«. Межмолекулярные связи в мультимолекулярйых граничных
Г:сЗНОСТИ М6ТаЛЛа (рИС'6'а) ^™й слоГимее"^мо1к™Г^»в~>ьшинстве случаев имеют физическую природу.
ое строение. При отсутствии вторичных мелкозеонис™ „ ОЛУЧае некоторых органических веществ возможны химические
поа™°ТРУКТУР Металла (Рис- 6,6), граничный слой смазки 3«"* мвж«У молекулами граничного слоя, приводящие к образова.
^Z^Z^^J^^ B "™*™ поверхности Гнокрис!^'1 —В б°Лее СЛ°ЖН0Г° С^ШЯ'
* оерен, создавая поликристаллическллп q„„„ n пагородные химически инертные металлы
поликристаллическую зону В "Н"^"пагородные химически инертные металлы Pt, >Au не реагиру-
эту зс ж|фНЬШИ КИСПотами, адсорбционная связь имеет характер ван-
'Js^fi
У<>СХ<
ША
k. Ш1111И Hill.ilinilllHHlHHlUllllllllllUli
поверхности
ЩьШШ
■♦вальсовых сил. Между ковалентными и ван-дер-ваальсовыми
р ММ овязей карбоксил - металл имеются промежуточные ступени.
. Модели граничного сж'ИОТОрых случаях аттракционное взаимодействие между полярным
смазки В на поликристалличе-*втвом и металлом может отсутствовать (стеариновая кислота не
ской поверхности металла А рвируется на отожженном алюминии). При этом пленки окислов
несущей слой Бейльби Г- на ге«0ТЫО экранируют слабое поле равновесных решеток алюминия,
рогенной поликристаллической *Ч*С*ИЯ и физический типы связей часто имеются одновременно на
Л И той же поверхности металла, различные участки которой -
галлиты - характеризуются резко отличающейся химической ак-
шотью. Кроме связи головных групп с металлом в мультимолеку-
iol етруктуре граничного слоя карбоновой кислоты имеются еще
(Моаайствия карбоксилов в димерных рядах, неполярных метильных
мвых групп, а также метиленовых (>СНп) радикалов углеводород-
цапвй [7}..
Концепция о граничном слое как о термодинамической фазе впер-
была выдвинута У.Гиббсом и поддерживалась В.Гарди. Исследова-
Тврмодинамического равновесия между граничным слоем и объем-
фмой было проведено Б.В.Дерягиным.
Фиакческие (механические) свойства граничных слоев изложены в
III» 'Необходимо отметить, что при трении состояние граничного
т .омазки в значительной мере зависит от двух сопряженных полей
жрхиостей контактирующих тел. При нормальных процессах трения
«валяющее влияние может оказывать структурное состояние (внут-
«ИМ анергия) поверхностного слоя в процессе его деформирования,
nf вопрос также рассмотрен в гл. III.
30

Глава III , разрушении в условиях объемного напряженного состояния. Физи-
•ХИМИческие процессы связаны со структурной активацией. В связи
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ТВЕРДЫХ ТЕЛ И СРЕДЫ , гим наиболее общим подходом при исследовании процессов дефор-
ПРИ ТРЕНИИ юмния при трении и износе является рассмотрение тонких меха-
iMO» пластической деформации. Пластическая деформация рассмат-
аМТОЯ как физико-химический процесс, т*е.. процесс, сопровождаю-
ROR структурными, физическими и физико-химическими изменениями
1. Пластическая деформация и структурное состояние армируемого материала.
поверхностных слоев металла д^ц, изучения напряженно-деформируемого состояния поверхност-
» объемов трущихся тел применяют методы тензометрирования, по—
В ряде работ, посвященных изучению трения и износа, исполь,мшационно_оптические> металлографического анализа, микротвердо-
зованы макроскопические характеристики пластической деформации, рентгеновские и другие.
[18, 19, 41, 115, 231, 250]., Взаимодействие при трении вэд последние годы развиваются исследования пластической деформа-
работах рассматривается как взаимное внедрение выступов контак, „ тонкой структуры при трении с помощью выявления дислокаций .
рующих тел и связанное с этим деформирование поверхностных обгодами ямок травления и прямого наблюдения [ 3 ], экзоэлектрон-
емов* » • миссии [ 58, 78 ]i электросопротивления [J.13, 220].,
Трение как результат пластического оттеснения, среза и перед Полученные результаты позволяют построить микроскопическую кар-
формирования материала рассматривалось Л.Гюмбелем [ !235 ], ,у напряженно-деформируемого состояния при трении, раскрыть тон-
И.В.Крагельским [115],. Ф.П.Боуденом и Д.Тейбором [ 18, 19]„ механизмы и специфику пластической деформации, возникающей при
Г.Эрнстом и П.Мерчентом [ 231],, А.П.Грином [49, 41],, В.Шоу,шнвм трении и построить дислокационные модели строения поверх-
L250J' и др. iTHHX слоев трущихся тел. Важным результатом изучения дефор-
И.В.Крагельский, А.Е.Саломонович, В.С.Щедров, Д.Ренкин и flfyy»Moft структуры поверхностей трения является выявление процесса
[115] . считают, что в силу специфической конфигурации отдельны)|вТурИр0вания и аморфизации при нормальных условиях трения [13,
ровностей жесткость контакта в направлении действия тангенциал!( 179]., Принципиальное значение имеет разработка дислокационно-
силы велика, а деформация в этом направлении мала. Поэтому вы1ам0ц0ННОй модели окисления при нормальных режимах трения и
пы, вошедшие в контакт до этапа разрушения, деформируются лиш^хувания при их нарушении [90]., Макроскопическая картина на-
направлении действия нормальной нагрузки. (Жвнно-деформируемого состояния при трении скольжения выявлена
Н.А.Буше для объяснения процессов деформирования металлов 1тоаом фотоупругости (рис.7). В качестве трущихся тел использо-
трении использовал представления о дислокационном строении тв^у фотоактивные кристаллы и полимеры.
дых тел [21, 77, 169]»' Он отмечал [ 21, 169 ],, что сопротивле Особенности тонкой структуры поверхности исследованы также ме-
пластической деформации сопряженных металлов,связанное с образом ЯМок травления (рис.8) [88, 96]., Условия предельной де-
ванием большего количества препятствий движению дислокаций, пэдщнтрации нормального нагружения, характерные для граничного
шается. Это повышение наиболее существенно при контактирован^мального трения, создавались за счет использования тонкого раз-
разнородных кристаллов, что объясняется различием типов решетощцощфго слоя твердой смазки или полимера.
расположения плоскостей скольжения, модулей упругости. При рас Установлено, что при статическом контакте и трении движения
смотрении схватывания [21] необходимо учитывать возможные црвмннонзеформируемое состояние резко различается. Выявлены
цессы диффузии и механического старения, обусловленные дислокадвадности деформации в зоне непосредственного контакта и в зо-
ными механизмами пластической деформации. , влияния [87, 88, 96 ]., Микроструктурная картина деформируемо-
Исследования дислокационных механизмов пластической деформ ооотояния тонких поверхностных слоев (до 1000-1200 А) и ,
при трении впервые выполнены Б.И.Костепким с сотрудниками [8'|(|©ш»рхностных объемов металла исследована методами прямого на-
88, 92, 112, 113]., С помощью методов прямого наблюдения ДИОДаКМЯ дислокаций, ямок травления, измерения электромагнитных
каций, ямок травления, электросопротивления и т.д. изучены особе^Твристик, анализа энергетического баланса и др. Модели нагру-
ности структурных механизмов деформирования при трении скольжади и напряженно-деформируемого состояния металла в условиях
и качения в поверхностных и химически активных средах. Исследщадьного граничного трения и износа показаны на рис. 9, 10.
ны также- особенности формирования структуры при контактном ствДцддиа состояния поверхностных слоев трущихся тел приводит к
ческом и динамическом нагружениях. Лйваимости рассмотрения двух различных форм напряженно-дефор-
Как будет показано ниже, при нормальном трении происходит П)в§днного состояния,
тическое деформирование тонких слоев металла. Упрочнение этих |, Ц тончайших поверхностных слоях (100-1000 А ) происходит ин-
слоев при трении достигает величин, значительно превышающих ср^я|МЯ и направленная пластическая деформация - текстурирование
32 33
III

Рис. 7. Напряженное состояние поверхностных слоев (линии Лото
упругости): а- без разделяющего слоя; б - с разделяющим^"
(преимущественная ориентация металлических структур - от зерен д1|(в, 8. Дислокационная ^W^i- ^S^^^jf^'-'
дефектов структуры в направлении движения). В результате многократна поверхности ^^ЧЩ^Г^^^Г^^^
ных воздействий в конечном счете происходит аморфизация поверхна^таплов LiF при трении ' ■^-■V-^.^V"^.***^**»
ных слоев металла. p.n«-i-««« uui г г
• - без разделяющего
2. В нижележащих слоях (порядка сотен микрон) имеет место '««И б - с разделяющим
волновой процесс распространения упругих деформаций, связанный с«*»<
относительным перемещением трущихся тел.
С помощью анализа дислокационной структуры методом ямок тра.
^М"
лени Пб°МОЩЬЮ аНЙЛИЗа ДИСЛОкационн°й структуры методом ямок тра, " **
зова™ выявлен процесс текстурирования при трении [88]; обра. |»М, Е.Орованом, М.Поляни [252, 253], И.А.Одингом [155],,
»«,»« ТеКСТуры при однократном проходе индентора по поверхност! Я,И. Френкелем [202],, В.С.Ивановой [177].и др. Согласно этой тео-
монокристалла ниобия покаяянп на пил i i _.~.
» иидодани на рис.и.. |1НМ перенос вещества при пластичности осуществляется с помощью
показа™™nTMOr0 НабЛЮДеНИЯ ^локационной структуры было ««локаций.
1Х18Н9Т ТдостигаКОЛЬЖеНИИ ИВДентора по поверхности стали Пластическая деформация с точки зрения теории несовершенных
рирующихся в п высокая плотность несовершенств, концент. ирмталлов представляет собой движение, размножение и разрядку дис-
оовка noveTn олосах скольжения. Отчетливо наблюдается ориенти. ЛОКАЦИЙ и имеет двойственный характер, который обусловливается
ных сил (рис.12?ПРаВЛеНИИ' ПерпендикуляРном Действию тангенциалМумя процессами; упрочнением и разупрочнением.
В некотоп * " И.А.0динг приводит одиннадцать возможных механизмов пластиче-
ны к направлениСЛУЧаЯХ П°Л0СЫ скольжения не вполне перпендикулярОЙОК деформации, подразделяемых на три группы. В первую группу он
чески выгоднь "f ^ <1ТВуЮЩ1Рс Усилий и распределяются по энергеп МЛЮчает сдвиговый процесс, во вторую - диффузионные и в третью -
генциальных 'и* УС чивым' напРавпениям с учетом действия тан, ЯрОЦассы пластической деформации, вызванные относительным пере-
м <* „ =., „ ' МИМНием зерен, блоков зерен и границ, - так называемые перифе-
низмы плас—1 П*ЛаГИЧеСК°Й деФ°Рмании. Рассмотрим ме* (ИШы. процессы.
Наибольшее Деформании и их особенности при нагружении треп К первой группе И.А.Одинг относит дислокационный механизм
™„,т„„„ распространение и экспериментальное подтверждение МОЛЫкения, проявляющийся в перемещении одной части кристалла
получила дислокационная теория пластичности, разработанная Г.Тейло (Ирна) по отношению к другой.

р
r-
D,,„ о и йМИлельных линий или полос скольжения. Полосы скольжения явля-
гис. а. Нагружение по-"•**"■"
верхност-ного слоя мета!*1" Проявлением на поверхности процессов, протекающих внутри
а - схема сечения дИИвТМЛОв.
'Ш-\\лшиииш
А; б - схема поверхнос
трения; в - фотография
поверхности трения х 20!
Исходя из обширного экспериментального материала по изучению
И НИИ И полос скольжения на различных металлах оптическими и элек-
мВМИОМИкроскопическими методами, можно сказать, что характер ли-
ИЙ йкольжения в поликристаллах существенно зависит от ориентации
•Ц§Н относительно действующей нагрузки, от температуры, от сте-
■ИН деформации и т.п.
С увеличением степени деформации растет число линий скольжения
• единице площади, расстояние между ними уменьшается примерно от
000 до 10 мкм, а величина сдвига в каждой полосе увеличивается i
• г 1 до 50 нм и более.
if* ■■
^'"■■■*
Скольжение может происходить только вдоль определенных
кристаллографических направлений и по определенным плоскостям
скольжения. Для многих металлов и сплавов экспериментально определены
плоскости и направления скольжения (системы скольжения).
При деформации поликристаллических образцов могут одновременш
действовать несколько систем скольжения, но все они принадлежат к
одной или двум кристаллографическим ориентациям.
Как правило, в кубических металлах плоскостями скольжения явп^Ш* iO. Нштряженно-деформируемое состояние металла при нормаль-
ются наиболее плотно упакованные плоскости, а направлениями сколУМШ Тлении
жения - наиболее плотно упакованные направления в этих плоскостях, 1 - »оив текстурирования, аморфизации и образования вторичных
При скольжении сдвиговое перемещение частей кристалла под дей-*W*Wl 2 - зона распространения упругих деформаций (линии фото-
ствием деформирующих напряжений по определенным кристаплографи-'НрЦГввти)» 3 и 4 - дислокационная структура поверхностных слоев
ческим плоскостям проявляется на поверхности металла в виде систе^^Л"* "* ™Убине соответственно 1000 А и 500 мкм х 30 000
36
37

Рис. 11. Дорожка при переходе через
границу зерна для Nb (х 250)
На начальных стад*»»*» Двойников). Это еще одна группа механизма сдвиговой де-
деформации удалось обйММИ ПО ИА.Одингу. Все эти виды деформации отличаются друг от
наружить элементарную* Швшними геометрическими признаками. Механизм деформации -
структуру полос скольжШШвваиив, описанный А.В.Степановым и А.В.Донским [190, 1911,
ния. Это однородные шИМТОВ от двойникования тем, что угол поворота одной пластинки
неупакованные следы с*»ИТ*ПЬНО другой не является постоянным и зависит от степени де-
жения, которые характ^ЯЖИ. Угол поворота является функцией деформации,
зуют более однородную IpN деформации сбросом происходит поворот решетки вокруг направ-
деформашто и образуют*, Лежащего в плоскости скольжения и перпендикулярного направ-
ступеньки на поверхне*» околыкения. Сбросы образуются как при деформации сжатия,
кристалла высотой 3-10 i При растяжении. Как показывают экспериментальные данные, в
При увеличении степени*» Деформации кристаллическая решетка повернута относительно
деформации появляются Армированной части кристалла на некоторый угол, который зависит
пачки полос скольжения'«пени деформации.
и деформация менее pdloHOOM деформации образуются в результате торможения сдвига на
мерно распределяется Ф*М* некоторой области. В результате деформации решетка основ-
объему кристалла. Меж*' *Р*оталла поворачивается вследствие скольжения, а в полосе де-
отдельными ступенями МИНИН такого поворота нет.
скольжения находятся "Левы оо вторичными сдвигами возникают в результате скольжения
недеформированные обла^твричной системе плоскостей скольжения с одновременным пово-
При условиях, неблаг»М •«* плоскостей вокруг нормали к ним. апоппя„
приятных для процесса ,ПЛЯ Появления в кристаллах при деформации областей с переориен-
жения, деформация раэвДОМО* решеткой необходимо наличие неоднородного напряженного
вается другими путями 'ШНтш. Истому в поликристаллических образцах металлов, где су-
пример, двойникование^***** вааимодействие зерен, пластическая деформация может раз-
сбросообразованием. Пр^ЛИ «.....«приведенными механизмами. В некоторых случаях эти
этом на поверхности кр*«*»МЫ могут вносить существенный вклад в деформацию. Так, с
таллов образуется рель**»*» вбросов были получены деформации до 75%. HW4pmm
еф, характерный для эт, П9ПШ)Ы овроса при испытании металла на усталость, при изучении
процессов деформации W*°™> "Ри Р*5™жении наблюдались различными авторами. Все
механизмы Пластическое §**• деформации описываются дислокационной теорией
деформации по И.А. Од* ■**•■ ^РУЛла механизмов пластической деформации пс, И АОдингу
характеризуют сдвиговые И диффузионных и самодиффузионных процессов. Отмечаются
процессы в особых услоР ^МОЖНОсти этих процессов. Первая возможность - это
перемещении осооых уело* ^^ ^ плоскостях максимальных касательных напряжений путем
Двойникование - эта**»** вакантного места (дырки по Френкелю). Вторая - внед-
евс^бразная форма «^^ДЕЕ^^ -
жения, приводящая к из. Щ^т**оппа" ,ша^х ^ ГЬп1 „ „„я„яно
менению ориентировки о^ИН-Ш, который впервые отметил АА.Бочвар 120]. Им указано,
ной части кристалла о* 1*1 обеспечения высокой пластичности нужно создавать возмож-
носительно другой. РасЛ»¥И И§|*мешвния частиц вещества и взаимодействие фаз за счет пе-
положение атомов в'.двоЮМ tiiUWTBa. Для осуществления этого механизма необходимо на-
никовой области являетсИШ
зеркальным отображение И| ШШПши, дислокационно-диффузионный механизм, который рас-
структуры, существующей в другой области кристалла. Двойниковани^ШрИИТ пластическую деформацию как перемещение дислокаций со-
как и скольжение, является дислокационным процессом. «•*(• в 'облаком* из растворенных в основной кристаллической ре-
С определенным поворотом некоторых областей решетки связаны ФЩЛ §f§M0B, окружающих дислокацию,
другие виды деформации (пластинкование, сбросообразование, образо- Г«MfMO группу входят следующие механизмы пластической дефор-
вание полос деформации, полос со вторичными сдвигами и иррацио- йШШ (И* И.Л.Одингу):
38 39
Рис. 12. Дислокационная cTpvKTypa тонкого
поверхностного слоя (1000 - 1200 А)
стали 1Х18Н9Т при нормальном трении
(х 35 000)

1) относительное перемещение и поворот зерен- -.
2) релаксашонный механизм плагти^»,,» „It. ' / i**W специфическим для условий трения и изучено в многочислен-
что скорость деформации в w^L^^^J^"1" (СШТЩ #*»•*' «**" КОТОРых сдержится в [156, 198]., Однако при
счет переноса вещества и ослабления отдельны повышается м имвяодимо учитывать влияние колебательных процессов, возни-
которых происходит релаксация)- '* участков металл*я(Щ i рассматриваемом диапазоне скоростей перемещения.
3) механизм полигонизации, который предста л г ^' ^НИраЖенное состояние поверхностных слоев металла непосред-
дробления зерен на значительное количество J3™61" ° пРоце<»в» вмаано со свойствами и состоянием основного металла и
градов из которых ориентировано в небольшой ^^ МвЛКИХ 3ePeH«W* вяои. Необходимой характеристикой граничного слоя (кроме
В.С .Иванова экспериментально подтверждает^46' ^ °°Се*т МР*м°тРОв) является его устойчивость - условие деконцент-
нагружении пластическая деформация металло ' ПРИ ткпмчвс** Погружения поверхностных слоев металла. Устойчивость гранич-
сдвиговых, диффузионных и периферийных процес^оТ^ Ув>ЛКвеТ Щ Ш* *вРактвРизУется его сопротивлением сжатию и термостой-
Дислокационно-энергетический анализ деАо J-ooj.. ,де, f|pM нормальном трении температуры десорбции и термическо-
выполнен И.А.Одингом, В.С Ивановой и до ф??МациИ меуаллов Г11н«М«Жеиия смазок не достигаются и устойчивость граничного
представляется в виде соотношения фоцесс деформирован 1*рактвриэуется прочностью на раздавливание, определяемой
|НИ*Й к опционного и адгезионного взаимодействий в пределах
А Е - Eq + ■ W, < пинаемого объема [ 7}..
I ФОЯеиь дикойцонтрации напряжений определяется геометрическими
■И1«рнотиками поверхностей и толщиной граничного слоя, которая
Г^Ьг, ~ затраченная механическая энергия,- Еп - тепловой st&iJ**99 Фуик,,ивй контактного давления и состава жидкости, в первую
деформации; ДЕ - изменение внутренней энергии при постоянном Г*** 000TaB*1 и строения молекул поверхностно активных веществ и
лении, приближенно равное скрытой энергии деформации, oбycлoвл^',•"У',,,r'ИO,'0 Ввоа [2081)- Геометрические характеристики поверх-
ной наклепом. Скрытая энергия наклепа определяется природой мета "^ ""Реальном трении проявляются на уровне субмикрорельефа
его структурным состоянием и условиями деформирования ШШШЫ а параметрами вторичных структур и характеристиками
Многочисленные экспериментальные исследования [145 7 пoкaэk,MIW**0'r,,,," ноооввРшенств с поверхностью твердого тела [96].,
ют, что большая часть энергии, затраченная на деформацию прево •>M*flb,KW' иагружение, передаваемое через граничный слой,
моется в тепло и лишь несколько процентов этой энергии запасается *,t*' п*м,и"'го Распределенным. В этих условиях деформация тонко-
ооразование дефектов кристаллической решетки. fytMJipalWOTHOio слоя осуществляется механизмами трансляции, двой-
Напряженно-деформируемое состояние мета «••НИ», Поворота зерен и фрагментов в направлении действия тан-
трении. Особенности напряженного состояния при вне ЛЛЙ ПPI'*'•^IW•,", onn> ^
местах непосредственного контакта происходит на—
ключаются в совместном действии нормальных И тaнгeнlшaлГнTPeHИИШ,•,Иi,, я#Ф°Рмация - текстурирование поверхностных микрообъемов
причем поверхностные слои металла в зоне контакта наход CWA*M** ч™ ооиаано с приспосабливаемостью металла к условиям на-
ловиях гидростатического сжатия. Дятся в (щщц, Многократное нагружение приводит в конечном счете к
Анализ нагружения и связей при нормальном трении [ 84 1 поа1^,ШМ'" "Оиерхиостного с™я.
ляет выделить три зоны напряженно-деформируемого состояния H»'»VW0l»*,fli,e nP« трении тесно связано с внешней формой эффек-
вая- зона граничного слоя смазки, вторая и третья _ относятся *>i^ll<M*P<l» т<#- ° возможностью образования того или иного коли-
поверхностным и нижележащим слоям металла. ''*■• •Я»М»НТов скольжения при заданных условиях нагружения.
1. Напряженно-деформируемое состояние "граничных слоев '••••«иввТИ ооотояния дислокационной структуры поверхностных
трении рассмотрено А.С.Ахматовым, показавшим, что эти слои об/1 "f адиоооиом сжатии показаны на рис. 13, а при трении - на
Ю,т "с™нной упругостью Формы и подчиняются закону Гука Г7 7 n' W"r Деформация сжатием и трением наносилась в среде ва-
L158 J,приведены диаграммы упругости граничного слоя при сжатй!И|>|||Г* *Ш>Пй "* ♦0ЯЬГУ из °тали 1Х18Н9Т после гомогенизи-
°рВИГге' ТШШ ОТШИТ* в вакууме (10-4 мм рт.ст.). Отожженный материал
2. Циклическое нагружение всего объема образца перемещающее РМ**»|#виУ'0 структуру с плотностью дислокаций порядка Ю? см"2
нормальной нагрузкой по типу одноосного сжатия возрастающего **•** Мфнрмировлшюй фольги после ее одностороннего утончения
нуля до максимального значения по циклическому закону Пои нор»<Ш"»* "" елиитронном микроскопе ЭМВ-150.
ном трении максимальное напряжение сжатия не превышает пределе ИМоШИ вжатия до 20% наблюдаются в основном короткие (торч-
текучести материала . Рассматриваемое напряженное состояние н-*' ШИШИ»» и анлчительное количество диполей. Распределение
. «wiJMtHl вровмитилыш равномерное. При степени относительного
При нормальном тоет™ «т™™ '**• •* *"Г* плотность дислокаций незначительна (до 4- 10.8 ом"2)
Р нии явления смятия не наблюдаются. "It* яНиНии мависит от степени деформации. При деформации выше
40
41

Рис. 13. Дислокации^
структура поверхнос
металла при \цщ ц^§§рциоотно-активными ci
(рис. 14)
Я|ЖО неправленая пластическая деформация
При иормальном трении в среде, обладающей раскислитель-
слоев металла при |Мц Щ|арцноотно-активными свойствами (вазелиновом масле + 2%
ных степенях сжатищ^^ §цьдегида). По-видимому, бензойный альдегид препятствует
1x30000) >»МЦИИ ОИИоной пленки, сдерживающей выходы несовершенств, а
а - £ = 5%; б - е ^МШМВЯ бензойная кислота является поверхностно—активным
1Щ|| Ц центре дорожки, образованной элементарным контактом,
МнДОИМаи структура не разрешается. По зонам влияния, в кото-
15/о наблюдается Дво|^|§|Ц|§^ несовершенств значительно ниже, можно судить о том,
вание. Деформации Bi^ggf^ етрухтуры приобретают направленную ориентацию.
^о/о характеризуются ) egg, Jg показана электронная микрофотография поверхности
V).Ha
генциальной нагрузок и свойств
поверхностного слоя п}И0 •
трении зависит от cool
шения нормальной и т.
граничного слоя смазки. „
При режимах нагружения, соответствующих переходу к нормальн|
трению (малые нагрузки и скорости скольжения"), в инактивной сре|
наблюдается неравномерная дислокационная структура с множеством
барьеров Ломера-Котрелла, дефектов упаковки и других препятств<
тормозящих свободное движение дислокаций. Образуются сложные 4
локационные сплетения. При нормальных режимах трения и особенна
поверхностно-активной среде1 наблюдается значительное возраста^
плотности дислокаций; образуются очень плотные клубки из мелко-
персных дислокационных сплетений, местами трудно разрешающихся
Дефекты концентрируются возле определенных кристаллографических
плоскостей скольжения группы (111) в соответствии с тангенциал k£t Диелокаиионная
ным нагружением поверхности, что в конечном счете приводит к н!цмы поверхностных
правленной пластической деформации (образованию пакетов). ^ миалла при трении
01 ЦМЛМНОВОГо масла
Г"~ IMMl 1* бензойного
Вазелиновое масло + 0,2% олеиновой кислоты. пГИпа
42
значительным количе^ ИМученная методом реплик (см. ниже в разд. 1 гл
дефектов упаковки и %£Bjfn видна дорожка элементарного контакта, образованная.в
ников. *f§¥t направленной пластической деформации. Интегральная оцен-
Состояние структурв^ция атрухтурных изменений в поверхностном и подповерхност-
тонких поверхностных цел* производилась методом измерения электромагнитных пара-
при нагружении трени|ш Цидицжностных слоев (см. ниже в разд. 3 гл. V).Ha рис.16
характеризуется значи|^к Изменение электромагнитного параметра по глубине для
норной плотностью дисло^цф режима трения и износа несмазанных поверхностей (кри-
уже при малой степену ц ^*мшме возникновения схватывания (кривая 2). Нормальный
формации. При скольжу ирадтериауется высоким градиентом структурных изменений в
в поверхностном слое ЦИДТИ0М о лов и их почти полным отсутствием в нижележащих
тигаются значения пл«, BtOT поверхностный слой при нормальном износе составляет
ти несовершенств на фШ§6 ММ, а при граничном трении (чувствительность прибора
порядок и более выше*! ■ *• обнаруживается. Исследования методом прямого наблюде-
при всех известных в&ЙИанМИ показывают, что этот слой при граничном трении со-
1000-1200 А [82]. -
сред ы. Влияние среды,
на процессы деформации
Проявлениями эффекта Ребиндера.
одновременного действия напряженного состояния, спо-
'О развитию дефектов кристаллического строения, и на-
ки ««сорбирующих поверхностно-^активных веществ проис-
напряженного состоян1|Ц* И* более
(дяя одинаковой степейЦ§и ив поверхностно-активной
деформации). СтруктуЙМНЁШЙ поверхностно-активные вещества
Г7Г1 _ ... ... _ij о
*%Я | f, i|;
43

ходит адсорбционное пластифицирование - облегчение пластическ^ Степень структурных изменений 4%
формаций и адсорбционное понижение прочности - возникновение щй/интных единицах упрочнения
кого разрушения при малых интенсивностях напряженного состоя^ .щ нормальном трении; 2 - при &&
вплоть до самопроизвольного диспергирования. ыМИИИ
При деформации монокристаллов в присутствии ПАВ не проис]__мц|^
замены элементов скольжения по сравнению с деформацией в ин(
ной среде, а добавляются новые [138]., В 1958 г. [221, 222 ^ 9ффекта Ребиндера. В
ло выдвинуто представление об адсорбционном понижении потенш
го барьера, который должны преодолевать дислокации при выходе'1
поверхность при "прочерчивании" поверхности перемещающимся ю*
дислокационной линии, а также при зарождении и генерации пои
Внешней формы адсорбцион-
«та лежит чисто поверх
имодействие металла со
«0
20
I Т / I xt
7000/900000200/70
0 J0 #0 00 /00
I I
J L
00
/00
f,M2t(
/?,MKM
стных источников дислокаций. Конечным результатом может оказ*'1 ДиФФУ311* "крупных" молекул
значительное упрочнение поверхностных слоев вследствие значит) ■ решетку металла Невозможна
большей, чем в отсутствие ПАВ, предшествующей пластической •ЛвТМе стерического эффекта,
мации. При этом по сечению образца возникает градиент плотносйВ относятся к группе так назы
локаций, причем плотность дислокаций убывает по направлению о«М* дкпольных соединений. Эти
верхности к внутренним объемам. Облегчение сдвигообразования *вТве вследствие различия диэлек
личение числа сдвигов в условиях адсорбции ПАВ на внешней notaONNX постоянных металла и раст
ности металла приводит к образованию более тонкого деформация адсорбируются на поверхности
микрорельефа поверхности. в|мм „ 0НИжают его свободную
Важной особенностью протекания процессов деформации являеврциоотную энергию. Многочис
оепГ™™ РМИРУ6МЫХ °бъемов мета™а, связанная в первую*,!* исследованиями, проводившимися П.А.Ребиндером и его сот
редь с ростом точечных дефектов. -Г—.*-. * о. ,.
Наибольшие чгМ»™.., cn„Z « V,»„ «НИМИ, показано, что работа деформации единицы объема металла
очен^ь малых ™ГН Tfn^T* "АВ оказывают в облас^рутетвии ПАВ становится значительно меньшей. Такой процесс
ZToMy^TcbJeZ Mot (0'2%)- ЭТв КОВДен^ация соответстХ. работы деформации металла получил название адсорбционного
^^^^Z^^^TZ^^aB^ °Л0Я С13^1»«« Деформаций или адсорбционного пластифицирования,
вег^нсстно^кхи™ аКТИВНОСТЬЮ и Деформационной активностьюДДОукин теоретически обосновывает механизм действия адсорб-
верхностно-активных веществ существует опоелеленняя пво^^ г 1 ■ѫà _
SdxbeKTHRHor-xf, пса^^^ плп ""Разделенная связь 11 лиювехтивных сред, рассматривая пластическое течение кристал-
деленнойТо™? ' *** ПРаВИЛ°' наб™*ае™ «ишь в оШ процесс зарождения,перемещения дислокаций в плоскостях
мальнь?™^!?°С^ТОЧНО ШИР°К°Й °бЛаСТИ некот°Ры* средних |Ш§Н11« и выхода их на поверхность [221, 222 }.,
™oaTvn0tt рТ ДефорМаЦИИ' Положение этой области обусловившие поверхностной свободной энергии ПАВ приводит к сни-
мпературой. Различают внешнюю и внутреннюю формы появление» •иергетического барьера для выхода дислокаций на поверхность
• Щепки поверхностных источников дислокаций.
'ТВУКтура стали при деформации растяжением в при-
4*ВИИ ПАВ. Первое изучение дислокационной структуры стали
АВформации с введением ПАВ было выполнено методом электрон-
ММросхопии [92, 931°< В качестве материала исследования ис-
ЫВ)1ВЛась нержавеющая сталь 1Х18Н9Т. Полоски размером 0,8 х
) Я 1000 мм прокатывались на лабораторном прокатном стане до
ШПШ 0,08 4-0,06 мм. Затем из полученных лент вырезали стан-
ftfjM образцы, которые подвергали отжигу при . 1100 С в вакууме
■ЭДВДующим медленным охлаждением в печи. Средняя величина
III ПООЛе отжига составляла 150 мкм, т.е. величина зерна была
■ММО больше толщины испытуемого образца.
ПтВЖЖенные образцы деформировались одноосным растяжением с
р 1ч м ~ь *••*»* скоростью деформирования на 1-12% (разрушение обычно
*-ис. 1й. Микрофотогщрддипо при удлинении 8-12%) на воздухе и в среде чистого ва-
поверхности трения Щ«В0Г0 масла с добавкой 0,2% олеиновой кислоты. Степень дефор-
х 20 000 щщ определялась по удлинению образцов.
44
45

Небольшая пластическая деформация при растяжении на вот
1А привела к появлению внутри зерен отдельных дислокаций *Р*МЮ!Я Дислокационной структуры при усталостном нагружении
деленных совершенно неоднородно. Наблюдались незначителен,* ■Ивпивно.также на стали 1Х18Н9Т [112, 216].
скопления, задержанные у границ зерен Плотность пислокГа" «Истового проката вырезались заготовки, которые затем прока-
взаимодействие между ними отсутствует МИЬ ДО толщины 0,1 мм. Изготовлялись две партии образцов: для
Деформация в 1% в присутствии поверхностно-активной М»«ТИЫХ испытаний на переменный симметричный изгиб и для ис-
водит к возникновению значительно большего количества п*7иУт На повторное Растяжение. В сечении образцы имели размеры
распределенных более равномерно по структуре зеона 1 •• Мм. Для конкретизации усталостных процессов в образцах
выдается при той же деформации на воздухе Обшаяг-™*™ Т0*И»«нены концентраторы в форме пологой галтели. Для устранения
вится сложнее, наблюдается взаимодействие дисТоканий Ч™1»** холодной обработки образцы подвергались гомогенизирующе-
чительные их скопления у границы включения а плотное, >"»У в »ак™ме при 100° С С следующим охлаждением с пе-
для случая инактивной среды ' "uiMUt-Tb вы^ Средняя величина зерна после отжига, измеренная металлогра-
Увеличение деформации до 2% на воздухе вызывает Boя„ИкHn,,ii,,• составляла 20 мкм' Перед испытаниями образцы электроли-
ряда новых дислокаций и появление их скоплений ОбТап211У*Ы П°"ировапись' Знакопеременное симметричное нагружение из-
большие скопления у границ зерен блоков Раг-п °Наружива1рМ ©Оушествлялось на микромашине электромагнитного типа с
шенств становится более равномерным по 'всему -Г™™6 HeC°^№*WM нагружением. Концентратор находился в области максималь-
При растяжении образца на 2% в поисутг™ п * «•l>P»KeIfflft. Испытания на повторное растяжение проводились на
ной среды наблюдаемся сложное взаимодействие дислокм^^Г""381,0156- °бра3Т НСПЫТ™К5Ь в неполярном вазелиновом
ся густая и достаточно равномерная их сетка? \^^!%^^пклптя Т**0 " В °'2 ^^^ °Т ™°TbI B
взаимодействия различных систем скольжения „ ■зникшая ""«"bflnoiOM масле (поверхностно-активная среда),
пересечения. Протяженность их значительно ^^Г0* °П°ПЛт просмотра в электронном микроскопе из района концентратора
возрастает и значительно превышает наблюдаю^™^Д!Ш,вНН0М °браЗЦе высекалас^ шаЙба диаметром f мм- котоРая да"
в 2% на воздухе. мающуюся при дефор^ щ^хролитически утончалась (анодной полировкой) в специальном пин-
Деформация в'з% на воздухе приводит к более оавномеп™^ вв^печиваюшем возможность одностороннего съема металла с
пределению дислокаций, чем при 2%. Отмечаются большее^П*"""*1 Рабочей поверхности.
ния у границ, а плотность увеличивается нГ^л )$Ш*те Усталостной прочности при одинаковых режимах нагруже-
кой деформации на воздухе наблюпя^с Г стадии пла^ «^„.ых образцов в инактивной и в поверхностно-активной сре-
шие либо о пересечении дислокаций, Г£ о наСлТо'бразов^ни^ l*"™ зна™ЛЬНОе (д° 30"5Cf C™e ВЬ1Н°СЛИВ°СТИ В СЛУ"
Та же деформация 3% в поверхностно-активно!SS^Sl»***™ ° поверхностно-активной средой,
началу возникновения густых скоплений дефектовГ ZZneTol9*" ИЗУЧеНа дислокационная ^РУ*™ * поверхностном слое об-
няюших весь объем деформируемого образца. В це^трТн^аЭй' "СПЫТаННЫХ На Усталость в инактивной и в поверхностно-ак-
образовываться сгустка дислокации трудно оазличи^ н Г Т"" °Рвдах в течение постоянного времени, составлявшего 40%
сложную структуру можно отнести к начале воГникнове^ТЛ?""^^ На ИЗГИб И 2°% *** испытанИЯХ На повторное растя-
"облаков" дислокаций и огрубления их сетей В°ЗНИКН0Вения г%* ОТ долговечности в инактивной среде.
Исключительно сложная картина с достаточно „h™»„ ЙМЯОетное нагружение в присутствии адсорбшюнно-активной сре-
лаками' наблюдается при деформации образца в ш Г ,ТТ5 #»°ДИ* K значительным изменениям в дислокационной структуре
Отдельно дефекты становий н'разГешимГих п^Г^Л**'»™ °° <™F»«- *>^У™°*™ ПрИ Т°Й » Н™ЗКе В
но оценить. Границы становятся трудно оазп^ГГ R пГ ЯИ* Среде- Испытания в поверхностно-активной среде приво-
тура очень усложняется различимыми. В целом Щ умпичению плотности дислокаций с более сложным их взаимо-
Приведенная картина'тонкой структуры показывает что шютЙР™' °ПеШй ПЛОТН0СТИ дислокаций по электронным микрофото-
дислокаций в активной среде всегГвы! их ^^^^Ш^^^^^^ГГ^ ^^—^^^
TnZe^ZlZ^r6™00™ СТРУКТУРЫ Г°РаЗДО СЛОЖНее' ^n.TZ^rZZ:^! н^мметричн^й изгиб в вазели-
Структура стал'и при циклической деформации в ^ГеиГвГк™^
сутгтпии ПДП Пп„п „ * „ ШШШВ* олеиновой кислоты в вазелиновом масле ишш в шнв на^ и'
ния ПАЯ ня „owQ™m,r" ВЛЯЮТ Вольшой интеРес исследованияГЖ|010 см-2_ Циклические испытания на повторное растяжение
металла изменения ™нкой структуры при динамическом нагрШ; к аналогичному соотношению плотностей дислокаций: 6 •
Первое прямое электронномикроскопическое изучение особениМ?""! прИ »агруЖеНИИ В неактавной среде и 2-10 ftCM" (в
г unnicL.boe изучение ocooeHHljIII^ больше) при нагружении в поверхностно-активной
при нагружении в неактивной среде
среде,
лошаяся более высокая плотность дислокаций в поверхностных

слоях при нагружении в поверхностно-активной среде свидетельствам искажений II"и III рода, а также малой величиной областей
о том, что в этих условиях протекание пластической деформации ftptHTHoro рассеяния.
легчено. Поверхностное пластифицирование металла обусловлено т^Щ/ЧНте ширины дифракционных линий железа после упрочнения, со-
что при снижении свободной поверхностной энергии снижается эне|#ЯвГО холодной пластической деформацией в различных средах, про-
тический барьер выхода дислокаций на поверхность [138], и повьРИИОСЬ на ионизационной установке УРС-50И с автоматической
ется активность подповерхностных источников дислокаций. ВпервыйИЫО кривой распределения интенсивности в железном К-излучении.
это было показано Е.Д.Щукиным и П.А.Ребиндером [223],, а позд*Ч№ась ширина линии (110) и (220). За стандартную принима-
аналогичные представления были высказаны Г.Гилмэном [233]., И»» Ширина линии (110) и (220), полученная от высокоотпушенных
вышение активности подповерхностных источников приводит к допо#ИШ железа. Для введения поправки на не монохроматичность из-
тельному увеличению плотности дислокаций и к большей вероятное&ЯЛ И геометрию съемки был произведен подбор аналитических
взаимодействия. Это связано с более быстрым возникновением г$МЬ, соответствующих экспериментальной кривой интенсивности и
дислокационной сетки, т.е. более интенсивным протеканием упрочн#ЙИ*- Размер крупных блоков оценивался также по влияншо первич-
при усталости. ■" Нотинкции на абсолютную интенсивность линии (110). В каче-
В результате способность металла к упрочнению исчерпывается!* §**Л0на был использован сильно деформированный образец из
меньшем числе циклов и раньше наступают последующие стадии усв!И • вяае напиленного порошка,
лости, что приводит к более раннему разрушению. РИриьтаты определения величин блоков, искажений II рода и
Рассматривая мозаичную структуру кристаллов как следствие
никновения дислокационных стенок высокой плотности, можно утве|
дать, что повышение плотности дислокаций в поверхностных слоях |
деформации в условиях воздействия адсорбционно-активных сред до|
но вызывать более интенсивное измельчение кристаллов и блоко|
[92, 93].'
Упрочнение железа пластической деформацией в nl
сутствии ПАВ. В ряде работ установлено возрастание степени]
упрочнения (наклепа) при деформации поликристаллического мета^
в присутствии ПАВ [60, 137, 138, 149 и T.aJ. Исследование
кой структуры в связи с эффектом упрочнения было выполнено с
шью рентгено-структурного метода на технически чистом железе
упрочнении в неактивной и поверхностно—активной средах [ 95]„,
В качестве инактивной среды использовалось чистое неполярно^
зелиновое масло. В отдельных случаях изменение структуры изу>/
непосредственно на воздухе при комнатной температуре. Адсорбши
активной средой служило чистое вазелиновое масло с добавкой 0,1
олеиновой кислоты. Упрочнение, вызванное различными видами тщ
тической деформации, оценивалось по измерениям микротвердости.
Упрочнение осуществлялось при комнатной температуре путем i
тического деформирования одноосным статическим сжатием цилинд
ков высотой 12 мм и диаметром 10 мм, деформацией путем прок^
во вращающихся вальцах на прокатном стане пластинок 80x16x5
растяжением в направлении оси пластинок 150x25x3 мм, деформ
цией поверхности призматических образцов 7x7x20 мм путем оД
кратной накатки роликом.
Серии образцов для каждого вида деформации отжигались в вак|
Опыты при сжатии и растяжении производились в ваннах, заполни!
ся соответствующей средой. При прокатке всегда обеспечивалась
обильная смазка вальцов и образцов.
Для рентгенограмм, полученных с деформированных образцов, xa|J
терно размытие и ослабление дифракционных линий, обусловленное
ВТК приведены в табл. 6 [92]., Данные показывают, что размер
1Й когерентного рассеяния резко изменяется в зависимости от
Зтической деформации, в особенности от наличия рабочей ере—
Соответствии с величиной блоков изменяется и величина
тверже вида холодной пластической деформации и различной степе-
тонкую структуру железа изучалось в широких пределах
§0здухе и в чистом вазелиновом масле, так и с введением по—
Ио-активной среды.
1ты экспериментов показали, что при холодной пластической
НИ отдельные характеристики тонкой структуры и твердость
|МЮт в различных средах значительные изменения. Наиболее
упрочнение в инактивных средах происходит при сравни-
|1*болы1шх степенях деформации (до 20-30%). Твердость пос-
деформации резко возрастает и по своей величине всегда вы-
|§Лучаев пластической деформации и активных средах, чем в
ЛХ. В равной степени эта зависимость относится и к скорос-
1НИя твердости. Увеличение степени пластической деформа-
)% вызывает дополнительное упрочнение железа во всех ере—
КО уже не столь интенсивное, как при малых степенях де-
Так, увеличен?» степени деформации от 30 до 50% вызы-
чение твердости при прокатке на 20 единиц при осаживании
АО 230 кГ/мм2.
ультате проведенных экспериментов выяснилось, что при срав-
НОболыних степенях деформации в различных средах происхо-
9Нвное измельчение блоков, величина которых и скорость их
1Я в активной среде при использованных видах пластической
до 30% всегда значительно выше, чем в инактивных сре-
30% деформации наиболее мелкие блоки были получены при
I активной среде. Дальнейшее увеличение степени деформации
)% во всех случаях вызывает сравнительно небольшое допол-
иамельчение блоков, причем наиболее медленно в этой об-
Эрмации измельчаются блоки в активной среде. С ростом де-
48
49

Таблица 6
Результаты определения величины блоков D, ■ напряжений II рода
после различных видов пластической деформации в разных средах
Д а/а и микротвердости Н^
Вид
деформации
Степень

деформации,
%
Воздух
D-10-6,
см
Ai.lO"3
а
2
к Г/см
Чистое вазелиновое
масло
D.10"^
см
Аа _Q
10 3
а
Hpf
2
кГ/см
Чистое вазелиновое масло+
+0,2% олеиновой кислоты
D.10-6
см
^i.io-3
а
2
кГ/см
Одноосное
сжатие
Прокатка
Растяжение
Однократная
накатка
роликом, 600 кГ
15
50
80
15
50
80
10
4.5
3
6,6
3,7
3
65
7
0,25
0,4
0,75
0,7
1.1
1,25
135
170
220
156
220
232
8
4,5
2.5
0,15
0,21
0,5
150
185
260
0,65 154
6,5
0,7
158
4,5
2,8
7
2.8
2
3
8,8
4,2
0,15
0,25
1.6
0,8
1.2
1,42
-
0,85
190
230
175
200
250
242
-
185

Я, 0Ж/СМг
2fZS
деформациях. В работах [35, 194] .указывается, что при
цЦюрмациях доля запасенной энергии для крупнозернистых об-
КОлвблется около 10%, а для мелкозернистых - стремится к
ВИеокому значению. При малых деформациях работа пластиче-
рмаиии может полностью превращаться в запасенную энер-
щмнио активности поверхности деформированных металлов мо-
ЦиактоВная
среда
Рис. 17. Энергетический баланс при трении в инактивной (ва$
новое масло) и поверхностно-активной (вазелиновое масло +
+ 0,2% олеиновой кислоты) средах
tf (ЁИИРИровпться методами измерения экзоэлектроннои эмиссии
11| Иваультаты исследования экзоэлектроннои эмиссии при трении
ИИЯ несмазанных поверхностей стали и алюминия подтвержда-
f репного различия энергетического состояния поверхностных
_ цаталлов в зависимости от условий трения [58].. При сопостав-
МЯ результатов измерения электросопротивления деформируемых об-
-ш|Щ| • калориметрическими исследованиями В.И.Хоткевичем с со-
^ЙЙММИ было установлено, что запасенная энергия деформации про-
ЬИй приросту электросопротивления [211],
а, проведенный З.Базинским и др. с учетом отклонений от
•воводных электронов, привел к такому же выводу [227]..
Я влектросопротивления образцов, деформируемых в процессе
Трения [113, 220 ]„ позволили произвести оценку изменения
гтдг. ^ ышьм ямАектов кристаллической решетки, т.е. оценить изменение
металлов ПАВ увеличивает работу трения, количество выделяющегРтаРЯТИ д«чк«чи» ^m,i«Uim о ^ i
тепла и величину поглощенной энергии, для закаленной стали рабо
трения и количество тепла по мере увеличения давления уменыиак>1
ся, поглощенная энергия не обнаруживается. Зависимость изменен:
энергетического баланса ; во времени, изученная в третьей сер:
опытов, подтвердила то положение, что в присутствии ПАВ в смаа
сокращается период приработки и нормализуется процесс внешнего
ния. Величина поглощенной энергии при наличии ПАВ с увеличен^ '
аапасонной энергии в процессе трения.
РМШрмменно производилось исследование дислокационной струк-
||Мэиов, утонченных методом односторонней полировки, при по-
ЩМТронной микроскопии на просвет. Плотность дислокаций в
ffJtNMR достигает насыщения (1012- 1013 линий (см2), что сви-
у*Т о резкой активации поверхности металла.
мние образцов высокой чистоты (порядка 99%) показало,
. _ г- ,--- - - _ „- -.. |£труи 01,к металлах активация поверхности при трении происхо-
количества циклов нагружения (пути трения) падает значительно 6Р »ГМ* « ,-'urk мс'шищл ^ Г
]| § волыной степени, чем у металлов с гексагональной решеткой.
ММНИМ* метода электросопротивления позволило установить, что
Щ |(|р§Мионно-ударном нагружении трущиеся поверхности резко уве-
ЩШт активность [113].
1Щ§111вявоное состояние поверхностных слоев металла приводит к
Ш адоорбционной и диффузионной активности. Повышение ад-
ЮЙ активности деформированных при механической обработке
Твй металла по сравнению с отожженными было отмечено
Одером, получившим ряд экспериментальных доказательств уве-
ЩОорбционного потенциала [137, 170-175 ]„,
jfmMWKti продемонстрировал увеличение активации металличес-
если рекристаллизованный
2. Активация поверхностных слоев металла
Пластическая деформация существенно увеличивает физико-хими-
скую активность поверхностных слоев. Роль этой активации в прои!
сах трения, действия смазки и износа металлов чрезвычайно велит
От степени активности поверхности в значительной мере зависят с
ние и свойства граничных слоев смазки, кинетика физической и хи
ческой адсорбции и химического взаимодействия^
Известно [25], что при деформации металлов практически вся А Шт™™* на примере алюминия: ялтпминий
- кцлиша м„ адсорбирует стеариновую кислоту, то тот же алюминий
пасенная энергия расходуется на образование или на увеличение эца^аи*"' "■ """"Н" hj г „„„_,„„ аа ап
«л. v л. I ШШ ЯяАавмации дает на электронограммах ясную картину ее ад-
гии взаимодействия дефектов решетки. Концентрация дефектов. (^^IfL^ 1 ■!< .
пасенная энергия) характеризует неравновесное состояние металла.ИврИ ' ''" „„„„. „„■* ™DC,rw«rv-rott
г г * j r гЦЛ1Ч*иие адсорбционной активности металлических поверхностей
При деформировании на 10% концентрации дефектов может достигав
10Ш - 1019
,-3
И часто оказывает определяющую роль на процессы износа
Металлов [164].,
см " [25]. Р
Считают, что запасенная энергия деформации составляет примере „„„„а „„mno„MT K„,,pTm[V
_„, „ Г--ГГ- + л™ л AlNlMUMN деформируемых объемов металла определяет кинетику
5% работы внешних сил, причем эта величина снижается до 1-4% Ц птттттчтп «««^н bv
[оЦЩйИИЯ диффузионных процессов.
52
53

сах граничного трения можно выделить три главные функ-
Хотя вопросу диффузии в пластически деформируемых металла^ ЩШШ граничного слоя смазки и смазочное
священо значительное количество работ [76, 197, 233, 243 и i |ЩеЦДИ£-пРи трении
их результаты носят эмпирический характер. Данные работы [23L
казывают, что зависимость отношения коэффициентов диффузии да^
рованного и недеформированного образцов от скорости деформиро!1— „ ,„ „„-™-„ ,«™nvrKm.
„ j.x «ч-^^ ащйвеЯмооть создавать прочные поверхностные пленки, хорошо удер-
линейна, а ускорение диффузии при низких температурах происходР^^иии ^ / mQ *„,-,,„,«, ПООТПктйт Аичй-
в 100 пая быстоее «ИМОИ на поверхностях трения (эта функция - результат физи-
п н ^ * ^ ., кй| МИ обратимой адсорбции смазки на поверхностях металла);
Вопрос о влиянии неравновесных искажений на процесс диффуэг'* """ н „, „_„, о„„™*„мг,ннт^ ппенгж
~ ~ ., «. л ■ j.1 ММММИмые параметры создания прочных адсорбционных пленок
тально рассматривал С.Т.Конобеевский. Он показал, что коэффициР^iei ■■"•»> »»f г ™„Qr^„,~-H тпоГтг.й Апчы го-
' ^^ ЯШ iewiOKT от состава и строения поверхности твердой фазы, со—
механизмы пласти-
диффузии никеля в деформированном слое меди возрастает более
в 1000 раз [7б]..
Л.С.Уманский отметил увеличение толщины карбидного слоя
поверхности деформированной танталовой пластинки в 50 раз [11
» п о мИМебиооть взаимодействовать
А.П.Семенов считает, что для схватывания кроме непосредств^""" ™*~ , *„™,„ ~ „ „птЛнттпмть тон-
, г "-г "" ч*мелеч>ь их CTDVKTVPV, состав и свойства, т.е. модифицировать тон—
го контакта чистых поверхностей металла необходимо достижением'^""
, ИМАШМОстные слои металла,
верхностными атомами определенного энергетического состоянияL-——г—' ,„„„„„ i „m„„Q„ Лягттта ппипяня им-
\ r-.or.iT, РМЙМОТПИМ первую и третью функции \вторая функция описана вы-
гетического порога схватывания) [188].. Нужно отметить, что ГЯ**вт|",м н ' * т'
\- ml вмп. 1 гл. Ш).
условие при трении по существу является избыточным, так как ук,*™1 l""""* „„.„,„ .,,„„«« п 1 »яп„1 fnTn
' ' пШ уменьшении толщины масляной пленки менее и,1 мкм V4TO
самые элементарные структурные акты пластической деформации г"*" Jmm" „„-«„^. -„„оо™ ^мпипрнирм ня
,, н -г »- « l^_ gy». вызвано повышением температуры смазки, увеличением на
верхностных слоев активируют диффузионные процессы взаимодейГ** "*т гЛ „„„«„„„„ аа г^тптврнио отлича-
' 3- „ МШ ШШ уменьшением скорости) свойства ее существенно отлича —
металлов со средой или между собой. ^* """ 7"""вошс*" ^
п г,ой„^= roQoiioi, ct л т йвойотв смазки в объеме. Это выражается в том, что коэф-
В работах [39, 61, 1311, показано, что наиболее вероятным* w ■wwi" UMt,JM D """ r
ляется вакансионный механизм диффузии, который обусловливает Ш* fH"™ зависит в основном не от вязкости смазки а от ряда
чительно меньшие искажения решетки, чем другие механизмы, и №** определяющих граничное состояние смазки, и факторов, свя-
му требует малой энергии активации. ЩШ § flWMKO-химическим
М I ОТруктурного состояния молекул смазки;
МЦИбиооть оказывать влияние на структурные
\$& §§формации;
с поверхностными слоями металла
и с
оотные слои металла.
Исследование диффузионных процессов при трении с помощью pfJJJUf
■ям!
активных индикаторов [56] .позволило рассмотреть количественн
раметры процессов диффузии при статическом контакте и трении
жения для разных металлов, при разных нагрузках и времени и
жения.
Было показано, что диффузионные процессы резко увеличиваю
трении чистых пластических металлов в зависимости от приложен!
нагрузки и продолжительности трения.
Увеличение адсорбционной активности металлических поверхн
при трении может играть определяющую роль в процессах изноо|
проявлении смазочного действия. При однократном проходе инде
по недеформированной отожженной и электрополированной поверх»
образца и по той же поверхности, деформированной трением, изм!
мые силы трения отличались на порядок [l64]i При одинаковых
сах чистоты поверхностей во втором случае коэффициент имел nol
0,05, что связано с наличием устойчивого граничного слоя, обус)|р
ленного полем активированной твердой фазы.
Во втором случае коэффициент трения был таким же, как и п|
трении несмазанных поверхностей, имел порядок 0,5, т.е. смазка
выполняла своих функций.
состоянием поверхности твердого тела.
(ШТеИНе граничных слоев твердой стеариновой кислоты методом
Произведенное А.С .Ахматовым, показало сильное
возраставши среза этих слоев, сопровождающееся скольжением по
Симметрии граничной системы в целом.
It упругости формы граничных слоев полярных молекул и со-
данных структурной механики цепных молекул, имеющих
МО* строение, позволило А.С .Ахматову обосновать высокую
Мономолекулярных слоев. Было установлено, что высокая
Мономолекулярных слоев объясняется упругостью на сжатие
х иепей.
Мости от толщины слоя и длины углеводородной цепи мо-
модуля сжатия Е имеют следующий
„ ,_-1 кГ
молекулярных рядов Е —10
6 кГ
см^
._ Прочих равных условиях является убывающей функцией тол-
Ш|, В то же время граничный слой в плоскости, параллельной
ТИ|характеризуется однородностью свойств по тенгенциальным
ЮоАиость граничных слоев выдерживать огромные нагрузки
МЮЙ оси происходит в условиях отсутствия тангенциальных
VM МвОЛЮтные ^начения ее
I ДЛИ 100
опоп Е* 10v
см
для моле-
Таким образом, упругая констан-
Следовательно, учет активации поверхностных слоев металлов ШШЩЛ И равномерно распределенной нагрузки, исключающей боко-
ется необходимым условием при рассмотрении вопросов внешнего I (ВДЦЛИММие. В случае упругой деформации сдвига, происходя-
ния, износа и смазки.
Р Ш §Ч*Т отклонения фиксированных в пределах микрообласти адсорб-
54
55

ционного притяжения молекул, энергия упругой деформации завис
величины выпрямляющего момента
М = eEl sin <*, ■
длина диполя; Е - напряженность микрополя
« - угол отклонения цепи от положения ве|
где е - заряд; 1 -
дой поверхности;
калькой ориентации
В результате экспериментов, проведенных в условиях преоблад|
процессов молекулярного взаимодействия смазочных слоев, нивел;
вавших микрогеометрические профили зеркальных поверхностей
таллов, установлено, что для граничных слоев жирных кислот Tpi
не зависит от скорости до тех пор, пока эти слои обладают ynpyi
стью формы и их толщина не превышает критическую. Зависимое!
сил трения от скорости возникает в
•мии молекулярной структуры путем вытеснения молекулы из
ласти максимального напряжения сжатия. Это вытеснение свя-
ЦЛ в разрывами адсорбционных, межмолекулярных и межатомных
§м§м.
В ОЛучае растяжения понятиям упругого одноосного растяжения
llMUffllO одноосного растяжения), пластического одноосного растяже-
■§ (Пределу текучести на растяжение), разрыву (пределу прочности
т 1|вТИЖвние) соответствуют эквивалентные представления о нормаль-
Ирадварителыгом смещении, обусловленном деформацией растяже-
МРЛакулярной структуры, а также об адгезии.
дполагается, что в кристаллически правильной структуре гра-
'0 слоя, находящегося в сложнонаправленном состоянии, разрыв
дит в непосредственной близости от одной из поверхностей
ва пределами действия поля твердой фазы.
- __|рыв структуры должен происходить по метальным поверхностям
результате потери граничным! „?™^г « - .
щЩДОдайствия, что объясняется возможностью трансформации моле-
структуры слоя, характеризующегося более низкой упруго-
разрывом его в результате нарушения целостности молекуляр—
СЛОЯМИ ИСТИННОЙ УПРУГОСТИ формы. ш^т
Рассматривая граничные смазочные слои как монокристалличесв^Р^
и поликристаллические тела, возникающие за счет зародышевой фе^*
,„ „ . , г, . Мструктуры по поверхности наименьшей энергии связи.
ции первичного слоя, А.САхматов пришел к выводу, что •метилено^^.'г1 JK „„ „„„„„„„,_,„
\. ЬИ.Фуксом экспериментально исследованы некоторые граничные
структура граничных слоев является бездипольной лишь до наступли^зг . „„„ ^^„^,^ ^™.,лтт
■^ ннгяа растворов органических кислот в углеводородных жидкостях
ния напряженного состояния и связанной с ним механической дефо^З_1 гопи on-? i n ~„«„ n Tonal mBao
*т ММВХЯХ статического трения 1204-207 1,, В табл. 7 L^ub J .приве-
мации. »»■■ . , <-> лчо^о/
Mflf мличины толщин (в мкм) остаточного слоя для и,и^5/о-ных
В работе [ 7 ] .им рассмотрены следующие основные положения о
пекулярном механизме упругости граничных смазочных слоев:
упругая деформация сдвига происходит или за счет отклонения 9
на некоторый угол от положения установившейся приблизительно ва|
тикальной ориентации, или за счет ее изгиба;
при одностороннем сжатии упругая реакция слоя играет основну
■Моров различных кислот при контактном давлении.
Таблица 7
ТвЛщина граничного слоя растворов, органических кислот, мкм
роль и определяет его способность выдерживать без разрушения ог|
ное нормальное давление, измеряемое многими тоннами на 1 см
2-Уи»
ная
при растяжении углеводородные цепи молекул находятся под дейст|
ем растягивающих напряжений.стремящихся увеличить значения теч^
эдрических углов между атомами углерода.
На основе эквивалентных представлений о видах деформации в
рии упругости, граничного трения и адгезии выделены следующие э
пы деформации граничных слоев и их характерные признаки [7]„,
В случае сдвига понятиям упругой деформации сдвига, пластич<
го течения, предела прочности на сдвиг соответствуют эквивалентшй»
представления об упруго-пластическом тангенциальном предварителы
ном смещении, обусловленном деформацией сдвига молекулярной стр]
туры смазочного слоя, а также о моменте перехода к скольжению, Ив
характеризующемуся возникновением и нарушением молекулярных св| *
зей дисперсионной природы. КИВаль-
В случае сжатия понятиям упругого одноосного сжатия (модуль ИШОМя
Юнга), пластического одноосного сжатия (предел текучести на ежа- *
тие) и раздавливания (предела прочности на сжатие) соответствуто|Яровая
эквивалентные представления о нормальном предварительном смеше»*|^яо_
нии, обусловленном деформацией сжатия молекулярной структуры и ^^

Растворитель
Контактное давление, кГ/см
0,2
2,0
0,2
2,0
Сталь У10А Рубин
0,2
2,0
Гептан
Бензол
0,05
0,08
ано- Изооктан 0,08
ти- Изооктан 0,16
Бензол 0,11
Изооктан 0,16
Бензол 0,15
Изооктан 0,06
Изооктан 0,06
0,02
0,04
0,06
0,11
0,07
0,13
0,13
0,04
0,04
0,07 0,05
Кварц
0,04
0,05
0,05
0,03
0,03
0,14
0,08
0,14
0,15
0,05
0,05
0,10
0,06
0,13
0,13
0,12
0,04
0,10
0,09
0,03
0,03
0,08
0,02
0,04
0,03
56
57

Как видно из этих данных, толщина остаточного слоя растворе!
лот и соответственно сопротивление его уточнению или расклиниы,
давление определяется не только нагрузкой, но и составом кислоТ|
также составом растворителя и твердого тела. Толщина и прочш
остаточного слоя растворов кислот на стали больше, чем на руби
на последнем больше, чем на кварце. Эти результаты находятся
ответствии с данными об энергии взаимодействия кислот, которые
первом случае образуются на поверхности мыла [18, 19 ],, во вт
с трудом химически взаимодействуют с окислами металлов, а в '
тьем - способны закрепляться на поверхности только за счет вод
родной связи или физической адсорбции.
Наблюдается также соответствие между строением неполярной
сти молекулы кислоты и молекулы углеводородного растворителя,
зойная кислота способствует формированию лишь тонких и непроч
остаточных слоев, но ее действие в бензоле значительнее, чем в
тане. С другой стороны, эффективность жирных кислот в парафин*
углеводородах выше, чем в ароматических. Эти данные показыва
и молекулы растворителя участвуют в формировании граничных с
растворов на поверхности твердых тел.
Из данных табл. 7 следует, что дикарбоновые кислоты, так ж>
бензойная кислота, формируют лишь тонкие остаточные слои, но i
случае их действие объясняется присутствием в молекуле кислот!
групп СООН, которые вызывают ориентацию молекулы параллели
верхности твердого тела.
В результате исследования Г.И.Фуксом были сделаны след
выводы:
Растворы органических кислот в углеводородных жидкостях об]
ют в плоских зазорах между твердыми телами (в первую очередь
таллами) полимолекулярноые слои, оказывающие сопротивление j
чению. Оно обусловлено расклинивающим давлением и спецйфическ
отличными от объемных механическими свойствами этих слоев.
Исследованные граничные слои построены из ориентированных
отношению к поверхности и друг к другу слоев молекул кислот,
чая молекулы растворителя. Последние, по-видимому, находятся
ду концами углеводородных радикалов кислот.
Толщина невыжимаюшегося при небольшом контактном- давленш
ничного слоя и соответственно его расклинивающее давление зави
от природы кислоты, состава растворителя и поверхности твердог
ла. В случае растворов жирных кислот толщина остаточного ело
линейная функция длины углеводородного радикала кислоты.
Сопротивление сдвигу в граничном слое растворов кислот,
следовательно статическое трение при граничном режиме смазки,
деляется толщиной остаточного слоя. В этом случае роль жирных
лот сводится к тому, что они повышают расклинивающее давление
порционально длине молекулы кислоты), но при постоянной толщи
граничного слоя длина молекулы кислоты не влияет на статичес
трение.
При повышении температуры выше некоторого характерного дл,
става раствора предела начинается дезориентация граничного слоя
58
type дезориентации возрастает по мере приближения к поверх—
^„рдого тела. Это вместе с некоторыми другими данными сви-
ЩПует о неоднородном строении граничного слоя даже в его
pfltnft (не выжимающейся) части.
ПРМОМния, выполненные Ф.П.Боуденом и Д.Тейбором, показали,
ЦЦи В.Гарди о чисто физической адсорбции жирных кислот, рас-
_ « в смазочном масле, на трущихся поверхностях имеет место
I gpi сравнительно низких температурах [ 18, 19].,
"Целее высоких температурах эта физическая адсорбция сопро—
химическим взаимодействием между адсорбированными моле-
[ ЦШрных кислот и поверхностью трения, которое приводит к об-
i на ней соответствующих солей и тем самым к химическому
„^ованию этой поверхности. Наиболее активными в этом
отеляются кадмий, медь и цинк. Однако наибольшее увеличение
РО действия жирных кислот и их мыл наблюдается на стали и
}вания зависимости свойств присадок жирных кислот от тем-
Показали, что в случае неактивных металлов, химически не
Ртвующих с этими кислотами, исчезновение смазочного
а увеличение износа и сил трения наблюдается при темпера-
ВТветствующих плавлению этих кислот. В случае же активных
Имеет место такая же закономерность. Однако при дальней-
1Чении температуры износ и силы трения снижаются и стано—
элее низкими при температурах 110-130 С. Затем при бо-
КМх температурах, соответствующих темпертурам плавления
металлов, силы трения и износ снова резко возрастают. Иссле-
■ысказывают мнение, что в начальный момент химическое
Зтвие не приводит к образованию эффективной смазочной
11 поетому первое заметное повышение коэффициента трения и
'Исходит при температуре плавления самой кислоты (69 С).
Повышения температуры ухудшение смазочной способности
ТСЯ. При этом трение и износ носят такой же характер, как
If несмазанных поверхностей. После интервала температур
'О С наблюдается резкое уменьшение коэффициента трения и
ЧТО объясняется четко выраженным химическим взаимодейст-
у жирной кислотой и поверхностью трения, в результате ко—
поверхности^рения возникает адсорбированный слой соот-
;его мыла. Эти эффекты авторы объясняют тем, что при до-
температуры плавления боковое притяжение между молекула-
X кислот или же солей преодолевается силами теплового дви-
пленка теряет свое строго ориентированное строение,
агаем, что представления Ф.П.Боудена и Д.Тейбора о наличии
iy температурами плавления жирных кислот и их солей, а
влиянием на эффективность смазочных масел могут быть
с учетом характера хемосорбционного взаимодействия между
кислотами и поверхностью трения в зависимости от темпера-
|оли принять во внимание резко выраженную сольватацию мо-
мых кислот и их солей углеводородными молекулами смазоч-
, неоднородность микроструктуры поверхности трения и не-
59

равномерность распределения на ней активных адсорбционных ш
то мало вероятно, чтобы тонкие слои присадок имели такую же Г
кристаллическую структуру, какую имеют эти вещества в объемо|
отсутствии всяких примесей. Как известно, небольшие примеси
влияют на температуру плавления твердых веществ. Тем более
меси должны были бы влиять на температуру плавления тонких
ционных слоев, если даже допустить, что они имеют кристалл»
структуру.
Ill Юввнильных участках поверхности металла этот процесс сла-
^Кматов считает, что, несмотря на несомненный интерес идеи
И металлических мыл при трении в присутствии жирных кис-
ОТражает лишь частную группу явлений граничного трения и
Общий характер [7 1°. А.С.Ахматов вполне обоснованно под-
It ритике предложенную Ф.П.Боуденом, Д.Грегори и Д.Тейбо-
ffMMTOBKy этих результатов. Он считает, что на окисленной по-
п МФМ уменьшение коэффициента трения в присутствии жирных кис-
Само собой разумеется, что одна только ориентация молекул щвд объяснить не образованием металлических мыл, а дополни-
сорбционном слое на поверхности трения не может служить л<тм .ффектом снижения трения вследствие наличия на этой по-
ным основанием для утверждения того, что этот слой имеет С'РМИМИ оксидной пленки.
кристаллическую структуру с температурой плавления, соответстЩрр>мтся критике заключение о неэффективности жирных кислот
щей температуре плавления таких веществ в объеме. ШМЛЬНЫХ поверхностях, которые, как известно, обладают высо-
Эффективное уменьшение трения и износа под влиянием npHcaj-j-^,^^^ фИЗИко-химическоЙ активностью. Существующие
исследований особого состояния граничных слоев смазки
жирных кислот к смазочным маслам, которое наблюдается при
пературах 110—130 С, по—видимому, объясняется тем, что в
тате хемосорбционного взаимодействия между жирными кислота
верхностью трения на последней образуются химические фиксиро!
адсорбционные слои, состоящие из поверхностных химических оси
ний, прочно связанных с атомами поверхностного слоя кристалл*
кой решетки металла. Следует отметить, что поверхностные хи
кие соединения не имеют точного стехиометрического состава,
металла, участвующие в образовании таких соединений, затрачи:
лишь часть своей валентности на связь с остатками жирной ки<
Остальные валентности таких атомов направлены на связь с
таллической решеткой металла. В связи с этим такие адсорбцией
слои обладают высокой прочностью, что определяет более продо,
тельное время их существования на поверхности трения и тем с
существенное уменьшение износа этой поверхности. При более bi
температурах указанное хемосорбшюнное взаимодействие привод|
образованию на поверхности трения обычных солей жирных кисл
(мыл) более строгого стехиометрического состава, слабо связ<
с кристаллической решеткой поверхности металла. Молекулы та|
солей вследствие хорошей растворимости в смазочных маслах
но легко десорбируются с этой поверхности, переходят в объемы]
зу мыла, обнажая ювенильную поверхность трения. Такой механи|
подтверждается результатами исследований этих же авторов, по:
ших, что адсорбционные слои мыла, образованные на поверхносп
ния, более прочно связаны с этой поверхностью и значительно
тивнее повышают смазочные свойства масла, нежели образованы!
предварительно приготовленного мыла, растворенного в смазке,
сказанные нами соображения подтверждаются также результата
следований И.Фривинга, который показал, что температура, при
рой полярные вещества теряют смазочную способность, соответс'
ет температуре их десорбции, а не температуре размягчения про/
тов реакции этих веществ с металлами [ 7 ]..
Установлено, что хемосорбшюнное взаимодействие жирных ки<
с поверхностью трения происходит с участием оксидной пленки и
присутствие воды и кислорода способствует протеканию этого пр<
60
100ТИ твердого тела показывают, что учет свойств этого со-
§вляется необходимым условием рассмотрения процессов гра-
Тракия. Развитие А.С Ахматовым представления о молекуляр-
ЩИЭме взаимодействия смазки и поверхности твердого тела
ИОТВенное объяснение мноких явлений граничного трения. Зна-
влияние на формирование и свойства граничных слоев при
ОМ трении оказывают контактные давления; это влияние экс-
ЬНО исследовано в работе [ 204 ]., В некоторых случаях
•е значение приобретает хемосорбшюнное и химическое
твия молекул жирных кислот и поверхности металлов [18,
1Мы смазочного действия при граничном трении
необъяснима влияния граничного слоя смазки на процессы деформи-
г ррШврхностных слоев металла. Фундаментальные работы в этом
НИ выполнены П.А.Ребйндером, В.И.Лихтманом, С.Я.Вейлером
«Иным [33, 138]., Эффекты пластифицирования, упрочнения
1НИя и роль смазки как фактора, радикально изменяющего
^рагружения поверхности, во многих случаях имеют опреде-
[§Иачение.
|Турные изменения, связанные с эффектом Ребиндера, рассмот-
Согласно представлениям В.И.Лихтмана и С.Я.Вейлера
J Ванным на исследованиях механизма смазочного действия
обработки металла давлением, процессы трения отличаются
IX давлениях значительным числом истинных контактов с мо-
связью.
1В0дит к тому, что по всей контурной площади контакта про—
Г|ща,стическое течение более мягкого и пластического металла —
Трение переходит во внутреннее трение поверхностного слоя.
Цмние смазок, содержащих ПАВ, способствует в результате
пластифицированию, снижению предела текучести и облегче—
Эвой деформации поверхности металла. Такое изменение гра-
ЭЛОВИй приводит к созданию на поверхности деформируемого
Тонкого слоя, обладающего по сравнению с основным метал-
61
кш

из» т
лом более низким пределом текучести и сопротивлением срезу, щ
жение усилия, затрачиваемого на сдвиговую деформацию пове]
ного слоя пластифицированного металла, моделировалось путем
кусственного нанесения пластичных покрытий - меднение, апктЩ
ние. Значительное облегчение процесса волочения происходит
случае весьма тонких покрытий порядка десятых долей микрона
на стали). При горячей обработке металлов это может быть
нуто путем применения легкоплавких металлов, расплавов соле!
стекла при температуре размягчения. Роль жидких смазок ев;
с вязкостью, а с поверхностной активностью. Для работы при
шенных давлениях более пригодной оказалась жидкость с незна'
ной вязкостью (0,01 пуаз) и высокой поверхностной активное
то же время жидкость с большой вязкостью (1 пуаз) и не обл|
поверхностной активностью непригодна для использования при
ных давлениях.
М.Л.Барабаш выдвинул гипотезу о природе антифрикционное
основанную на развитии поверхности продуктов износа, способе:
упорядочению молекул смазки в присутствии ПАВ. Такой меха;
ряду с процессами в тончайших слоях поверхности трения мож!
место в процессах приработки.
Ю.Ф.Дейнега совместно с Г.В.Виноградовым установили вз,
между структурой, электрическими и реологическими свойства^ ,
тичных смазок [50]., При этом была отмечена возможность из|
структуры и соответственно свойств смазок в сильных элек
полях.
Перечисленные результаты составляют основу современного
о граничном трении. Вместе с тем теория граничного трения,
общая теория внешнего трения, далека от завершения, так как
позволяют произвести удовлетворительное количественное опис
трения и износа с учетом свойств контактирующих материалов
Теория граничного трения не учитывает ряда принципиальных
связанных с взаимодействием твердой и жидкой фаз в процесс!
ния, влиянием газовой среды и т.д. Их рассмотрение связано
следованием механо-химических и физико-химических процессо]
трения. Приведем некоторые из этих вопросов, имеющих принт
ное значение.
1. При трении в результате пластической деформации неиэ
происходит увеличение внутренней энергии поверхностных слое
ла. В основе механизма поглощения энергии лежат процессы
тания плотности "несовершенств* кристаллического строения. I
ность дислокаций в тонких поверхностных слоях при нормальны
виях трения достигает значений насыщения [,82]., Такое резко
новесное состояние поверхности трения должно оказывать с;
венное влияние на процессы физической и химической адсорбши
фузии, формирования субмикрорельефа и в конечном счете на с
ное действие. Деформируемое состояние поверхности трения з]
но усложняет стройную модель мультимолекулярного гранично!
как коллектива параллельно размещенных макромолекул, связш
между собой перекрестными связями. Влияние структурного
62
рхности трения на смазочное действие и модель поверхности
рассмотрены ниже (см. гл. IV).
Исследование процессов граничного трения неизбежно связано
нием механизмов образования свободных радикалов. Эти ме-
определяют не только формирование сил тангенциального пе-
я в граничном слое, но и протекание процессов насьпцения
химически активными компонентами газовой среды (в том
М окисления), а также процессов химического модифициро-
Поверхностных слоев металла. Некоторые результаты исследо-
Прокессов образования радикалов приведены ниже (см.раздел 4).
Диапазон условий граничного трения значительно шире области
■ания устойчивого адсорбированного слоя. В этом диапа-
Кции разделения поверхностей трения (граничного слоя) выпол-
МИчески модифицированные слои металла. Рассмотрению этого
[тельного вопроса посвящены главы IV и V.
Исследование реальных процессов граничного трения требует
вО»местного взаимодействия с металлом поверхностно-активных
К химически активных (ХАВ) компонентов смазки. Взаимо-
ПАВ и ХАВ рассмотрено на примере экспериментального ис-
я износа.
Дадтдукция молекул смазок и присадок к маслам
■ дроцессе трения
lee разработанной областью механохимии является механохи-
1меров, охватывающая совокупность процессов, элементарным
(ВОТорых является разрыв химических связей в полимерных це-
ПОД действием механических сил [11]., Изменение механичес-
)тв полимеров, повышение пластичности, возрастание раство—
I, падение вязкости, происходящее в результате механодест-
объясняется тем, что энергия межмолекулярного взаимодей—
«ительно превышает энергию химической связи.
|упьтате разрыв макромолекул в ряде случаев происходит лег-
'Отделение их друг от друга. В зависимости от химической
полимера, окружающей среды и скорости разрыва обрывки
гокул могут быть макрорадикалами, макроионами или ион-
1МИ. %
(различных разновидностей механохимических процессов в иссле-
I, посвященных трению и износу полимеров, наибольшее
внимайте тс я механодеструкции. Этот процесс заключается в разры—
)молекул под действием механических сил и последующей ста-
1«й образовавшихся макрорадикалов. Например, Г. А .Гороховским
угловым было установлено, что во время трения механичес—
?ия локализуется в отдельных участках полимерных цепей,
в них напряжения, превышающие прочность ковалентных свя-
]« В результате этого происходит деструкция макромолекул
{Новение свободных макрорадикалов, мгновенно взаимодейст-
многочисленными активными центрами поверхности металлов
эщих соответствующие поверхностные химические соединения.
63

Г.В.Виноградовым отмечается, что свободные радикалы, возник
щие в результате механической деструкции метиленовой цепи поли
ров, добавленных к смазочному маслу, присоединяют растворенный
смазке кислород и образуют перекиси, окисляющие ювенильные учл
ки трущейся поверхности [27],<
Механохимия трения охватывает более широкий круг вопросов,
процессы механической деструкции молекул. Как будет показано
же, в образовании свободных радикалов смазки играют роль не tojii
их механическая деструкция, но и производные процессы, обусловлю
ные механическим нагружением, в частности температура. Механо;
мия трения охватывает также процессы окисления углеводородных |
дикалов, их физико-химическое взаимодействие с поверхностью три!
образование химически модифицированных поверхностных слоев щ
талла и т.д. |
На кинетику изменения состояния поверхности трения влияет с
ное сочетание явлений внутри квазитвердого слоя смазки. Эти явл
связаны с характером взаимодействия среды и поверхности металл
механической деструкцией молекул, образованием перекисей (в ре;
тате присоединения свободными радикалами кислорода), полярное
молекул смазки (способность к ориентированной адсорбции), хими1
ким взаимодействием с продуктами износа, перемещением по гран!
и внутри квазитвердого слоя, а также с его упругостью.
На кинетику изменения состояния поверхности также влияют npi
сы, происходящие в объеме смазки: окисление кислородом воздуха
кислородсодержащими группами молекул в процессе трения, предв«|
тельное окисление, вязкость смазки и взаимодействие ее молекул,
собность к разложению под влиянием высоких температур и т.п
А.С.Ахматовым высказана гипотеза [7] о том, что механохим!
ские явления имеют место при трении в смазочной среде без поли|
ных присадок. Он отмечает, что процессами механической деструк
высокомолекулярных цепных молекул смазок можно частично объж
смазочную способность углеводородов.
Наряду с классификацией состояния граничных слоев по отделы
этапам А.С.Ахматов сопоставил величины энергии взаимодействия
между атомами углерода метиленовых цепей жирных кисл!
(84 ккал/моль), между карбоксильными радикалами и поверхность
металла (13 ккал/моль), кроме того, карбоксилами в димерах
(15 ккал/моль), а также метальными радикалами (порядка
10 ккал/моль). На основании этого сопоставления делается защ
чение о том, что разрыв структуры при прочих равных условия:
должен происходить по метальным поверхностям
взаимодействия. Наиболее вероятный разрыв может произойти в непосредс
ной близости от одной из трущейся поверхности, но за предел.
действия поля твердой фазы.
Экспериментальное исследование деструкции мог
кул смазок. Таковы основные гипотезы о деструкции молекул :
ки в процессе трения. Экспериментальные данные по этому вопр<
отсутствуют. Авторами совместно с В.А.Компанийцем было прове.
1Мвнтальное исследование процессов деструкции смазочных ма-
К1ТОДОМ электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) [151].,
: Цмптно, метод ЭПР дает возможность количественно проследить
Щоввние свободных радикалов, образующихся в органических сре-
рвмультате механической или термической деструкции высокомо-
КЫХ или низкомолекулярных соединений. Влияние режимов гра-
трения на появление свободных радикалов смазочных масел
|0( ЛС-8 и вазелинового) исследовалось на установке, схема
приведена на рис.18.
-♦и*
18. Установка для
механикой деструкции масел
I - электродвигатель; 2 -
•р с шарикоподшипником;
- пробки; 5 - тарированная
на; 6 - прижимной винт
} |Т0Й установке шарикоподшипник находится в герметичном кар-
I Цвторый имеет две пробки для залива и слива масла. Пробы мас-
НИОЬ в процессе работы установки через определенное время,
Цтельно обрабатывались в магнитном поле (5000 э) для уда—
ippoмагнитных частиц, а затем подвергались центрифугирова-
втом давление на подшипник предварительно тарированной
изменялось в пределах от 1500 до 2600 кГ/см^.
Олжительность воздействия граничного трения на указанные
^вменялась в широком интервале. Кроме того, для выяснения
го влияния температуры на деструкцию указанные масла, не
цне в узле трения, нагревались в интервале температур 20 -
непосредственно в резонаторе, и в каждом случае определя-
пичие свободных радикалов.
ИЧвственное определение свободных радикалов в исследуемых
производилось на радиоспектрометре РЭ-1301 реэонаторным
|М со специальным устройством, позволяющим изменять темле-
МО время эксперимента в широком интервале. Образцы масел
ись в резонатор в специальных капиллярах, не влияющих на
iy резонатора.
ИЧвство неспаренных спинов при термической и механической де-
определялось по формуле [16 ]<
Он!.)
N,
max*, x
эт(1' ДН2 )
° max эт
- количество спинов в эталонах ДФПГ; I ■ , L __ - диф-
Ияльная интенсивность спектральных линий образца масла и эта-
64
65
ш»

Ч'/i
Wvac
/Off
/fffS
Z V g-
Рис. 19. Кинетика образования свободных радикалов при механич.
деструкшш
1 - АС-8 при 2600 кГ/см ; 2 - АС-8 при 1500 кГ/см ;
вазелиновое масло при 2600 кГ/см ,• 4 - вазелиновое масло п
1500 кГ/см2; 5 - МС-20 при 2600 кГ/см2; 6 - МС-20 при
1500 кГ/см2
Рис. 20. Кинетика образования свободных радикалов при термичес
деструкции масла МС-20
1 - 150°С; 2 - 200°С; 3 - 250°С; 4 - 275°С; 5 - 300°С
лона; ДНтах х; АНтах ЭТ - полуширина линии' поглощения обра
и эталона.
При этом считается, что форма линии образца подчиняется урав
шло Лорентца.
Полученные результаты представлены на рис. 19-22. На рис.
изображены кинетические кривые, характеризующие интенсивность
разования свободных радикалов в исследованных маслах при уделыг
давлениях 1500 и 2600 кГ/см2 в зависимости от продолжитель:
сти работы узла трения в течение 40 час.
Как видно из этих данных, во время граничного трения в иссл~
дованных маслах происходит образование свободных радикалов, кс
рые становятся особенно резко выраженными при увеличении удель
го давления до 2600 кГ/см2 и времени трения от 30 до 40 час.
При этом процесс деструкции проявляется больше всего у масла АС
Масло МС-20 и вазелиновое масло почти одинаково устойчивы к д~
струкшш.
Форма дифференциальных кривых поглощения масел почти не изм
нялась на протяжении 40 час граничного трения и только в конце
опыта была замечена смазанная структура СТС для АС-8 и МС-20
Наблюдаемые линии имеют форму, мало отличающуюся от лорен
цовой. Значения полуширины в различных маслах указаны в табл.
66
Табли ца 8
ИИ Я полуширины линий спектра ЭПР
АН +0,5
при термической
деструкции
при граничном
трении
6,2
8,5
8,0
11.0
10,0
10,0
q -фактор
+0,001
2,003
2,004
2,054
ВИДНО из табл. 8, происходит уширение линии спектра ЭПР для
|МС»20 и вазелинового при термической деструкции, связанное
дипольного уширения, зависящего от молекулярной струк—
В* Л. Определенный интерес представляют результаты иссле—
Термического воздействия на испытанные масла, которые не
ПИ в граничном трении. Как видно из рис. 20-22, свобод-
КАлы в этих маслах образуются интенсивно при их нагревании
1Л* температур 250-300 С на протяжении 6-9 час. При этом
устойчивы к термическому воздействию вазелиновое масло
МС-20. Интересно также отметить, что в масле АС-8 тер-
двструкция с образованием свободных радикалов начинается
Температуре 100-150 С.
1И с полученными результатами можно полагать, что основным
4, вызывающим появление свободных радикалов в смазочных
При граничном трении, является температура, возникающая при
9 б a vet
""г
ffvec
i Кинетика образования свободных радикалов при термической
JMN масла АС-8
100 С; 2 - 150°С; 3 - 200°С; 4 - 250°С; 5 - 300°С
I, Кинетика образования свободных радикалов при термической
!Ю1И вазелинового масла
800°С; 2 - 250°С; 3 - 300°С
67

RO,
RH
этом процессе, а не механическое воздействие. Однако как видно! ИУЧве третьей реакции имеется несколько возможностей
табл. 8, при граничном трении происходит уширение полуширины кр
вой поглощения во всех случаях, что свидетельствует о влиянии м»
нического разрушения на структуру и свойства молекулярной цепи.
влияние приводит к дипольному уширению, вызванному электроннос||
выми взаимодействиями соседних радикалов, спин-решеточной рела«
ции и даже возможным анизотропным уширением.
Таким обьазом, методом ЭПР экспериментально подтверждены п^ЦкЮ Дал четкую формулировку принципов окисления углеводородов
положения о появлении свободных радикалов в смазочных маслах вЦШ*'011 отметил, что согласно порядку убывания реакционной спо-
цессе граничного трения.
BCHR
00'
-» R00H+R'
-» RCHO +R'0,
или R02+ R0'2 -► RO" + RO'+O^
Установлено, что в основном свободные радикалы возникают в
следованных маслах под влиянием температуры, которая развиваете!
во время граничного трения и приводит к термической деструкции
лекул масел. В процессе граничного трения имеет место также моя
ническая деструкция, которая выражена менее резко.
Окисление углеводородов. Общее описание реакций окно
ния органических соединений составлено в работе [193 ]., В начал
ных стадиях окисление можно представить следующим образом:
RH
+ Х -R+XH
{X — свободный радикал)
R+ О-
ПО,
- первая реакция,
X
- вторая реакция,
- третья реакция.
-го2
,<У ■* продукт
Для первой реакции возможно возникновение различных типов радик|
лов, потому что в молекуле не все атомы водорода равноценны
RH <-»- R'
^ R"
Вторая реакция также может происходить разными путями
О.
окисление
изомеризация
разложение
рекомбинация
Возможно наиболее быстрой является реакция R + 0~, соответству
щая схеме
низкие t°
R+0.
1
высокие
ненасьпценное
-•■соединение +
НО,
ITH связи 'С —'Н можно расположить таким образом: третичная ~?*
МЧная -?" первичная. Этот порядок возникает по двум причинам.
рвых, в результате уменьшения отрицательного заряда связей
И, во—вторых, вследствие увеличения прочности связи СгН
ВЖНСлении парафинов кислород почти всегда взаимодействует на
третичного углерода с водородом (связь присутствует). При от-
такой связи воздействие кислорода сосредотачивается на
КОМ водороде и частично на первичном.
Иовываясь на одновременном протекании процессов окисления сма-
'0 масла и окисления поверхности трения, Г.В.Виноградов пола-
ЧТО смазочные свойства нефтяных масел в основном обусловлены
М или образованием у них продуктов окисления, которые явля-
рлавным источником питания поверхностей трения кислородом,
немым гдля образования оксидных пленок на этой поверхности,
образом, смазочные масла можно в некотором отношении рас-
iTb как среды, поставляющие кислород к поверхности трения
Установлено [ 26 ],, что при граничном режиме трения в отсут-
Мслорода или кислородсодержащих соединений нефтяные масла
Вляют собой малоэффективные смазочные среды. Кислород, рас—
й в нефтяных маслах, и продукты их окисления предотвращают
• стали при граничном трении.
переходе от легких к более тяжелым режимам трения влияние
ИХ слоев, образованных поверхностно-активными органически-
динениями, уменьшается, а влияние окисных слоев возраста-
илением процессов окисления повышается статическое трение,
заедание происходит только при очень высоких контактных на-
нях.
Пород и продукты окисления нефтяных масел иногда действуют
V&o сероорганическим соединениям, применяемым в качестве
адирных присадок. Полагают, что богатые кислородом органи-
соединения должны при трении стали обладать сильным противо-
ilM действием.
»то указывает на важную роль углеводородной среды в процес-
«еского модифицирования поверхностей трения, в особенности
•лых режимах трения. Поскольку при таких режимах непрерыв—
ается ювенильная поверхность металла с огромным количест—
1ТКВНЫХ центров и трение сопровождается значительными тепло-
ектами, возникают благоприятные условия для протекания
■IX химических реакций на металлической поверхности, которые
к окислению этой поверхности и углеводородов смазочного
68
69
шммммн

как будет показано ниже, такое представление о роли смазок о
тывает только один частный вопрос смазочного действия, касающий
в основном предотвращения процессов заедания и снижения их интеш
сивности.
При нормальном трении роль смазки состоит не в максимально б||
стром транспорте кислорода к поверхности металла, а наоборот, к з|
держке его поступления в зону трения. Оптимальные режимы трени|
могут быть достигнуты только при строго определенной (небольшой)
концентрации кислорода в зоне трения.
Еще одной функцией смазки, имеющей в ряде случаев трения опр*
деляющее значение, является ее способность влиять на процессы
пластической деформации и разрушения поверхности металла. Эти во«
просы достаточно полно исследованы П.А.Ребиндером, Б.И.Костецким
и их сотрудниками.
Процессы пластической деформации тонких слоев металла под де
ствием смазок обусловливают диффузионную активность металла и,
ким образом, оказывают существенное влияние на его химическое
дифицирование. Эта исключительно важная функция смазки рассмот
отдельно.
Особенности действия присадок.при граничном тре
нии. Действие присадок к смазочным маслам непосредственно свя
зано с образованием продуктов их деструкции (действие присадок
рассмотрено в гл. VI здесь приведены некоторые особенности, ев*
занные с образованием свободных групп).
Многие присадки влияют на стабильность масел, предохраняя или
ускоряя их окисление в процессе трения. Действие серу-, фосфор-, п
логен— и азотсодержащих присадок к смазочным маслам связано с
присутствием кислорода воздуха и различных кислородсодержащих о
единений, образующихся в смазочном масле.
Что касается роли углеводородных радикалов, входящих в состав
триалкилфосфитов и триалкилтритиофосфитов, то, как выяснилось, о
при термическом разложении этих соединений образуют непредельны!
углеводороды, которые в химическом модифицировании поверхности
трения не участвуют.
Наличие углеводородных радикалов в молекулах таких присадок
обусловливает главным образом их растворимость в смазочных мае
В зависимости от строения эти радикалы оказывают существенное
яние на поверхностную активность указанных присадок и тем самым
на кинетику их адсорбции на поверхности трения.
Нами было исследовано влияние роданидов железа и меди на оки
пение методом инфракрасной спектроскопии [99 ]„, Исследования
проводились на двухлучевом инфракрасном спектрофотометре ИКС-14 в
ласти 600-5000. см , Сравнение спектров чистого масла МС-20
до и после трения показывает, что в спектре отработанного масла п
явилась полоса 1718 см-1, характеризующая наличие в системе п,
дуктов окисления, главным образом карбонильных групп (рис.23). II
сравнении спектров масла МС-20 с присадкой роданида железа, сня
тых до и после трения, видно, что в спектре отработанного масла и
тегральная интенсивность полосы 2 056 см-1, характеризующей нал
70
ZffOff Ш0 «Ш W
ВЭ. Инфракрасные спектры
МС-20
* исходное; 2 - отработан-
Рис. 24. Инфракрасные спектры
масла МС-20 с присадкой
роданида железа
1 - исходное; 2 -
отработанное .
25. Инфракрасные спектры
ла МС-20 с присадкой рода-
• меди
1 - исходное; 2 - отработан-
Zffffff Ш0 W0 е»Г'
Нов С1Ч5-,значительно, больше, чем в спектре неотработанного мас-
С. 24). Это указывает на то, что во время трения происходит
ивное диспергирование роданида железа. По-видимому, это
иятствует окислению масла, так как в спектре отработанного
появляются резко выраженные полосы поглощения в области
160 см , обусловленные появлением в масле окисленных групп,
М образом гидроксильных и карбоксильных. В спектре исход-
М*сла нет поглощения в этой области,
-внение спектров масла МС-20 с присадкой роданида меди,
X до и после процесса трения (рис. 25), показывает отсут-
71

ствие существенных различий между ними. Интегральная интенсив.
полосы 2056 Clvt характеризующая наличие ионов CNS- в спек
pax исходного и отработанного масла, имеет одну и ту же
величину. Степень окисления отработанного масла незначительна и по
такая же, как в исходном масле.
Изложенные показывает, что присадка роданида железа не пре<
дохраняет смазочное масло от окисления. Присадка же роданида
меди предохраняет смазочное масло от окисления.
5. ряяимопействие металла и рислорода в процессе трения
Влиянию пленок, являющихся результатом физико- химических
превращений поверхностных слоев металла, на процессы трения и
носа посвящено значительное количество работ. Однако фундамен
ные исследования механизмов окисления металлов, содержащиеся
монографиях Г.В.Акимова [I ],. В.И.Архарова [ 4 ],, П.Д.Данкова [ 4
О.И.Кубашевского и Б.Гопкинса [l2jj, К.Хауффе [210], Ю.Эванс
[224],. "Окисление металлов" [157 ].и др., относятся к условия
отсутствия нагружения.
Непосредственное применение для анализа трения представлений
кинетических соотношений, полученных в других условиях, часто ок
зывается неправомерным из-за различия причин, активирующих про
сы окисления. Была разработана единая дислокационная модель схв
тывания и окисления при трении металлов [90],. где главным ис
точником, активирующим эти процессы, выступает пластическая
деформация.
Особенности окисления ' металла в процессе тр"ения
Рассматривая процессы окисления, протекающие при нормальном т ~
нии и износе, нужно учитывать следующие особенности.-
Механизмы образования и роста пленки при нагружении трением
других видах активации принципиально различны. Первый этап - о
разованИе хемосорбированного монослоя атомарного (диссоциирован
ного) кислорода на поверхности металла, протекающий практически
мгновенно, - явление, по-видимому, общее для любых видов окисло
Это явление связано с тем, что хемособрция обусловлена значител
ной энергией связи металла и кислорода, и поэтому ее кинетика пр
тически не зависит от условий окисления (например, температуры и
параметров нагружения).
Рост пленки при окислении и трении обусловлен различными пр
чинами. Рост окисла обусловлен: электрическим потенциалом (раз
ной концентрацией зарядов особенно на границах раздела); градиен
концентрации, возникающим при изменении состава окисла по мере
ления от поверхности раздела металл-окисел и приближения к по
ности раздела окисел-газ [ 101,.
Термин окисление в широком смысле определяет воздействии
любого электроотрицательного элемента на металл.
72
Юование вторичных структур при трении обусловлено мгновен-
Начением неравновесной концентрации дефектов структуры, воз-
1Й при пластическом деформировании аморфизации поверхностных
Металла и в связи с работой подповерхностных источников дис-
•денные различные причины окислообразования обусловливают
Иооть реализации принципиально различных механизмов роста
it При отсутствии нагружения основным механизмом роста яв—
Восходящая самодиффузия, перемещение атомов или ионов ме-
4tp*3 продукт реакции и окисление на границе окисел - газ
Трении наиболее вероятными механизмами окисления являются:
Пенсионный механизм диффузии кислорода в металл с образова-
|рдых растворов и эвтектик окислов; при этом степень насы-
^ЦвШврхностных слоев кислородом может изменяться в широких
в зависимости от степени деформации и условий поступления
fo компонента среды (его концентрация в газовой среде или
поступления к твердой фазе через смазку [ 89, 107, 108,
рузионно-экструзионный механизм затягивания кислорода по
бкольжения [203].
пение скорости диффузии в 100 раз [243] /было пропоршю-
' Скорости деформирования, т.е. мгновенной концентрации вакан-
того, процессы зародышеобразования окисла (повышение
КОЙ способности металла в местах выхода дислокаций) при
Звании должны проявляться значительно сильнее.
>Модинамические условия и кинетические соотно-
(i Реакция может рассматриваться как протекающая, если ус-
протекания обеспечивают термодинамическую устойчивость
Кхся соединений. В связи с этим понятие "порога реакции"'
пьио и обычно связывается с температурой, при которой ско-
Зтекания реакции значительна. Так, при статическом окисле-
ным, приводимым Ж.Валанси, порог реакции Си равен
И Со - около 350°С [23]... При трении, когда происхо-
»ние активированного металла, порог реакции значительно
!о экспериментальным данным [80, 154]. вторичные струк-
нормальном трении образуются при температурах, не превы-
1 С. Активация окисления при трении может быть
объясним возрастанием плотности несовершенств в поверхностных
1Т*лла, что соответствует возрастанию энтропии (стабильность
кристалла отвечает минимуму изобарного потенциала, т.е.
П*н при выполнении условия АН -TAS < О, . где Н - эн-
- абсолютная температура, S - энтропия) ^. Этот факт
В*ет также гораздо большие отклонения вторичных структур
Вметрического состава по сравнению с пленками окислов.
1менительно к электростатической модели твердого тела
понятия соответствует множеству возможных позиций в решетке,
■IX дефектами.
73

Кинетические соотношения, полученные для условий неактивир
ного или высокотемпературного окисления [ 22, 23 ],< при описа
скорости образования вторичных структур трения неприменимы по
дующим причинам.
В первом случае контролирующими условиями являются скорое
перемещения атомов или ионов в металле или продукте реакции,
цессе окисления концентрация несовершенств пленки и металла п
но постоянна.
При трении кинетические зависимости образования вторичных о
тур являются функцией скорости возрастания плотности дефектов,
зависят от нагрузки и скорости скольжения. Контролирующими ус
ми при образовании вторичных структур является концентрация ак
ного компонента в газовой среде (при трении несмазанных повер
тей) или возможная скорость поступления активного компонента
рез смазку.
Строение пленки, образованной при обычном окислении, в перв
очередь связано с валентностью металла; металлы с переменной
лентностью часто образуют многофазную окалину, имеющую слоис
строение в соответствии с возможными степенями окисления [71]
При трении строение и состав вторичных структур связаны гл~
образом с внешними условиями (концентрацией активного компоне
в газовой среде, наличием слоя смазки, демпфирующего поступле
активного компонента к твердой фазе) и степенью деформирован
(аморфизации) поверхностного слоя. При граничном трении пленк
правило, однофазны для любых металлов [80, 154]., О строении
ричных структур можно судить по данным электронной микроскоп
поверхностей трения, рассматриваемым в главе V.
Степень насыщения вторичных структур кислородом также свя
с указанными выше факторами и может изменяться в широких пр
лах. При этом отклонение состава вторичных структур от стехио-
рического состава соответствующих окислов может быть значи-
ным (при обычном окислении стехиометрические отклонения не п
вышают 10% [157]).Первоначальное распределение кристаллов в
ричных структур должно соответствовать исходной структуре. При
гократном нагружении могут также образовываться аморфизован
зоны [ВО].
Механические свойства окислов и вторичных стру
тур. При обычных температурах окислы хорошо сопротивляются
ко сжатию. Вторичные структуры, образованные при трении, в нек
рых случаях могут достаточно долго сопротивляться многократном
циклическому нагружению в условиях гидростатического сжатия и
ствия тангенциальной нагрузки, что определяет в ряде случаев вы
кую износостойкость поверхностей [ 80, 106J., О различии механи
ких свойств (прочности) вторичных структур и статических окис
можно судить по характеру их разрушения в одних и тех же уело
нагружения трением (см. гл. V).1
Прочность вторичных структур также зависит от условий нагру
ния во время их формирования (см. гл. V).Как и для окислов, д
вторичных структур характерно преимущественно хрупкое разруш
74
«ко при разрушении (износе) вторичных структур достигается
отепень их дефектности и, соответственно, значительные вели-
ГЛОшения энергии. Как и при разрушении окислов, наиболее рас-
:н случай отслаивания вторичных структур по поверхности
Форма раздела макроскопически плоская и имеет неровности
микро- и субмикрорельефа.
ИЧИе механических свойств окислов и вторичных структур, в
сопротивление износу, ярко проявляется в изменении элек-
•ских потенциалов, соответствующих разрушению исходного
Ш вторичных структур при ступенчатом нагружении (см.гл. V).
рдые растворы кислорода и эвтектик окислов в
•, Для изучения твердых растворов кислорода чистое железо
отовлено следующим образом [ 219 ]ъ карбонильное железо
А-1 спекалось в атмосфере водорода при 550 С в течение
После чего производилось спекание в водороде при 550 С в
24 час и 2 час при 1000 С. Таким образом было получено
Железо, химический состав которого (в %): Сг - 0,01; N
"3;С - 0,001; эд - 0,01; § - 0,0015. Затем проводилась
Железа методом зонной плавки, которая осуществлялась в ат-
аргона в течение восьми циклов (четыре цикла - со скоростью
"И и четыре цикла - со скоростью 1 мм/мин).
вание образцов производилось в широком диапазоне темпера—
1200°С).
Осуществлен металлографический анализ, измерение микро-
Ш, определение химического состава с помощью микроанали-
0 электронным зондом, а также рентгеноструктурный и элект-
гческий анализ. Была исследована специфическая структура,
Юшая на границе металл-окалина, область существования ко-
ЫЛ диаграмме состояния железо - кислород не обозначена.
ШОСЛедуемой фазы зависит от температуры и времени окисле-
МПсротвердость — от температуры.
определении концентрации железа в исследуемой фазе методом
ого микрозонда было обнаружено несколько заниженное его
по отношению к зерну феррита (табл. 9 [219]).
ятрация Мп в области зерна феррита и исследуемой фазы оста-
менной (с учетом фона). Изучение распределения Ni пока-
в зерне феррита его содержится 0,1%, а в области иссле-
фдзы наблюдается значительное его скопление (до 10-15%).
"а рентгенограмм производилась в двух направлениях на об-
охисленных при различных температурах; послойная съемка вы-
"fc начиная от нешлифованного образца (непосредственно под
) с последующей шлифовкой и полировкой. Хотя окалина тща-
удалялась, на поверхности нешлифованных образцов всегда оста-
»которое количество окислов. Ввиду того, что на поверхности
го образца имеются различные кристаллические фазы, на
раммах происходит взаимное наложение линий всех имеющих-
Съемка рентгенограмм от нешлифованных образцов производи-
получения большого количества исследуемой фазы (раствора),
она находится непосредственно под окалиной на границе ме-
75

Концентрация элементов в исследуемой фазе
ТаблицИ
Исследование
по элементам
Fe
Мп
Область
исследования
Зерно
феррита
Прожилки
Зерно
феррита
Прожи|
Число импульсов
112 000 97 000 310 290
Таблица 9 (продол:^
Исследования
по элементам
Ni
-Л
Область
исследования
Зерно
феррита
Прожилки
Зерно
феррита
Прожил)
Число импульсов
370 Ю230_ 1530 H9Q
22 130 168(
талл - окалина. При расчете рентгенограмм, полученных от желел
Армко, окисленного при различных температурах, оказалось, что л
метры кристаллической решетки исследуемой фазы с изменением 1
пературы окисления не меняются и в пределах погрешности имеют
наковое значение.
Для определения влияния примесей на кинетику образования и
дуемой фазы было проведено рентгенографическое исследование об|
цов железа различной чистоты. Для этого брали образцы из желез
Армко (99,87%), чистого железа (99,97%) и чистого железа noot
зонной плавки. Результаты исследования показали следующее (табл
Исследуемая структура, возникающая при высокотемпературном
окислении железа на границе металл - окалина, представляет соб(
твердый раствор кислорода и никеля в железе. При увеличении и
центрации никеля твердый раствор приобретает более высокую устс
чивость. Концентрация Ni в твердом растворе достигает 10^.15%,
При малом содержании или полном его отсутствии твердые раствор
менее устойчивы и полностью исчезают при отпуске в вакууме при
температуре 400 С в течение получаса. Другие неизбежные прим \
железа (Мп, Р) не оказывают существенного влияния на процесс
образования твердых растворов.
Твердые растворы возникают во всем интервале температур исо »
дования
(600-1200 С) на границе металл - окалина. Они обладав
очень слабой травимостью, имеют резкие границы раздела и рас^
пространяются из области вюстита в глубь металла в виде светлых )
"усиков*.
76
I.
|ЫЙ раствор имеет тетрагональную объемноцентрированную
, Постоянные кристаллической решетки имеют значения а =
£0,02)А; с = (6,48 + 0,03)А; с/а= 0,67. Эти парамет-
16*м интервале температур исследования остаются постоянными.
ГМрдого раствора в вакууме при 400 С в течение получаса
It влияет на параметры кристаллической решетки.
|0оть исследуемой фазы с увеличением температуры окисления
•Т от 305 кГ/мм2 при 600°С до 934 кГ/мм2 при 1000°С.
1С изучаемой фазы при 400 С в вакууме в течение получаса
К значительному снижению твердости (до 245 кГ/мм2). При
ИМ повышении температуры отпуска твердость остается не—
«местное действие поверхностно-активных веществ (ПАВ)
кислорода в процессе трения и износа
Пение внутренней формы адсорбционного эффекта вызывается
|й ПАВ на внутренних поверхностях раздела - зародышевых
•шинах разрушения, возникающих в процессе деформации метал-
i Приводит к снижению работы образования новых поверхностей,
В1Ю развития микротрещин, возникновению хрупкого разруше-
•акой потере прочности [138].,
рмальных условиях трения и износа, а также при обработке ме-
Жэанием явления адсорбционного понижения прочности выраже-
D, Различия при обычных испытаниях на износ в инактивной
(вазелиновое масло) и той же смазке, активированной малы-
Таблица 10
ие значения межплоскостных расстояний электронограмм
Живность линий
Цдняя
|льная
•нь слабая
ЖДНЯЯ
•нь слабая
Щболее слабая
•дняя
»нь слабая
«бая
«бая
•дняя
«бая
•дняя
•нь слабая
R , мм
7,65
7,85
9,61
1Q.98
11,95
12,51
13,01
13,29
14,01
15,18
15,76
16,90
18,30
22.1Z
dhn]), мм
2,57
2,50
2,04
1,78
1,64
1,57
1,51
1,47
1,40
1,29
1,24
1,16
1,07
0,884
Индексы
113
321
011.
mm
224
413
024
«■
002
424
543
112
тш
_
77

ми добавками ПАВ, сравнительно невелики, хотя применение фил
ких методов исследования позволяет их обнаружить вполне явно,
связи с этим было выдвинуто представление об экранирующем до
вии окисных пленок, возникающих в присутствии кислорода возду
резко снижающих эффективность диспергирующего действия ПАВ
трении
Наличие ПАВ не изменяет роли кислорода воздуха в процесащ
ния и износа. Это объясняется прежде всего тем, что скорости
сорбционного взаимодействия кислорода воздуха с поверхностью
талла значительно превышает скорость адсорбции ПАВ.
Справедливость высказанного представления об экранирующем
ствии кислорода показана в работе [111}„, Были установлены а
тельно большие эффекты адсорбционного понижения прочности пол
нием ПАВ в процессах трения и износа в газовых средах, не со
жащих кислорода.
В связи с принципиальным теоретическим и практическим зна
нием этого вопроса было проведено систематическое исследовани
процессов трения и износа с поверхностно-активными и инактивн-
смазками в газовых средах, содержащих кислород (воздух) и но
держащих кислорода (аргон) [105].,
Опыты велись при трении скольжения образцов типа вкладышо
(15 х 15 мм ) по цилиндрическому валу диаметром 166 мм. М
риал образца - сталь 45 отожженная и вала - сталь 45 HR.C 4
скорость скольжения составляла 0,02 м/сек, давление изменялос
пределах от 22,2 до 133,3 кГ/см .
В качестве смазочной среды применялось чистое (неполярное)
зелиновое масло, а также вазелиновое масло с добавками 0,2% -
новой кислоты, 0,2% дибутилсебацината, 0,2% эпоксидной смолы Э
Первая серия опытов была проведена на воздухе, а вторая - i
метйчной камере с продувкой технически чистым аргоном при ил"
ном давлении 0,2 атм. Износ измерялся взвешиванием образцоп
точностью +.0,1 мг.
Результаты исследования представлены на рис.26. Линии изн
относящиеся к испытаниям в воздухе (даны сплошной кривой), л
различных смазок расположены в пределах, различающихся сотым
лями грамма. Износ в вазелиновом масле возрастает с увеличе
давления. Разность между величинами износа в среде чистого г
линового масла и в той же среде с добавками олеиновой кислоты
дибутилсебацината с увеличением давления возрастает. Исключен
составляет линия износа в вазелиновом масле с добавкой эпокси
смолы.
Результаты испытания на воздухе находятся в соответствии с
вестными данными о незначительном влиянии ПАВ на величину иа
са [111]., Это влияние несколько возрастает при увеличении да~
ния. Абсолютные величины износа в инактивных средах и смазк
содержащих ПАВ, изменяются при средних и малых давлениях в 2
раза, причем, как правило, износ в средах, содержащих ПАВ, мен
т.е. проявляется только эффект улучшения смазочного действия.
Четко выраженные различия в величинах износа, характере
модействия и разрушения поверхностей обнаружены при испыт
78
вв. Влияние газовой среды на
Стали в присутствии поверхност-
Щвных смазок в средах воздуха
аргона (б)
■ вазелиновое масло; 2 - ва-
~е масло + 0,2% олеиновой
; 3 - вазелиновое масло +
дибутилсебацината; 4 - вазели-
Масло + 0,2% эпоксидной смо-
V - 0,02 м/сек, S
X 15 мм)
',0
I
\ff,ffj
0,0/
0,00j
/1
П
//
'/
1
1
/
/
/
t
f
2Й$
/
'
//
— ■
— —.
J—
Л
£*~~
""^
/
J v
обр
0,00fZZj щ9 ffsf gffjf/rjxr/eMt
, Возможность восстановления на поверхности металла оксид-
полностью отсутствовала. Износ в инактивной среде (ва-
масло) до давлений порядка 80 кГ/см не превышает со-
"ших величин износа на воздухе (пунктирная кривая 1,
Дальнейшее увеличение давления приводит к разрушению за-
дорвичных пленок окислов, вызывает развитие явлений схва-
II разрушения поверхностей. Износ увеличивается до 0,1 г
М пути.
ными кривыми 2-4 на рис. 26 представлен износ стали в
■ом масле, содержащем ПАВ в аргоне. Возможность хемо-
КИслорода на поверхностях трения и образования защитных
структур окислов, хорошо экранирующих поверхности метал-
случаях отсутствовала. Кривые показывают, что в этих
износ во всем диапазоне давлений в сотни, тысячи раз пре-
Взнос в присутствии этих же смазывающих сред в воздухе,
образом, действительные эффекты адсорбционного пластифи-
и диспергирования обнаруживаются при отсутствии кислоро—
трения и характеризуются намного большими величинами,
совместном действии хемосорбции кислорода и адсорбции ПАВ.
Ребиндера наиболее ярко проявляется при отсутствии окислов
кности металла. Этот факт находится в очевидном противо-
представлениями отдельных авторов [187, 217] о том, что
иное понижение прочности металлов связано с наличием ок-
"внки и ее удалением при действии ПАВ. Ошибочность этих
ранее отмечалась в ряде работ П.А.Ребиндера с сотрудни-
38].
•кранирующего действия хемосорбционных оксидных пленок
Т более полно и строго изучать и использовать различные
эффекта Ребиндера, что особенно важно для решения многих
хих задач трения, смазки, износа, усталостной прочности, об-
металлов резанием и приработки сопряженных деталей машин.
79

7. Влияние деформируемого состояния поверхностных слоев
металла на смазочное действие
Исследованию влияния смазки на протекание процессов деформ
посвящено значительное количество работ [44, 95, 138, 216].
просы обратного влияния - влияния структурного состояния повер
ности твердой фазы на адсорбцию и свойства граничного слоя см
не исследованы. Однако влияние, обусловленное неравновесным ее
нием поверхностного слоя металла при трении, существенно. Изв<
ко [13] что стеариновая кислота не адсорбируется на отожжо
алюминии. Возникновение адсорбции стеариновой кислоты на
минии наблюдается при увеличении потенциальной энергии ее
шетки, что может быть достигнуто с помощью деформации [1,'|
Эта особенность отмечалась П.А.Ребиндером и другими авторами,
нако рассматриваемое явление гораздо шире, чем аномальные св~
ва алюминия. В случае металлов, проявляющих в отожженном сое
нии склонность к адсорбции на его поверхности определенных сое
Таблица
Влияние деформирования на адсорбционное взаимодействие
металла и среды
Пара трения
без смазки
Коэффициент трения
смазка
вазелиновое масло и 0,2%
активированная по~
ность в среде вазел
олеиновой кислоты! масла и 0,2% олеин-
кислоты
AI-AJ 0,70 0,34 0,06
Fe-Fe 0,68 0,65 0,15
нений (например, жирных кислот), протекание этой адсорбции и с
ства образующегося граничного слоя резко изменяются в процесс
деформирования поверхностных слоев. Наибольшие эффекты усилен
адсорбции наблюдаются при нормальном трении, когда достигаете
больший градиент поглощенной энергии по глубине.
В табл. 11 [38] 'Приведены данные измерения коэффициента
на микротрибометре. При однократном проходе индентора по нед
мированной (отожженной и электрополированной поверхности),' пок
той слоем поверхностно-активной смазки, коэффициенты трения
отличались от коэффициентов 'сухого* трения на тех же поверхн
В следующем эксперименте смазка наносилась на поверхность
тественным образом в процессе нормального трения. При прохол
индентора по этой поверхности коэффициенты трения были меньше
порядок, т.е. смазка выполняла свои функции. Существование уст
вого граничного слоя в этом случае можно связывать с неравно-
состоянием поверхности металла и ориентированным состоянием
туры поверхностных слоев в процессе нормального трения (текс
рования). Модель состояния поверхности при нормальном трении
ведена выше (рис.9,10,12).
Л а в а 4
ОРИЧНЫЕ СТРУКТУРЫ
„^ращения поверхностных слоев металла при нормальном
~ции и образование вторичных структур
"О-химические превращения поверхностных слоев металла при
вязаны с наличием активных компонентов среды. Наиболее
■а этих компонентов является кислород воздуха.
Иным [75 ] .окисление металлов при трении изучалось с 1911 г.
КСтематические исследования этого вопроса не производились,
введения о влиянии кислорода на трение и износ были получе-
!Инсоном в 1929 г., Е.Н.Розенбергом в 1931 г., М.Финком
Г.
рассматривал окисление как результат развития высоких
при отрыве частиц металла от основной массы, т.е. как
льный результат уже завершившегося процесса разрушения
ТИ' [232].,
бенщиков рассматривал разрушение поверхностного слоя ме-
полировании как результат одновременного действия химиче-
ханических факторов [44].*
Изучал влияние окружающей среды на износ стали. Анализируя
износа, он пришел к заключению, что снижение интенсивнос-
связано с образованиемРеоОо[230 ]., Зависимость свойств
пленок от условий их образования изучалась П.Хирстом и
тером, связывавшими свойства пленок с их кристаллическим
М [240]., Д.Уайтхэд произвел электронномикроскопические
ия окисных пленок [256]., Чувствительность окисных пленок
ватости поверхности отмечалась Р.Джексоном и А.Квореллом
'естновым методом радиоактивных' изотопов исследовалось про-
е некоторых компонентов среды в поверхностный слой метал-
, 215]., Установлено, что в процессах полирования и довод-
ходит интенсивное насыщение поверхностного слоя серой, со-
йся в смазке. Ф.П.Боуден и Д.Тейбор отмечали положитель—
Ь в процессах трения и износа пленок,хорошо связанных с
"М металлом и обладающих высокой твердостью [18, 19].,
"цына отмечает, что на поверхности металла вследствие хими—
В физической адсорбции всегда имеются пленки окислов и ор-
"их соединений [126 ]., Большая часть адсорбированных пле-
ет. молекулярную природу. Это обусловливает то, что при тре-
5У ними возникают более слабые взаимодействия, чем между
ьными поверхностями металлов, что способствует антифрикци—
81

Влияние молекулярного кислорода и продуктов окисления углей
родов на процессы трения и износа при наличии граничного слоя cij
ки исследовалось Г.В.Виноградовым [29]. Б.И.Костецким [80 ] и |
сотрудниками проведено систематическое исследование процессов(
ления при трении и износе деталей машин и разработана теория oxl
лительного износа. Этот вид износа изучался при трении несмазан|
поверхностей и граничном трении при скольжении и качении в лаб
торных условиях на образцах и в условиях работы машин.
HeKOTOj^ie общие характеристики продуктов взаимодействия мен
ла с окислителями (вторичных структур) приведены в табл.12. I
рис. 27 приведены фотографии поверхностей деталей, работавших
нормальном износе (рис.27, а) и схватывании (рис. 27, б). При^
дены электронные микрофотографии поверхностей трения: при норн
ном износе без смазки (рис. 28), после катодного травления (ри
и при нормальном износе со смазкой (рис.30).
'"I fill ш, .-.,. tL„.
Ipte:^
Рис. 27. Фотография деталей, работавших при нормальном износи]
(а) и схватывании (б)
82
нности окисления металла при трении и некоторые свойст-
ующихся структур рассмотрены в главе III
тельный интерес представляет совместное взаимодействие с
М кислорода воздуха и различных кислородсодержащих соедине-
азукшшхся в процессе трения.
тно, что в присутствии серо-, хлор- и фосфорорганических со-
кислород вызывает снижение коэффициента трения и крити-
нагрузки схватывания, заедания. Процессы образования поверх-
окислов железа и других соединений железа типа сульфидов,
В и фосфидов на поверхности трения протекают одновременно и
имости от скорости соответствующих реакций доминирует тот
й процесс.
нсивное схватывание поверхностей трения происходит в присут-
Масла с фосфорорганическими присадками при недостатке кис-
Однако некоторые активные присадки типа трихлоралкилфосфи-
ококоэффективны почти при полном отсутствии кислорода.
83

Рис. 30. Микрофотографии поверхностей при нормальном износ
со смазкой (х 20 000)
Систематические исследования совместного действия кислорода
других элементов, входящих в состав присадок, отсутствуют; слож
ность проблемы указывалась различными авторами. Приведем некот
рые принципиальные положения и примеры исследования механизмов
совместного действия различных окислителей.
Большое значение имеет возможность растворения и энергия ак
вации диффузии соответствующих элементов в металл. Эти парамет
играют существенную роль при взаимодействии со средой деформир;
мых металлов. Так, например, взаимодействие железа с серой во к
гих случаях более благоприятно, чем с кислородом [142],, так как
энергия активации диффузии серы в у -железо Q «• 26,7 ккал/м'
а энергия активации окисления железа при температурах 500-110
Q°P "* 33 ккал/моль. Теплота образования сульфидов из элемен-
составляет qFeS = 22,8-23 ккал/моль; qFeS„ = 38 ккал/моль:
для окислов qFeO = 64 ккал/моль, qFeoCb (окисел, образующийся
при комнатной температуре) = 195 ккал/моль; qFeoO/= 266,5 ккал/:
Растворимость кислорода в недеформированном железе исследо
лась неоднократно [157}.. Результаты имели значительное
расхождение, однако данные последних работ [ 248 ]. показывают, что р
творимость кислорода в железе зависит от степени чистоты и стр
туры металла и падает до ничтожных значений (0,0006% по массе
по мере того, как удается получить более чистый металл с
возрастающей степенью совершенства кристаллической решетки. Уже п
84
рактеристики вторичных структур
Таблица 12
■рактерис-
|ки
Примерные значения параметров при трении
несмазанных
поверхностей
*
граничном
"на плен-
Мкм
0,01f0,2
0,01f0,03
нь насы-
кислоро—
для Fe, %
10 - 30
Соединения Твердые растворы и
■шние при- окислы, цвет окислов
металла, наличие
трещин, класс чистоты
9-10
1 f 10
Твердые растворы и
эвтектики, стекловидные и
матовые, наличие субмикротре-
щин и волнистости, класс
чистоты - 10-14
ть раз-
Ийя при
И на
м пути,
10
0,001
твер-
ДЛЯ
45
800 i 900
1000 Л 1200
ьшом содержании примесей и несовершенств структуры наблюда-
межкристаллитная диффузия кислорода. Как показано в работе
],i железо, содержащее примеси (например, Ni), • может иметь в
составе значительное количество кислорода (в том числе и в
•втектик окислов этих примесей).
имодействие никеля при наличии кислорода и серы протекает
авнению
3Ni+ :S0o-Ni'S+:2Ni0,
Подтверждается результатами, полученными в [65]», Здесь на попе-
М срезе окалины были рентгенографически обнаружены NiO и
Химический анализ окалины показал, что в ней независимо от
ратуры содержится 12,3% S и 75,4% Ni.'
"чительный интерес для объяснения состава вторичных структур
Я представляют данные о взаимодействии железа с другими газа-
Как следует из результатов исследования взаимодействия железа
85

с углекислотой, при температурах до 570 С основными реакциями
дут следующие:
3Fe+: 4С02 - Fe304 + 4C0,
3Fe+ 2C02- Fe304+2C,
а при температурах выше 700 С - преобладает реакция
Fe + С02 - FeO + СО.
Взаимодействие поверхности металла с элементами, входящими
различные соединения, зависит от возможности разложения этих о
единений. Была установлена взаимосвязь между эффективностью но
ральных органических фосфатов, используемых в качестве присадок,
их способностью претерпевать на поверхности металла гидролитич
кое разложение с образованием кислых фосфатов [121. Исследова
смазочного действия трикреэилфосфата (ТКФ) при трении стали по
стали показало, что на поверхности образуется пленка, состоящая
из смеси FePCL и FePCh* 2H?0 £42] По внешнему виду еле
на металле соответствует полированной поверхности. Однако даже
незначительном увеличении наблюдаются мелкие царапины. В то же
время при большом увеличении на трущейся поверхности наблюдав"
белое кристаллическое вещество, определяемое при помощи электро
графического анализа как смесь фосфата железа FePO* и его ди
гидрата FePO.. ^HLO.; Кроме того, обнаруживается также « -же_
Было высказано предположение, что если фосфиды железа и входят
состав поверхностных пленок, то в незначительных количествах. П
полагается также, что продукты реакции на трущихся поверхностях
окисляются или обезвоживаются в зависимости от того, происходит
трение на воздухе или в вакууме [42]„,
В некоторых случаях кинетика совместного взаимодействия ра~
личных элементов с металлом зависит от структурных особенностей
образующейся фазы и, в частности, от степени дефектности ее стр-
туры. Известно, что пленки, содержащие соединения типа пирротин
Fe-So и тролантов FeS, ' обладают дефектной кристаллической
шеткой, имея очень высокую концентрацию вакансий. Растворение с
в FeS еще больше повышает концентрацию вакансий в этом тверд
растворе вычитания [142, 143].. Вследствие переменной концентр
серы по толщине пленки наблюдается градиент концентрации
кансий. Причем у поверхности концентрация вакансий достигает м
мального значения. Градиент концентрации вакансий вызывает встр
ный ток атомов железа, приводящий к росту пленки сульфидов [142
В этих условиях резко возрастает роль окислительных процессов н
верхности. Решетка пирротинов с большой концентрацией вакансий
водит к снижению энергии активации диффузии кислорода. В резуль
увеличения коэффициента диффузии кислорода происходит повышение
86
ции в поверхностной пленке, приводящее к изменению фазово-
поверхности трения, к увеличению содержания окислов,
создают благоприятные условия для диффузии кислорода и
■ фазового состава трущейся поверхности благодаря резкому
концентрации окислов.
им некоторые результаты исследования взаимодействия ме-
рвзличных компонентов жидкой и газовой сред в процессе
о трения и износа.
*
..дство кислорода к металлам
содействие кислорода с металлами зависит от сродства кисло—
Металлам. О степени сродства можно судить по теплоте обра-
окислов, отнесенной к 1 молю кислорода.,
■ным Г.П.Куглина [80], все металлы можно разделить на
Мтегории.
ГОродные металлы. Окислы этих металлов диссоциируют
Гвании. Благородные металлы характеризуются очень малым
~М к кислороду, и некоторые из их окислов, напри-
вОо, ' обладают нулевой или иногда даже отрицательной тепло—
кования. Следовательно, их окислы легко диссоциируют на ме-
кислород. Например, окись серебра AgoO выше 200 С легко
Тся, и его упругость диссоциации при этой температуре до-
88066,5 н/м2 (1 атм). К этой категории относится много
и высших окислов, которые разлагаются до низших (на—
окислы свинца, марганца и меди). Из окислов меди при высокой
уре стабильна только закись,меди 'СиоО, ' и упругость диссо—
ЮЮ достигает 0,1 Мн/м2 (1 ат) при 1200°С.
• л л ы со слабым сродством к кислороду. Эта труп—
•ет наиболее часто встречающиеся как основу сплавов ме-
Си, Ni, Co, Fe и др. Их окислы более стабильны, чем окис-
WB предыдущей группы, но легко восстановимы. Что касается
КХя высших окислов, то здесь встречается особый случай:
FegOg должен был относиться к первой группе, так как раз-
I до FegO^.' Упругость его диссоциации достигает порядка
/и2 (0,2 атм) при— 1350°С.
• Л л ы с большим сродством к кислороду. К этой
относятся металлы: молибден и вольфрам, щелочные метал—
Й и калий и металлы, образующие окислы средней восстанови-
Ткхие, как окислы хрома, марганца и др.
Аллы с очень большим сродством к кислороду.
Тория включает металлы с очень большой теплотой окисления,
кремний, алюминий, титан. Окислы их стабильны и плохо
Миваются.
тво кислорода к металлу является важным критерием, опре-
М характер взаимодействия металла с различными элемента-
тчными группами молекул, входящих в смазочную среду. Из-
Хэобарного потенциала окислов металла AF,■характериэую-
87

шее средство кислорода к металлу, может быть больше или меш
чем для соответствующего соединения металла с различными эли
тами или конечными группами молекул. Это соотношение, по-виц
оказывает существенное влияние на интенсивность действия разл
присадок в смазочных маслах в присутствии кислорода.
Для различных металлов окисление может ускорять или замен
интенсивность взаимодействия с окружающей средой по сравнсч
неокисленной поверхностью. Представляет интерес экспериментал
определение этой характеристики для соединений, фиксированных
поверхности металлов. Это производилось (для металлов, примем
в качестве основы сплава или легирующих примесей в конструкц
ных материалах) путем создания кратковременных искровых pa.i
спектр которых фотографировался спектрографом ИСП-28 [150].
зультаты приведены в табл. 13.
Если изменение изобраного потенциала, характеризующего сродс
кислорода к металлу, меньше энергии испарения 1 г-атома мате;
интенсивность спектральных линий при разряде на окисленной ,
верхности больше, чем при разряде на неокисленной (например,
пезо). Если при этих условиях изменение изобарного потенциале
ше энергии испарения 1 г-атома металла, то максимальная интен
ность линий будет в случае неокисленной поверхности (например,
миний).
3. Влияние концентрации кислорода в газовой среде
на свойства вторичных структур
Влияние концентрации кислорода в газовой среде на механичо
свойства пленок вторичных структур впервые исследовано Г.Н.Мя
ным, Л.В.Никитиным и И.Г.Носовским [107, 108 J..
Изменение концентрации кислорода в газовой среде осуществл
путем разрежения воздуха в рабочей камере вакуумной машины
760 до 10~5 мм рт.ст.
В работе [154] . приведены закономерности изменения износа
эффициента трения в зависимости от концентрации кислорода в а
трения. Наибольшая интенсивность окислительного износа наблю
ся при давлении воздуха 760 мм рт. ст., когда процессы окисли
протекают очень интенсивно, образуя на поверхности трения отн
тельно толстые слои высших окислов железа, имеющих низкие м
ческие свойства. В процессе трения слои такого типа разрушаю"
сравнительно легко. Интенсивность окислительного износа сни
при уменьшении количества кислорода в зоне трения. Минималь
приведенный износ при удельном давлении 10 кГ/см^' соответсг
давлению воздуха в зоне трения, равному 10 мм рт.ст. При так
давлении образуются очень тонкие пленки твердых растворов, хо
связанные с основным металлом и обладающие повышенными м»
ческими свойствами.
Изменение коэффициента трения обусловлено режимом трения к
носа, зависящим от уменьшения количества кислорода в зоне тр»»
88

При малых степенях разрежения снижение коэффициента трения про
дат в результате изменения состава и свойств окисных пленок, а
больших - вследствие развития процессов схватывания. Приведенны
данные показывают, что роль смазки как регулятора скорости прс
ления кислорода в зону трения является одной из важнейших. Сма:
ное действие зависит от растворимости кислорода в смазке и ее о"
ляе мости, что оказывает существенное влияние на состав и свойст
вторичных структур.
4. изменение состава примесей при образовании
вторичных структур
В работе [ 89 ] .обобщаются результаты изучения состава поверх
стей трения подшипников качения методом эмиссионного спектраль"
го анализа.
Спектральное исследование тончайших слоев рабочей поверхнос
было проведено на спектрографе ИСП-51 с применением единичной
импульсного разряда емкости 800 мкф, производящего минимально
разрушение образца. Материал пробы поступал в плазму разряда о
поверхностного слоя толщиной порядка десятых долей микрона.
Спектральное определение кислорода обычно связано с примене
источников света, разряд которых нарушает поверхностный слой на
значительную глубину [150]., Поэтому степень окисления рабочей
верхности подшипника определялась по увеличению интенсивности(и
чернения)спектральных линий железа. Это изменение наблюдалось
поверхности эталонного образца, окисленного путем garpeea до те
пературы 550 С. Линия железа Fel 4315,087 А наиболее чу
вительна к этим изменениям,и находится в области нормальных по
чернений. Максимальное почернение этой линии при фиксировании с
тра поверхности, окисленной путем нагрева до температуры 550
была принята нами соответствующей 10 условным единицам. При
сировании спектра исходной неокисленной поверхности эта линия
чезает. Фон в этой области спектра был принят соответствующим
единице.
Степень окисления рабочих поверхностей подшипников качения п
данным спектрального анализа приведена ниже.
Исходная поверхность 1 (фон)
Поверхность работавшего ролика. . . 1,82
Образец, работавший в кислороде 2,88
Образец, работавший на воздухе .... 2,04
Образец после окисления с нагревом на воздухе. . . . 10,0
Спектральные исследования поверхности образцов из стали 45 в
атмосфере воздуха и аргона позволили выявить следующее -Ц
Использовался кварцевый спектрограф ИСП-28 и генератор
кочастотной искры [49, 123}.,
90
процессе трения в атмосфере аргона температура не оказывает
Иного влияния на химический состав поверхности. При этом
углерода и легирующих примесей у поверхности трения и
тных слоях до 200 мкм мало изменяется от исходного,
ьшие изменения химического состава поверхности трения на-
■ при доступе воздуха и температурах 100-500 С. По срав-
Оодержанием в исходной поверхности средние величины кон-
элементов уменьшаются: углерода на 29%, хрома на 41,
31, марганца на 51 и кремния на 23%. Уменьшение кон—
втих элементов объясняется усилением их диффузии к поверх-
ния, где происходит их окисление и удаление с поверхности
се трения) в виде соответствующих окислов,
ение концентрации углерода и легирующих примесей происхо—
В поверхностном слое толщиной до 60 мкм. Концентрация
нтов в более глубоких слоях приближается к исходной. Гра-
центрации этих элементов при их диффузии мало зависит от
ры и является довольно устойчивым.
свидетельствующие об интенсивном увеличении концентра—
Поверхностных слоях при некоторых условиях трения, полу-
"тодом эмиссионного спектрального анализа, приведены на
с,-/.
81» Изменение концентрации уг-
в зависимости от расстояния
рхности образца
- масло МС-20 без присадки;
Масло МС-20 с присадкой рода-
Железа
ff.ffj
\
\/
о -А.Д
J fff /J А,шм
гледования изменения химического состава поверхностей тре—
разработаны специальные методики, позволяющие производить
ли анализ без предварительного обыскривания при минималь—
пении поверхности электрическим разрядом [49, 99, 123].,
'14 приведены результаты исследования изменений химическо-
поверхностей трения различных материалов, испытанных в
аленной сталью У8А на машине трения КЕ-4М ( v =
•к; Р -50 кГ/см2). Как видно из таблицы, заметные изме-
ческого состава (увеличение концентрации Сг) трущейся
ТИ по сравнению с исходной наблюдаются у хромоникелемар-
И жаропрочной стали, а также у сплава. Кроме того, у спла-
ется уменьшение содержания Ni. ■ Присутствие роданида ме—
91

Таблиц
Таблица изменения химического состава поверхностей
трения сталей и сплавов при испытании 5% присадки
роданида меди к маслу МС-20
Наименование
материала
Сталь хромони-
келе
марганцевая
Сталь
малоуглеродистая
Сталь хромомо—
либденовая
Сталь
конструкционная
Сталь
конструкционная
Время

испытания,
сек
12
9
42
12
60

Легирующая
примесь
Мп
Si
Cr
Ni
Mn
Си
Cr
Ni
С
Mn
Si
Cr
Ni
Mo
AJ
Си
Mn
Si
Cr
Ni
Mo
V
Си
Mn
Si
Cr
Ni
V
Си
Mg

Исходное

держание
4,42
0,83
20,39
2,40
0,58
0,40
0,23
0,44
0,095
0,38
0,54
1,49
0,37
0,28
1,05
0,44
1,00
0,13
1,26
0,70
0,08
0,11
0,58
2,00
0,10
0,20
0,72
0,14
0,14
0,14
В присут.
ствии
масла
МС-20
4,60
0,91
23,00
2,37
0,50
0,37
0,25
0,42
0,14
0,40
0,51
1,56
0,40
0,30
1Д7
0,44
1,00
0,11
1,30
0,61
0,11
0,12-
0,59
2,3
0,10
0,26
0,67
0,15
0,1-3
0,18
В п
ств«
мае
МС.
прио
род|
мед
4,
о,
24,
2,
92
Табл. 14 (окончание)
Ювание
|ла
Время

испытания,
сек

Легирующая
примесь
-

Исходное

держание
В
присутствии
масла
МС-20
В
присутствии
масла
МС-20 с
присадкой
меди
|ропроч-
Монике-
•я
Монике-
я
>мко
60
18
18
60
6
1
Мп
Si
Cr
W
'AJ
Ti
Nb
Mn
Si
Cr
Ni
Cu
Nb
Mn
Si
Cr
Ni
W
AI
Ti
В
Mn
Si
С
С
0,24
0,34
25,40
1,70
0,64
1,07
0,78
0,89
0,89
20,35
8,67
0,36
0,98
0,85
1,05
17,60
25,98
4,63
0,71
3,89
0,029
0,60
0,20
0,44
0,04
0,24
0,34
27,20
1,70
0,43
1,00
0,78
0,70
0,90
20,60
8,61
0,32
1,00
0,90
1,00
23,00
21,20
4,47
1,37
3,97
0,03
0,60
0,20
0,50
0,24
0,34
30,10
1,70
0,59
1,00
0,78
0,70
0,90
21,70
8,60
0,40
1,00
0,87
1,00
19,70
20,00
4,55
1,60
3,90
0,03
0,57
0,20
0,53
Значительные
повреждения на
поверхности образца, не
анализировался
МС-20 не оказывает существенного влияния на ре-
Вение относительного содержания Fe в отработанном мас-
в состав которого были добавлены различные вещества,
дено на сдектрографе ИСП-28. Определения производились
-е2953,9А и фону при дуговом возбуждении спектра. Ре-
Нриведены ниже в виде отношения концентрации Fe в масле
93

с присадкой к концентрации Fe в чистом масле МС-20, принятой
единицу.
Чистое масло МС-20 1,0
Роданид меди 0,4
Дитизонат кобальта 0,9
Дитизонат марганца 0,7
Ортооксихинолят железа 1,3
При наличии в масле МС-20 присадки роданида меди содержа
железа снижается в 2,5 раза. Это объясняется высокой прочность
вторичных структур, образующихся на поверхностях трения в прису
ствии роданида меди.
5. Механизмы образования вторичных структур
при взаимодействии металлов с жирными кислотами.
их солями и роданидами металлов
Химическое взаимодействие жирных кислот с поверхностью мет
ла рассмотрено в главе III. Следует учесть, что при отсутствии на
гружения и при невысоких температурах поверхностные химические
единения жирных кислот с металлом не имеют точного стехиометр
ского состава. Атомы металла, участвующие в образовании таких
единений, одновременно связаны с жирной кислотой и с кристаллич
кой решеткой металла. Такие адсорбционные слои обладают высо
прочностью, что определяет существенное уменьшение износа. П
более высоких температурах указанное хемосорбционное взаимодо
вие приводит к образованию на поверхности трения обычных солей
ных кислот (мыл) более строгого стехиометрического состава, с
связанных с кристаллической решеткой металла. Молекулы таких с
вследствие хорошей растворимости в смазочных маслах легко десо
руются с поверхности и переходят в объемную фазу мыла, образуя
нильные участки трения. Такой механизм подтверждается результа
исследований [18,19].
Механизм взаимодействия олеатов металлов, например олеа
меди [СН3-(СН2)7 - СН=СН-(СН2)7 ~ С^° ]2Си, с поверхнос
трения, довольно сложен и характеризуется различной
интенсивностью образования вторичных структур. В процессе трения, в
бенности в начальный момент, молекулы олеата меди адсорбируюто
на поверхности металла за счет замены связи с атомом Си связь
с атомом Fe, находящимся в кристаллической решетке.
Молекулы олеата меди обращены углеводородными радикалами
смазочному маслу. Гакое расположение радикалов способствует ва
модействию с молекулами масла и образованию сольватных слоев
поверхности металла. Сольватные слои масла экранируют поверхн
Освободившаяся медь покрывает поверхность трения на локальных
стках и1 окисляется. В процессе трения происходит частичное удал
94
Ной пленки с поверхности металла с образованием ювенильных уча-
•
а активных центрах поверхности начинают адсорбироваться не-
вльные группы молекул олеата меди.Происходит разрыв двойных свя-
И молекулы присоединяются к металлу образующимися свободными ва-
остями. Этот процесс сопровождается образованием вторичных
тур, интенсивность изменения которых в значительной степени
ит от процентного содержания присадки.
еханизм действия олеатов никеля и свинца аналогичен описанному
Различие заключается в характере взаимодействия свободных
И и РЬ с поверхностью Fe Олеаты магния, железа, кадмия,
анца, бария, цинка отличаются от остальных испытанных олеатов
что при трении в их молекулах не происходит вытеснение соот-
вующего металла атомами железа поверхностного слоя.
новной механизм их взаимодействия с кристаллической решеткой
За заключается в разрыве двойных связей молекул и присоедине-
их образующимися свободными валентностями к металлу. Значи-
ый износ, наблюдаемый при применении олеата бария, по-видимо-
Обусловлен его диспергирующим действием на модифицированную
ность трения. Для исследованной группы олеатов характерно их
ление при высоких скоростях деструкции молекул в поверхност—
Слой металла. При таких режимах происходит интенсивное образо-
ювенильных участков, что приводит к термическому схватыва-
пытанче стеарата никеля, олова, свинца и марганца, отличаюших-
утствием в их молекуле двойной связи, показало, что это
окает существенное влияние на механизм их взаимодействия с по-
остью трения. Механизм взаимодействия стеарата никеля
2' 16 ^о ^2^i с металлом заключается в вытеснении ато-
никеля атомами железа. Наличие на поверхности связанных с
аллической решеткой радикалов стеариновой кислоты благоприят-
~т сольватации этой поверхности маслом образованию граничного
Свободный никель остается на поверхности металла. Однако
процесс конкурирует с окислением, что приводит при средних
"тях к повышению износа (для определенных концентраций) по
ению с износом образцов, испытанных с чистым маслом МС-20.
и больших скоростях в присутствии стеарата никеля происходит
интенсивное образование вторичных структур, чем в чистом
МС-20, что характеризует способность стеарата никеля рабо-
*при более высоких скоростях.
"ханизм действия стеарата олова и свинца аналогичен описанно-
собенность этого механизма состоит в характере взаимодейст-
"лекул стеаратов с железом кристаллической решетки,
случае применения присадки стеарата марганца происходит вытес-
марганца железом, что приводит к значительному износу. Эти
рительные эксперименты привели нас к выводу, что образование
Верхности трения сольватных слоев является существенным фак-
, позволяющим увеличивать противозадирные свойства сма-
95

зочных масел и уменьшать износ. Это позволяет регулировать ск<>«
рость износа, особенно в период приработки. Интенсивная адсорбции
молекул в начальный период работы пары трения способствует проникш
нию их в микрошели, что ускоряет процесс приработки.
В качестве наиболее эффективной присадки может быть
использован роданид железа FeCCNSK.' При добавлении этого соединения к
маслу МС-20 было установлено [103],. что увеличиваются
предельные величины нагрузки и скорости скольжения, при которых происх<«
дит схватывание и значительно уменьшается износ.
Испытания роданида железа (в концентрациях порядка 0,5%) при
трении стальных поверхностей, а также материалов на никелевой ос
ве показали значительное повышение чистоты поверхностей трении,
Особенность действия роданида железа, применяемого в качестве и|
садки, заключается в том, что он образует в смазочных маслах сто
кие коллоидные растворы с одновременным образованием на
поверхности металла стойких адсорбционных слоев, обладающих низким и
пряжением сдвига.
6. Образование вторичных структур путем переноса металла
Перенос металла по механизму действия может быть отнесен к
схватыванию. В отдельных случаях при строго определенных
условиях трения [36, 139], при избирательном переносе схватывание
локализовано в достаточно тонких слоях и образующиеся вторичные
структуры обусловливают незначительный износ. В других случаях i
ренос металла связан с недопустимыми процессами повреждаемости
поверхностей трения.
Большой интерес представляет процесс переноса металла с пове
ности трения на противоположную поверхность в присутствии грани
смазочных слоев. Здесь возможны два крайних случая: когда и
несенный металл способствует схватыванию и когда он препятствуя
схватыванию.
Перенос металла в зазоре узла трения оказывает влияние на ми
ротвердость, микрогеометрию поверхности трения, взаимодействие о
окружающей средой, разрушение первичного адсорбционного слоя, о|
ентацию квазитвердого слоя смазки, дисперсность и состав продук
износа. Д.Н.Гаркунов и И.В.Крагельский обнаружили эффект избири
ного переноса металла между трущимися поверхностями, который ■
яет на развитие процессов износа [36]». Так, например, условия
избирательного переноса оказывают сильное влияние на самосмазы
мость в узлах трения с тройным сочетанием материалов (пара: ст
сталь, латунная вставка; смазка машинным маслом и глицерином)
Применение латунной вставки значительно улучшает антифрикцион
свойства пары сталь — сталь.
Взаимный перенос металла между трущимися поверхностями со
вождается изменением концентрации легирующих примесей в повер
ностном слое. Эти процессы исследовались нами методами металл
графии и эмиссионного спектрального анализа[81, 104, 109, 179
На поверхностях трения образцов из сплавов на медной основе было
96
ружено появление локальных участков, имеющих характерный цвет
ой меди. Особенно ярко это явление проявилось на образцах из
ва куниаль, работавшего в паре с валом из стали ШХ15 в сре-
зла МК-22. Испытание проводилось в диапазоне скоростей
ьжения от 0,24 до 8 м/сек и удельных давлений от 10 до
кГ/см [179 }°< Площадь участков чистой меди на поверхности
я увеличивалась с увеличением скорости скольжения при удель-
давлении 20 и 60 кГ/см^. Эти изменения происходили в
тонем поверхностном слое, не превышавшем 1—3 мкм.
езультаты наших исследований переноса методом спектрального
иза приведены в [109].. Перенос железа на поверхность трения
цов из бронзы Бр АЖМЦ 10-3-1,5, работавшей в паре со 0
ью ШХ15^ определялся по аналитическим линиям Fe2599,39A -
2492,14 А. Источником света служил генератор высокочастот-
Хонденсированной искры с игольчатым электродом [20,49]., Об—
испытывались при удельном давлении 20 кГ/см^ в интервале
тей от 0,5 до 5 м/сек.
центное содержание пересчитывалось по отношению к исходному
ражалось коэффициентом переноса железа Кре«='С /С,где С' —
нтрация железа на поверхности трения, %, 'С- исходная кон-.
ация железа в новом неработавшем бронзовом образце, %.
результате локального спектрального анализа поверхностей тре—
'разнов по точкам, расположенным по диаметру вдоль направле-
ащения вала, установлено, что интенсивность переноса железа с
хности вала на образец значительно выше, чем в точках, распо-
"ных в перпендикулярном направлении на некотором расстоянии от
(рис. 32).
32. Перенос железа на
ость бронзы при трении
9 1г,м/ш
трении без смазки интенсивность переноса железа в интервале
тей от 0,24 до 0,75 м/сек непрерывно возрастала, а затем
личением скорости до 4,5 м/сек) - снижалась (кривые 1,2).
трении в условиях смазки интенсивность переноса железа сни-
Ь с увеличением скорости скольжения (кривая 3) по диаметру
в периферийных точках, расположенных в перпендикулярном на-
нии, зависимость имела максимум, соответствующий скорости
ек (кривая 4).
увеличением скорости, а следовательно и температуры, интенси-
ется взаимная диффузия атомов металлов, происходит ослабле-
триатомных связей в кристаллической решетке металла и рас—
53
97

пад метастабильных структур, что приводит к изменениям структур
го и фазового состояния поверхностных слоев. Это благоприятству
образованию во многих местах контакта металлических связей и их
быстрому разрушению.
Как видно из хода кривых 1,2,4, увеличение содержания жело;
на поверхности бронзы происходит в основном в зоне скоростей, со
ответствующих атермическому схватыванию, а затем в результате и
тенсивного образования окисной пленки перенос металла уменьшаете!
При трении без смазки действие масштабного фактора мало вли
ет на ход кривых 1,2, но значительно сказывается на абсолютно!
величине переноса, выражающегося в смещении кривой 1 по орди«
нате.
7. Исследование энергетических соотношений
при образовании вторичных структур
Для изучения энергетических соотношений при образовании втор
ных структур был применен метод дифференциального термографич
кого анализа.
Известно, что наиболее эффективными в условиях граничного
ния являются присадки, разлагающиеся в интервале температур,
никающих на поверхности контакта во время трения, продукты разл
жения данных присадок химически взаимодействуют с этой поверх!
стью. Эффективность многих серу-, фосфор- и хлорсодержащих при
док во многом определяется их термостойкостью и прочностью свя
атомов S, Р и 'О в молекулах таких соединений. Нами было пр
ведено исследование термостойкости роданида меди и роданида жо
леза [99 ]. с использованием фоторегистрирующего пирометра ФПК
Сняты термограммы чистых роданидов меди и железа и термограм
роданидов меди и железа, до опыта тщательно перетертых с высок
дисперсным порошком Fe. -
Как видно из термограммы (рис.33,а) в случае чистого родан
да меди (кривая 1) эндотермический эффект имеет место при темп
ратуре 250 С и соответствует температуре его разложения. В пр
сутствии же высокодисперсного порошка железа эндотермический эх
фект не обнаруживается и на соответствующих термограммах
(кривые 2 и 3) при температурах 296-297 С появляется экзотермиче*
ский эффект, особенно резко выраженный при соотношении роданида
меди и железа, равном 1:9 (кривая 3). Это можно объяснить тем,
что при нагревании такой системы одновременно протекают два пр
песса : термическое разложение роданида меди (эндотермический
процесс) и химическое взаимодействие высокодисперсного порошка
железа с продуктами разложения роданида меди (экзотермический п
цесс), в результате которого образуется химически фиксированный
сорбционный слой поверхностного соединения типа сульфида железа.
По-видимому, теплота, выделяемая в результате этого экзотермич
ского процесса, превышает количество теплоты, которое поглощаето
при разложении роданида меди. Этим п объясняется исчезновение
98
грамме эндотермического и появление экзотермического эффек-
случае нагревания роданида меди в присутствии высокодисперс-
порошка железа.
Аналогичная картина, однако менее резко выраженная, наблюдалась
"•рмограммах чистого роданида железа и смешанного с различны-
-пичествами высокодисперсного порошка железа (рис. 33,6).
сс образования вторичных структур в данных условиях прои'с-
с выделением тепла.
ZS7
'Ш
2/0
J£J
V?£
ZS0
.33. Появление эндотермических и экзотермических эффектов
термограммах при нагревании. Соотношения порошков даны в
вовых частях
а) 1 - роданид меди без примеси железа; 2 - роданид ме-
9 - железо 2; 3 - роданид меди 1 - железо 9
: 6) 1 - роданид железа без примеси железа; 2 - роданид
Пеза 9 - железо 2; 3 - роданид железа 1 - железо 9
Вотермический эффект появляется при температуре 124"С и со-
Втвует температуре разложения роданида железа. При наличии
еокодисперсного порошка железа этот эффект уменьшается и по-
ОЧезает при отношении роданида к высокодисперсному порошку,
М 1*9.
термограмме этой системы появляется резко выраженный эк-
—ческий эффект при температуре 212°С, также обусловленный
ским взаимодействием продуктов разложения роданида железа
ррхностью порошка железа и образованием соответствующего хи-
Itoro соединения типа сульфида железа.
99

8. Классификация вторичных структур металлов
и некоторые особенности их образования
Первым типом вторичных структур являются квазитвердые
граничные слои смазки, образующиеся под влиянием поля деформируемой
твердой фазы (см. гл. III).;
Рассмотрим вторичные структуры, образующиеся в результате
трансформации поверхности твердого тела.
Наиболее типичным видом вторичных структур металла являются его
соединения с кислородом; при трении несмазанных поверхностей
продукты реакции представляют структуры, близкие по стехиометричес-
кому составу к окислам соответствующих металлов и примесей
(второй тип структур); при трении в присутствии граничных слоев
смазки - это не насыщенные растворы кислорода и эвтектик окислоп
основного металла и примесей в основном металле (третий тип
структур).
При образовании этих псевдоаморфных структур, как правило,
происходит уменьшение концентрации примесей в нижележащих слоях
вследствие диффузии примесей к поверхности раздела металл -
пленка вторичных структур.
При соответствующем составе жидкой и газовой среды вторичные
структуры могут представлять также гетерогенные фазы металла и
различных элементов (четвертый тип структур). Наиболее
типичными из этих элементов являются сера, хлор, фосфор, углерод и др. Кг
нетика образования четвертого типа структур в 'большинстве случао»
связана с влиянием кислорода. В одних случаях кислород является
обязательным условием взаимодействия химически активных присадок
с металлом, в других оказывает незначительное влияние на кинетику
протекания реакций.
Состав и кинетика образования структур второго, третьего и чете
вертого типа зависит от следующих главных факторов: химического
сродства; способности к образованию твердых растворов; концентри*
•ции (скорости поступления) активных элементов среды в зону треп
структурного состояния металла, определяемого параметрами
исходной структуры и изменением сетепени несовершенств кристаллическ(
го строения в процессе деформирования.
Образование вторичных структур перечисленных типов происходит
широком диапазоне температур (в том числе при нормальных и бол
низких температурах). Это связано с тем, что главным фактором,
определяющим кинетику их образования, является изменение внутрон
ней энергии (неравновесной концентрации несовершенств) в процес
деформирования.
В качестве вторичных структур могут выступать химические сои
нения с различными группами: в виде мыл (олеатов, стеаратов и д
роданидов и других (пятый тип структур). Главными факторами, опр
деляющими кинетику образования 5-го типа структур, являются: хи
ческое сродство; структурное состояние металла в процессе дефор
рования; температура.
100
3-м типом структур, которые при определенных условиях благопри-
влияют на трение и износ, являются структурообразования в ре-
Ьтате избирательного переноса. .Образование этих структур обус—
ено химической природой среды, главным образом гидроксилсо-
щими соединениями — многоатомными спиртами (глицерином
,). При незначительной интенсивности переноса металла и скоро—
удаления продуктов переноса с поверхностей трения (износа)
туры 6-го типа могут быть отнесены к нормальным,
уществует особый класс разделяющих структур, которые не я в ля-
продуктами физического или химического взаимодействия смазки
"новного металла. Однако эти структуры могут быть причислены
-ричным, так как их действие связано с их физико-химическими
ращениями в процессе трения и возможным взаимодействием с ме-
ом при обязательном влиянии среды. К этим структурам отно -
я:
) жидкие металлы, претерпевающие при трении структурные иэ-
ния в присутствии поверхностно-активной смазки (седьмой тип
тур);
) твердые смазки, приобретающие смазочные свойства в присут-
адсорбирующихся соединений (паров воды и некоторых органи-
х соединений) - восьмой тип структур. Это в первую очередь
т, соли металлов, дисульфид молибдена.
аким образом, вторичные структуры представляют фазы, образую—
'Я в процессе трения в результате адсорбционного и химического
модействия поверхности твердого тела, смазки и активных элемен-
газовой среды.
;новными факторами, определяющими это взаимодействие, являют—
степень активации тонких поверхностных слоев металла в процес-
грмирования; поверхностная и химическая активность смазки;
"в газовой среды (главным образом наличие кислорода).
Втрричные структуры, возникающие в процессе
повреждаемости поверхностей
ше были рассмотрены вторичные структуры, характеризующие
~ьное трение. Эти структуры являются необходимым условием
его трения и проявляются как следствие локализации процессов
;рмации и разрушения твердых тел в минимально возможных по-
остных объемах. Принципиально отличным типом структур, об-
яхся при повреждаемости, являются так называемые белые
или белые зоны, обнаруживаемые визуально, методами оптичес-
микроскопии, металлографического анализа и т.п., имеющие тол-
порядка десятков и сотен микрон. Образование этих структур,
Правило, связано с значительным повышением температуры в зоне
я, вызываемым большими скоростями скольжения, протеканием
Тывания 1 рода, смятием и т.п. Существенную роль в формиро-
II этих структур играет среда.
101

vjupaaoBaiffle "белых слоев" было отмечено многими исследовател
ми. И.М.Любарский в работе [141], приводит ряд известных
гипотез о природе этих слоев. Различные исследователи фиксировали их
появление при электроискровой обработке, при резании на кромках
режущего инструмента, при наклепе рессор, при шлифовке
закаленной стали. При трении 'белую зону" считают результатом вторич
ной закалки с одновременной диффузией кислорода или азота. Возник»
новёние этой зоны объясняют образованием аустенита с увеличенным
параметром решетки или мартенсита вторичной закалки, диффузией
углерода (например, из смазки), образованием карбидной
структуры и т.д.
Т.В.Ларин с сотрудниками исследовал износ бандажей железнод-
рожных колес, происходящий путем выкрашивания поверхностного ело
претерпевшего в процессе трения физико-химические превращения
[129, 130 ]„, Большое влияние оказывали высокие температуры в
не контакта, развивающиеся при проскальзывании бандажа, и
интенсивный отвод тепла, что приводило к фазовым превращениям
(образованию аустенита и его закалке на мартенсит).
Износ в этом случае происходил путем хрупкого и усталостного
разрушения белого слоя, представляющего своеобразный мартенсит.
Несколько необычное строение этого мартенсита объясняется наличие
такого дополнительного фактора, как высокие давления (всесторонне-
го сжатия), ускоряющего процесс распада аустенита. Химический с
став и свойства белого слоя Т.В.Ларин связывает главным образом
с исходным содержанием углерода в стали, а толщину слоя - со скоч
ростью проскальзывания.
Белые слои на поршневых кольцах [5] могут достигать 30 мкм
при твердости 1200 кГ/мм^. Эти данные и результаты
исследования видов износа деталей машин [79] показывают, что вторичные
структуры, образующиеся в процессе повреждаемости, разнообразны я
их причины в каждом отдельном случае связаны с определенными
нарушениями нормальных режимов трения. Так, например,
К.В.Савицким, Ю.И. Коганом, М.П. Кудриной было показано, что схваты*
вание является необходимым условием образования "макроскопически
(до 100-200 мкм) слоев карбидных структур [122, 180}* Отмеча
ется, что термин "белый слой* не имеет конкретного физического с
держания, а является всего лишь отражением металлографического
сходства различных по своей природе фаз.
Приведем основные факторы, обусловливающие образование "патол
гических"структур трения:
1. Повышение температуры в зоне трения выше критических точек
(фазовых превращений) в результате высоких давлений или скороств
скольжения.
2. Развитие процессов схватывания I и II рода,
обусловливающих деформирование значительных поверхностных объемов мет
ла и их термоактивированное диффузионное насыщение различными ко
понентами жидкой и газовой среды (кислородом, азотом, водородом,
углеродом с образованием карбидов и-т.п.).
102
инамическое (ударное) нагружение, обусловливающее фазовые
шения или развитие процессов динамического схватывания-
ния (фреттинг-процесса). Образование специфических вторичных
ур при фреттинг-процессе рассмотрено в работе [3.10]»
ведем результаты исследования образования белого слоя на ра-
поверхностях тяжелонагруженных зубчатых колес 1 трактора.
ние причины образования белого слоя позволило предложить
а способов его устранения (нормализации процесса трения) за
пользования действия смазки,
лонагруженные зубчатые колеса тракторов работают в транс-
нном масле, заливаемом в коробку передач. В этих условиях
вдвается хороший теплоотвод, способствующий предотвращению
вания II рода. Однако в процессе эксплуатации на поверх-
зубьев происходит разрушение, в большинстве случаев пред-
Рис. 34. Развитие белого слоя на
цементированной поверхности зубчатого колеса
(х 300)
ее собой питтинг и скалывание, что приводит к преждевремен-
ходу из строя зубчатых колес. Условия для разрушения созда-
уже в процессе обкатки.
ультате металлографического исследования поверхностей тре-
чатых колес (материал - сталь 20ХНЗА, глубина цементации
ледования выполнены совместно с Г.П.Литвиненко и Л.М.Бур-

1-1,5 мм) установлено, что начальной стадией нарушения по вер
ностного слоя является возникновение на локальных участках особ
структур, известных под названием белого слоя. Исследование обра,
ца, вырезанного из шестерни, дало возможность наблюдать з<м
рождение белого слоя, его скалывание и выкрашивание (рис. 34).
Толщина наблюдаемых белых слоев (порядка 4 мкм) превышает т
шину вторичных структур, образующихся в процессе нормального т
ния и износа.
Следует отметить характерную щелевую форму фронта
развивающегося белого слоя. По-видимому, проникновение образующейся но
структурной составляющей имеет диффузионный характер, активиро
ный пластической деформацией при температурах ниже термических
превращений.
Среди различных методов предотвращения образования белого ел
наиболее эффективным оказалось использование поверхностно-активн
добавок. При этом учитывались их функции, связанные с локализаци
пластических деформаций и экранирования процессов диффузионного
взаимодействия. Наиболее эффективной оказалась двухпроцентная ко
центрация олеиновой кислоты в трансмиссионном масле Г135Ь' Так
повышенное содержание олеиновой кислоты связано с влиянием цем
тирования поверхности на характер взаимодействия металла и среды,
Металлографическим анализом в этом случае установлено отсутствие
белых слоев и очагов схватывания.
ава V
НАМИЧЕСКОЕ РАВНОВЕСИЕ ПРОЦЕССОВ ТРАНСФОРМАЦИИ
РАЗРУШЕНИЯ ПОВЕРХНОСТИ ПРИ НОРМАЛЬНОМ ТРЕНИИ
ИЗНОСЕ
. Разрушение вторичных структур
следования строения и свойств окисных пленок могут быть вы-
яы при помощи следующих методов: 1) растворения металла,
:его под окисной пленкой; 2) основанных на оптических эффек-
' например, измерение эллиптической поляризации отраженного све-
3) измерения емкости двойного слоя; 4) основанных на фото-
охимических эффектах; 5) электронной микроскопии и электро-
ии. В работе [ 24] . рассмотрены следующие методы изучения
окисных слоев: гравиметрические; измерения толщины (кон-
метрический, фотографический, измерения электропроводимости
""-ленного металла); газометрический,
остояние окисных пленок исследовалось преимущественно при от-
ии нагружения. При этом площадь, на которой происходило
~ение, оставалась постоянной в течение всего времени экспери-
;, т.е. процессы разрушения и уноса окислов отсутствовали. Ки-
а происходящих одновременно и конкурирующих процессов окис—
(точнее, образования вторичных структур) и разрушения обра-
хся продуктов окисления, протекающих при трении, исследована
тах [82]., Для этой цели были выбраны и разработаны следую—
методы:
лектронномикроскопических измерений (с использованием метода
[i5] ) основных характеристик вторичных структур — общей
, покрытой пленкой, средней площади одного участка пленки и
иного (ювенильного) участка, толщины пленки, высоты неров—
й субмикрорельефа и т.п.
амерений электрохимического потенциала как динамической ха-
-ристики состояния структур в процессе их разрушения и вос-
вления.
эмерений электромагнитных параметров поверхностных слоев для
ральной оценки степени структурных изменений,
слученные данные сопоставлялись с результатами оптических на-
ний, измерений микрогеометрии поверхностей, скорости износа,
твердости и параметров тонкой структуры (размеров блоков,
ости дислокаций, искажений II рода) поверхностных слоев,
азрушение твердого тела. Выделение износа пов<грхнос—
как специфического вида разрушения связано главным образом с
ми условиями его протекания (спецификой нагружения трением,
ием среды и т.п.) и его локализацией в поверхностных слоях
ого тела. Тем не менее раскрытие механизма износа связано с
тавлениями о фундаментальных механизмах разрушения твер-
тела.
105

Центральным вопросом современной теории разрушения твердых г
является установление взаимосвязи макроскопических проявлений pit,
рушения с микроструктурными явлениями и атомными механизмами,
В настоящее время имеется ряд теоретических и экспериментальных
исследований о механизмах разрушения твердых тел различной при|н
ды в разных условиях нагружения и среды [6, 34, 155, 156, 165,
168, 198, 222}.
Высказанное А.Гриффитсом предположение об исходных субмикрг
скопических трещинах в материале как источнике разрушения хрупки
аморфных тел явилось началом создания стройной теории разрушении
[ 234 ]., В дальнейшем эта теория была развита для кристаллическ
материалов, в частности металлов.
В [ 168] . типы разрушения металлов разделены на следующие чеп-
категории: низкотемпературное хрупкое разрушение; разрушение и
результате усталости; разрушение при ползучести; вязкое разрушо
ние.
Важнейшей особенностью всех типов разрушения является то, что
зарождение разрушения во всех случаях связано с пластической
деформацией, которая при этом неоднородна в микроскопическом миг*
штабе [ 6, 168]"' Согласно выводам обзорной работы [168], заро*
дение и развитие разрушения в зависимости от типа разрушения им
следующие особенности.
При низкотемпературном хрупком разрушении образование облас
неоднородной пластической деформации связано с образованием двои
ников или полос скольжения: развитие трещин в основном определяв
сопротивлением пластической деформации у вершины трещины, т.е.
сопротивлением движению и размножению дислокаций под действие
локальных касательных напряжений в области ведущего края трещины,
. При усталостном разрушении деформация локализуется в
небольшом числе полос скольжения вследствие переменього хода процесс"
под действием циклического нагружения; рост микротрещин происх
дит в основном вдоль областей интенсивной локальной деформации.
При ползучести первым этапом в зарождении разрушения являет»)
локализация сдвиговой деформации у границ зерен; развитие разру
ния связано с диффузией вакансий к вершинам трещин или к порам,
рассеянным по границам зерен.
При вязком разрушении процесс начинается в результате локалип
ции пластической деформации, у непластичных включений или у пол
значительной деформации; развитие разрушения определяется пока
зацией деформации и образованием высокой плотности пустот; по э
му'слою пустот* под действием нормальных или касательных на
жений может происходить разрушение.
Атомные механизмы зарождения трещин наиболее полно исследова
для хрупкого разрушения. С.Зинером было выдвинуто положение, ч
образование трещины в поликристаллах происходит в местах, где п~
са скольжения остановлена у границы зерна [i68]$ полные расчеты
для случая плоского скопления дислокаций у границ зерен получен»!
А.Стро [251].,
106
лоттрелл предложил механизм образования трещины в результа-
~яния дислокаций, движущихся в пересекающихся плоскостях
"ения [114}., По данным Р.Кана и Д.Ху трещины образуются в
пересечения двойников [168}., А.Аргон и Е.Орован исследо—
бразование трещин в результате превращения полос скольжения
"ах их пересечения в полосы сброса [168].'
ован, Ж.Фридель, А.Стро и Д.Гилмен исследовали образование
в результате расщепления по плоскостям скольжения вследст-
рывного смещения их в местах пересечения границ наклона по-
скольжения [168, 200, 23 3}.,
.Иванова и Ю.П.Либеров разделяют механизмы зарождения тре-
три группы [177}.,
рвой группе относятся модели, базирующиеся на концепции на—
ения дислокаций в отдельных плоскостях скольжения. Эти на-
ения возникают в случае, когда движущиеся от источника дис-
встречают на своем пути прочные препятствия (границы двой-
N зерен с большим углом разориентации, прочные чужеродные
:ия и т.п.).
•торой группе относятся модели, связывающие возникновение
с образованием нагромождений в процессе развития пластиче—
рмации и взаимодействием дислокаций, расположенных в пе-
ихся плоскостях скольжения.
ья группа включает безбарьерные модели, согласно которым
образуются в результате взаимодействия дефектов кристал-
решетки (дислокаций, вакансий) при отсутствии прочных
В без приложения критического напряжения (предела прочнос-
"ментарными актами процесса разрушения являются термсфлук-
е разрывы межатомных связей. Кинетическая теория разру-
грдых тел разработана С.Н.Журковым с сотрудниками [61,
~мость времени до разрушения г от величины приложенного
Вия а и температуры Т описывается формулой
ехр
(V=>
-12
т постоянная Больцмана; rQ - коэффициент, близкий к 10
мый с периодом собственных колебаний атомов в твердом
- коэффициент, которому придается смысл энергии актива-
ушения; у' - структурно-чувствительный коэффициент.
;тимость процесса разрушения означает, что должен соблю-
ринцип суммирования нарушений, выражаемый формулой
сек.
гЫО]
1,
• время от момента приложения нагрузки до разрыва образ-
»<t)] соответствует г в предыдущем уравнении.
107

Параметры, а иногда и вид разрушения, в большой степени заши
от условий протекания процессов разрушения.
Среди главных факторов можно выделить исходное состояние ми
риала, характеристики нагружения, температуру и окружающую ери
Разрушение при нормальном трении и износе. Разр
шение поверхности при нормальном износе (по сравнению с объемп
разрушением) характеризуется следующими особенностями:
1. Термодинамические условия на поверхности и в объеме разл
ны; в первом случае металл всегда находится в резко неравновее
состоянии, в то время как в объеме равновесное состояние достигп
ся (при минимуме изобарного потенциала) J
локальные напряжения и деформации (распределение) при объем
разрушении определяются главным образом структурными несоверш
ствами. При трении напряжения и деформации в поверхностном ел
определяются условиями нагружения;
существенное значение приобретает роль диффузии активных коми
нентов среды (кроме самодиффузии), активируемой не только вели
ствии резкого увеличения концентрации дефектов, но и за счет гр/i
ента концентрации вещества и градиента потенциала на поверхносг
раздела;
деформирование и разрушение поверхности при граничном трении
связано спроявлением эффекта Ребиндера;
разрушение поверхности (в отличие от объемного) всегда харе
ризуется уносом материала.
2. Разрушение при объемном деформировании наступает, когда
кальный объем металла, ответственный за разрушение, поглотил к
тическую энергию предельной величины [165]., При трении ра
рушение поверхностного слоя и образование ювенильного участка
ступают в момент отрыва (уноса) разрушенного слоя. При этом
чество удельной поглощенной энергии может быть намного вы
критической энергии объемного разрушения.
С учетом приведенных особенностей при нормальном износе м
быть выделены два вида разрушения:
Хрупкое разрушение сформировавшихся пленок вторичных структ
при многократном нагружении. Условия нагружения при нормаль
трении способствуют возникновению полос скольжения и двойников (
гл. III). 'В качестве прочного барьера выступает поверхность раз
пленка - металл. Эта поверхность характеризуется объемным, хи
ческим и структурным несоответствием фаз и наибольшими напря'"
ми, что приводит к образованию трещины в первую очередь в эт
месте. На рис.35, а, б представлены схемы и микрофотография »
вида разрушения (х 40 000).
Вязкое разрушение пластичных перемешающихся пленок твердых
творов в самом процессе их образования (рис.35, в, г х 20 00
При этом образованию элементов скольжения благоприятствуют п
цессы адсорбции и диффузии. Соскальзывание и унос пленок тесно
'заные геометрическими особенностями субмикрорельефа поверхнос
Реализация того или иного из приведенных видов разрушения i
нормальном износе зависит от условий нагружения и среды. Наиб
108
/«>.,
♦.*ч
л
Ш,
7» Jfc ХД / "а
35. Два вида разрушения поверхностей при нормальном износе
в, г
Рис. 36. Характерная
поверхность раздела металл
- пленка при первом
виде разрушения
109

распространен первый вид разрушения. Второй вид при трении несм
занных поверхностей почти не наблюдается и реализуется (для нок<
торых материалов) в очень узком диапазоне нагрузок и скоростей
скольжения.
На рис. 36 показаны характерные поверхности раздела при nepi
виде разрушения. Значительное развитие рельефа происходит на ю\
нильных участках после уноса пленки вторичных структур, блокирмч*
шей выходы несовершенств. Результаты исследования показывают г
дающее. Кроме этих двух видов разрушения существуют разновидпп
нормального износа. Структурно-химический состав разрушаемых n.i
определяется кинетикой сопряженных процессов деформирования акт
ции и диффузией химических реакций.
2. Результаты электронномикроскопических
исследований
Методика электронномикроскопических измерений параметров пл
щади и высоты (толщины) пленок включает следующие операции: с и
тие с поверхности трения (известными методами [128, 162]. оди
ступенчатой или двухступенчатой реплики; оттенение полученной [>
лики путем вакуумного испарения материала с высокой рассеивают
способностью под небольшим углом; просмотр образцов реплик на
электронном микроскопе и их фотографирование; планиметрирование
участков пленки и обнажения металла (ювенильных), измерение и
расчет величин оттенения; расчет и статистическая обработка пол
ченных данных.
Толщина пленок вторичных структур на каждом локальном уча~
ке субмикрорельефа зависит от фактической нормальной нагрузки н|
этом участке (скорость перемещения одинакова для всех участков),
Однако средняя толщина пленки, как показано ниже, является функ
условий нагружения всей поверхности.
Картина трансформации поверхности трения (графики измерения х
рактеристик вторичных структур в зависимости от нагрузки и скор
ти) при нормальном износе дана на рис. 37 ; результаты элек
номикроскопических измерений приведены на рис. 41 t82J°'
1. При изменении скорости скольжения v от 0,27 до 3,03 м/с
(нагрузка Р-const = 8 кГ/см2) малые скорости скольжения (0,2
0,6 м/сек) соответствуют неустановившемуся режиму перехода к
мальному износу. Процессы образования вторичных структур не ко
пенсируют процессов их разрушения; на отдельных участках наб
тотся явления схватывания I рода. Величина относительной пл
Испытывались образцы J^15 мм из стали 45 нормализованной,
ли У8А закаленной; приведенные результаты получены при норм
ном трении несмазанных поверхностей.
110
пи, покрытой пленками, нестабильна и меняется (для различных об-
|цов) в пределах 0,4-0,8. Рассеяние (а) этой величины для
разных участков поверхности доходит до +_ 50%. Высота субмикроне-,
■остей hCMp значительна и уменьшается с возрастанием скорости
&500 до 700А.
При скоростях 0,7^2,4 м/сек имеет место режим нормального иэ-
ш. Величина относительной площади вторичных структур с увеличе-
II скорости вначале возрастает (от 0,5 до 0,75), а затем умень-
ися до критического значения 0,43, при котором возникает схва-
Вние II рода. Рассеяние величины S^S незначительно (+20%).
Вльное возрастание величины Sn„ /S может быть объяснено разви-
М субмикрорельефа (начальный участок графика на рис.37,6).
вина пленки уменьшается от 400 до 150А. Величина субмикро—
■ностей на обнаженных участках незначительна и составляет 50-f
|ри скоростях выше 2,4 м/сек происходит размягчение пленки и
Тывание II рода. При этом величина SnjI/S резко возрастает;
Ко в данном случае образуются пленки, обусловленные термичес—
окислением повреждаемых поверхностей. Величина hc возрас-
до
800 X.
смр
con st
2
I, При изменении нагрузки Р от 5 до 24 кГ/см \
■6 м/сек.
■Ш этой скорости уже при Р = 5 кГ/см имеет место нормаль-
■знос. Величина Sjjn/S вначале возрастает от 0,4 до 0,75 (при
т кГ/см ), а затем уменьшается до критического значения
В» 0,6 при Р= 10 кГ/см ), при котором происходит схватыва-
I рода. Возрастание Snn/S объясняется развитием субмикро-
|фа (увеличением площади физического контакта), что иллюстри-
Н также графиком рис. 37,6, где начальный участок характеризу-
иначительным развитием рельефа, а далее имеет место 'устано-
Ися* рельеф. Величина ппл возрастает от 100 до 300 А; ве-
'смр
* " (Ml -Q~ "
составляет 50-100 А.
1вР>:10 кГ/см происходит схватывание II рода. Величина
изменяется в широких пределах; пленка является результатом
е
ческого окисления. Величина hCMp достигает 700 А.
■санная картина трансформации вторичных структур позволяет
Гь следующие общие закономерности.
кдому сочетанию значений нагрузки Р и скорости скольжения
•тствует строго определенное значение установившейся площади
Пых структур (Sn„ /S ).
■капазоне нормального износа существуют некоторые значения
II» 'при которых значение площади вторичных структур макси-
> эпл . •
t

Рис. 37. Трансформации попи|
1 - в зависимости от jiopl
пл
скорости скольжения, ^-
структур, hпл и hCMp- высот
неарифметическая высота мин*
параметр, П_ - износ
При увеличении нагрузок или скоростей выше значений Р или ?
(Р > Р, v >, v или v >:v, P УР-) установившееся значение SnJ/S
уменьшается за счет интенсификации процессов разрушения. При
^значениях Р или v ниже Р или v (P<P, v^v или v < v, Р <с Р)
112
2,ff 1г,м/сек
I I L
ff
7,S /2J /7J 2Z.S Г,хГ/см2
при нормальном износе
о давления; 2- в зависимости от
ительная площадь пленок вторичных—
и субмикронеровностей, R - сред-
остей,
Rq6
В0
- электромагнитный
установившееся значение
Snjl/S также
уменьшается за счет снижения
интенсивности процессов
образования вторичных
структур. Интенсивность
процессов образования вторичных
структур связана с
формированием микро-,
субмикрорельефа и
соответствующим возрастанием площади
физического контакта с
увеличением нагрузок и
скоростей скольжения до
значений, примерно равных
Р и v. Это явление
иллюстрируется графиками
(рис. 43,а), на которых
может быть выделен
установившийся и
неустановившийся рельеф.
При определенных
малых и больших значениях
нагрузок и скоростей (Р
и Ркр>' vkd и Vk'p
площадь вторичных структур
достигает критических
значений S1^ при ко-
°пл« г
торых вероятность встречи
ювенильных участков
возрастает, что приветит
к возникновению явлений
схватывания I и II
рода (соответственно для
Р' v1 и Р"
кр» ' "Р ГКР' кр
Причем в этих случаях
резко возрастает активация
металла вследствие высоких
температур, что приводит
к интенсификации окисления
металла и увеличению
площади окисленной поверх-
уменьшается, на юве
).
(хотя площадь вторичных структур Snn/S
ных участках происходит быстрый рост пленки окислов типа окалины).
Наиболее общей закономерностью следует считать локализацию раз-
ния в тонких слоях вторичных структур (порядка сотен ангстрем)
•тастабильное состояние поверхности трения как необходимые усло-
протекания нормального износа.

3. Изменение электрохимического потенциала поверхностей
при нормальном трении и износе
Методика измерения электрохимического потенциала описана в
исследованиях по коррозии [1,65], и в связи с изучением роли окисш.ц
пленок в процессах кавитации [ 192 ]=<
Принципиальная схема измерения электрохимического потенциала
поверхностей трения разработана в [ 9}„, Лабораторная установка для
наших исследований предусматривала измерение и регистрацию измене
электрохимического потенциала во времени. Испытания проводились
на торцовой машине трения. Образцы £/15 х 40 мм были изготовл<и
ны из закаленной стали ХВГ, контртело (диск) - из стали Ст.З. И.1«
мерение электрохимического потенциала производилось в водных раст«
ворах перманганата калия, концентрация которого поддерживалась
постоянной. Измерительным электродом служил образец, в качество
электрода сравнения использовался хлор-серебряный электрод. За точ«
ку нулевого отсчета принималось установившееся значение
электронного потенциала образца, находящегося в ванне с рабочей средой боч
приложения нагрузки. После приложения нагрузки производилась авт
матическая непрерывная регистрация смешения электродного потенци
во времени.
Характер изменения электродного потенциала во времени при
различных режимах трения схематически показан на рис. 38. Вначале п
исходит отрицательное смещение потенциала; для величин Р, v, но
превышающих определенных значений, после некоторого переходного
процесса потенциал стабилизируется; при определенных значениях Г
и vKD происходит срыв потенциала и его неустановившиеся колеба
На рис. 39 показаны закономерности смешения электродного по~
циала U> при скачкообразном изменении нагрузок и скоростей скол
жения. При всех значениях P,v, < соответствующих нормальному ди
пазону , электродный потенциал после некоторого переходного проц
са принимает строго определенное установившееся значение. При зна«
чениях Р и v вне нормального диапазона происходит резкий срыв
тенциала и его неустановившиеся колебания.
Стабилизация электродного потенциала при некоторых значениях
v показывает, что в этих случаях общая площадь, покрытая пассиви*
рующими пленками вторичных структур , определяющая смещение п
тенциала [82],,- принимает постоянное (неизменное во времени) а
чение 3 . Таким образом, при нормальном износе достигается метао
Нормальный диапазон контролировался по ряду параметров: ин
сивности износа, электромагнитным характеристикам поверхностей
ния и т.д.
Поверхность металла обнажена в результате разрушения втор
ных структур (ювенильная).
3
Методикой измерений предусмотрено достижение одинаковых у
вий равновесия электрохимических реакций на поверхности раздела
талл - электролит.
114
,
мст
уг
-**
N ^
1
* r!)tm
\**'Ъ
L~
V !W ',
г, мам
Рис. 38. Изменение электродного потенциала при
различных режимах нагружения .
* 00
% 0
ч" 70
\ 00
00
0
-70
<-00
-/00
а
0
0 о—с
г
Ь
0,0
'
\|
4*
►-о—<
0
^ 1
ц*
i
U
1
1
L^,_
&Г/с*г
\ II
Я
и
0 70,0 00J 70,0 г.мин
41ч,
/Z.0 £0,0 00,V J/tZ г,тн
ти
39. Зависимость параметров динамического состояния поверх-
1 - от нормального давления; 2 - от скорости скольжения
ное "состояние поверхностей трения; это состояние является ре-
татом динамического равновесия процессов разрушения и восста-
ения вторичных структур и локализации разрушения в этих струк-
х. Метастабильное состояние поверхностей трения было исследо-
также прямыми методами электронной микроскопии. Проведем
нение результатов, полученных методами измерения электрохимичес-
потенциала и электронной микроскопии. На рис. 40 представлены
шными линиями графики изменения установившегося смещения
тродного потенциала ш (точки равновесия) в зависимости от Р
' УСТ.
115

S ЪхГ/см*
/,6 /г,м/сех
Рис. 40. Изменение
параметров динамического
состояния поверхности в
зависимости от нормального .
давления (сплошные линии)
и от скорости скольжения
(пунктирные линии)
и v. Пунктирными линиями1 даны соответствующие метастабильные зн
чения площади вторичных структур, полученные по данным статистич
кой обработки электронномикроскопических измерений.
Приведенные данные показывают, что установившиеся значения элек
тродного потенциала и метастабильного значения площади вторичных
структур однозначно определяются параметрами нагружения( Р, v > 1),
С возрастанием величины нормальной нагрузки до некоторого критичен
ского значения Ркр имеет место монотонное уменьшение
установившегося значения потенциала (if уст^*
С увеличением скорости скольжения также наблюдается уменьшение
значений Ууст»но до некоторого значения скорости vr>; далее
электродный потенциал возрастает до некоторой скорости v™ - при
которой происходит срыв потенциала. Метастабильное значение площади
вторичных структур S~ ** (в функции Р и v ) характеризуется
возрастанием на начальном участке и далее уменьшением до значений шн
грузки и скорости Р
кр
и v..' Возрастание ЗдЛ
на начальном
участке связано с формированием микрорельефа и соответственным у
При фиксированных параметрах материалов и среды.
Обозначение Sjjn введено для пленки вторичных структур в
отличие от пленки окислов, обозначаемой Ъ\п.
116
чением площади физического контакта поверхностей трения. Сравни-
пьно быстрое убывание уусТ на начальном участке также связано с
рмированием рельефа и уменьшением ненагружаемой площади, покрытой
атическими пленками окислов.
Возрастание >f уст в функции v после значения v « vj связано с
сличением температуры в зоне трения. Уже при сравнительно неболь-
К температурах в зоне трения (до 200°С), возможных в
>мальном диапазоне Г154]» • резко возрастает скорость статическо-
окисления ненагруженных участков поверхности1; при этом толщина
ihok окислов сравнима с толщиной вторичных структур, что обеспе-
»ет общее увеличение пассивированной площади, равной S^i + S|n .
Для оценки влияния температур, возникающих в зоне трения, на
рановившееся значение электродного потенциала за счет смещения
ювий равновесия электрохимических реакций был проведен специаль-
I эксперимент. В процессе эксперимента измерялось время до уста-
шения потенциала Ч'уст п°сле остановки машины трения при различ-
I значениях нагрузок и скоростей скольжения (рис.41). Анализ
»ых показывает, что влияние температуры на значение (fyCT имеет
jto только при возрастании скорости скольжения. Результаты из-
>ения электрохимического потенциала позволяют установить
динамиков равновесие процессов разрушения и восстановления вторичных
вуктур как необходимое условие нормального трения и износа. Этот
ЪхГ/смг vfMUex
L 41. Время восстановления
■страдного потенциала после "
иичных режимов нагру
■я
I - при изменении нор 9
ьного давления; 2 -
изменении скольжения
(ОСТИ /J
9 %*»*">»
f По данным [ 157 ]. в диапазоне температур 200-300 С кон-
гга скорости окисления к зависит от температуры следующим обра-
( к «■ АТП, ■ где Т - абсолютная температура, п - показатель,
(•иная величина которого значительна (например, для меди п =
|Ддля никеля п = 19).
117

метод также позволяет установить зависимость изменения основного
параметра равновесия S£n в функции нагрузки S^ «fyCT(P). •
Определение аналогичной зависимости по скорости скольжения
методом электрохимического потенциала требует учета температурных
факторов.
4. Саморегулирование процессов разрушения
и восстановления вторичных структур
Исследование механизма нормального износа и условий возникновп.
ния повреждаемости позволяет сформулировать следующие основные
условия нормального износа.
Динамическое равновесие процессов разрушения и восстановления
вторичных структур при неизменных параметрах трения (нагрузках,
ч II Н II
скоростях, средах и т.п.) vp1 = v , где vp - скорость разрушения
ГГ
вторичных структур; v" - скорость их восстановления,
в
Метастабильное состояние поверхности трения(как следствие диня»
мического равновесия) SnJ1= const, гДе SnJI - суммарная
площадь поверхности трения, покрытая пленкой вторичных структур, при
неизменных параметрах трения.
Устойчивость динамического равновесия в некотором диапазоне и
раметров (нагрузок Р, • скоростей у и параметров трения) материя
условий среды и т.п.
II п .
vp - VB при условии Р< Ру. ic.
к
'р. I
ь к
где Р ,j* и Vp ,(* - критические значения нагрузки для
v<v„ С.
V (*"• И VP. f*.
которого фиксированного значения скорости v- и параметров
трения Ц и скорости для некоторого фиксированного значения нагру.1
Р: и параметров С- соответственно. Причем в этом диапазоне
IP, v, 'С ! заданному изменению параметров соответствует определи
ное время переходного процесса.
Приведенные закономерности, подтверждаемые экспериментально,
позволяют прийти к заключению о наличии явления саморегулирован
при износе металлов [83]..
Рассмотрим механизм саморегулирования процессов разрушения и
восстановления вторичных структур. Для этой цели кратко сформулн
ем физическую модель нормального износа и опишем ее структурно
схемой.
Физическая модель. Процесс, происходящий в тончайших i
верхностных слоях (порядка сотен ангстрем), условно может быть
разделен на три этапа:
118
1) деформирование и активация;
2) образование вторичных структур;
3) разрушение вторичных структур.
1. Работа связей вызывает пластическое деформирование тонких
лоев металла (текстурирование и аморфизацию). При этом плотность
ислокаций и концентрация вакансий достигает значений насыщения,
ермодинамически неустойчивое состояние металла в процессе дефор-
ирования вызывает его резкую активацию.
2. Материальный контакт активированного слоя и имеющихся в зоне
ения активных компонентов среды (в частности, кислорода) приво-
т к их физико-химическому взаимодействию - образованию вторич-
х структур. -
3. В результате многократного нагружения и наличия внутренних
ряжений в пленке вторичных структур происходит образование и
витие микротрещин, а на поверхности раздела пленки и основного
еталла происходит ослабление связей и отслаивание пленки. По-
едующие механические воздействия приводят к разрушению и уносу
енки2.
Далее на обнаженных (ювенильных) участках процесс повторяется,
силу неравномерности нагружения и неоднородности характеристик
енки на поверхности контакта одновременно присутствуют все три
зы описанного процесса.
Структурная модель. Рассмотренная физическая модель мо-
т быть представлена структурной схемой (рис. 42), в которой ис-
1ьзованы следующие обозначения: S - общая площадь контакта; S пл -
ошадь, покрытая пленкой^ _ часть S пл, подвергающаяся разру-
нию; SB - часть ювенильной поверхности, на которой произошло вос-
-новление пленки; h - толщина пленки; i » kh S_ - скорость из-
k - коэффициент пропорциональности; £ - рассогласование,
»ное площади обнаженной поверхности в каждый момент времени,
•• е - S -SB; давление Р и скорость скольжения v объеди-
в один вектор (q). <
Поясним структурную схему.
BnOK«(q). - В результате деформирования при наличии активной
ды (в частности, кислорода) поверхность контакта покрывается плен-
. Но под действием механических возмущений (вектор q) часть
нки разрушается. Причем площадь, на которой произошло разрушение,
исит от прочности, а следовательно, и от толщины пленки, поэтому
■ -_«(q,-h)Snjl. :
Блок fS(v). На каждом элементарном участке моменты разрушения
^становления пленки разделены отличным от нуля отрезком време-
что обусловлено Дискретностью контакта и конечностью скорости
Многократность нагружения является следствием дискретности
акта даже при одноактном проходе контртела.
Отслаивание
Нки и металла.
результат несоответствия дислокационных систем
U9

скольжения. Таким образом, в каждый момент времени
восстановление пленки происходит только на части ювенильной поверхности.
Считая параметр, характеризующий дискретность контакта, при
установившемся износе постоянным, будем иметь
SB«j8(v)Sp, где j8(v)<?l.i
Термодинамически устойчивым является состояние.когда вся повехность
контакта покрыта пленкой, поэтому £ -» О. ' Но вследствие задержки в
восстановлении пленки выполняется только условие & ш£ >'Q , что
соответствует динамическому равновесию процессов разрушения и воо*
становления пленки (вторичных структур).
Толщина разрушаемой пленки является функцией вектора q (блок
Г(Ч)).
Структурной схеме соответствуют следуют ие ссистемы уравнений:
Snn ■ S — £
£-sp-sB
S » *j(g)Snn
i » kh Sp,
h-y(q)
SB-i8(v)^
где ■« (q) .. -(q1h(q)). ■ Поэтому можно записать
kSy(q,c)«i(q,c)
i =
В этом выражении участвует в явном виде вектор 'С, компонентами
которого являются параметры материалов и рабочих сред. Используя I,
можно получить закономерности для расчета нормального износа в
зависимости от условий нагружения и среды.
5. Исследование переходных процессов при изменении
условий нагружения
Исследование установившихся режимов (динамического равновесия)
позволяет определить закономерности одновременного протекания
процессов разрушения и восстановления вторичных структур при неизмен
соотношении интенсивностей этих процессов.
Исследование переходных процессов1, возникающих при изменении п
раметров нагружения, позволяет исследовать процессы разрушения и
Исследование выполнено совместно с В.А.Ароновым.
120
тановления при различных соотношениях их интенсивностей и, та-
образом, предоставляет возможность дифференцированного изучения
процессов. Кроме того, исследование переходных процессов име-
еамостоятельное значение, в связи с тем, что в реальных условиях
луатации машин узлы трения работают при изменяющихся режимах
кения.
ассмотрим протекание процессов разрушения и трансформации по-
остных слоев металла при скачкообразном изменении параметров
кения (нормального давления Р и скорости скольжения v). 'Как
зано выше, электродный потенциал поверхностей трения определя-
плошадью пассивирующих вторичных структур. Поэтому изменение
тродного потенциала во времени (как при установившихся режи-
так и при переходных процессах) характеризует соотношение про-
ов разрушения и восстановления вторичных структур, протекающих
эеменно.
"хема изменения электродного потенциала во времени при скачко—
ном изменении Р или v приведена на рис. 38. При приложении
узки происходит резкое отрицательное смещение электродного по-
иала (?), а затем плавное возрастание (облагораживание) до
деленного значения (УуСт.),при котором потенциал устанавлива-
.В качестве основных параметров переходного процесса выбраны:
'я до установления потенциала (г уст Л максимальное смещение
нциала по отношению к установившемуся значению (Д f)t , угловая
теристика времени начального срыва потенциала (■«).»
ля исследования установившихся режимов и переходных процессов
проведено пять серий опытов: скачкообразное (последовательное)
чение давления через 1,5 кГ/см2 (малые скачки); скачкообраз-
величение давления на величины соответственно 1,5; 3, 4,5; 5[
0,5 кГ/см2 ; скачкообразное изменение скорости скольжения на
ины от 0,1 до 1,8 м/сек; скачкообразное уменьшение давления
ченийР = 1,5 кГ/см2 и Р«0 ( остановка); скачкообразное
шение скорости от различных значений до нуля (остановка),
рис. 43 представлены зависимости установившегося значения
одного потенциала от нагрузки (кривая 1 - малые скачки (а);
я 2 - большие скачки^ кривая 3 - скорости скольжения). В неко-
м диапазоне негрузок и скоростей скольжения (до Р - Ркр и
pj каждому сочетанию P,v соответствует строго определенное
овившееся значение электродного потенциала. При значениях Р»
или v* vRp происходит резкий срыв потенциала и его неустойчи-
олебания.
и неизменных установившихся значениях Р и v имеет место ди-
еское равновесие процессов разрушения и восстановления вторич-
труктур. При этом параметр равновесия (метастабильная пло—
вторичных структур)определяется режимами нагружения. Этоока-
тся справедливым только в некотором диапазоне Р и v (дор «
v » vKp), в котором процессы разрушения локализованы в
вторичных структур. При значении Р
Ркр или v-vKp воэни-
процессы схватывания и разрушения металла, что выражается в
121

J. ..
г
r(t)
Рис. 42. Структурная модель
саморегулирования процессор
при износе металлов
Рут
mir
ff
-«ff
-ffff
a
-/ffff
Vi
v\i
r^
z
j^^
■—\
■>s.
^
ff
ff Г,хГ/см2
ff,9 ff.ff /,Z /,ff tr,Mfcer
Рис. 43. Изменение
установившегося значения
электродного потенциала ш
зависимости: а - от
нормального давления; б - of
скорости скольжения
неустойчивости электродного потенциала. Состояние поверхностей
ния при различных режимах нагружёния иллюстрируется рис.38.
Сравнение кривых 1 и 2 рис.43 показывает, что равновесие за
сит также и от предшествующих условий нагружёния. При малых п
следовательных скачках смещение потенциала меньше, что может
объяснено меньшей скоростью разрушения вторичных структур, т.е.
прочность вторичных структур при более плавном нагружении (пла~
характер перегрузки) оказывается выше, чем при резком нагружен
до одинаковых значений нагрузки.
На рис.44 представлены переходные процессы зависимости от к
груэок^малых (а) и больших (б) скачков Р).
При всех перегрузках, не превышающих Р„_ и v„„, < максима"
KJJ Кр
ное отрицательное смещение электродного потенциала не превышает
значений, соответствующих установившемуся потенциалу, при кот
еще не возникает схватывание.
Параметр « является в основном характеристикой процесса раз
ния вторичных структур в момент возникновения перегрузок и неп
средственно связан с механическими свойствами вторичных струк
Параметры А )>и г характеризуют соотношение интенсивности
процессов разрушения и восстановления вторичных структур.
На рис.45 приведены графики изменения электродного потении
на образцах, покрытых пленками естественных окислов (кривая 2)
вторичных структур трения (кривая 1) при приложении одинаковы
грузок. Из графика следует, что прочностные характеристики втор
ных структур при нагружении трением значительно выше. Это рал
механических свойств естественных пленок и вторичных структур
ния проявляется также в характере кривых рис.44 (начальный уч
122
, что видно из возрастания. « и убывания Д р и г уст с увеличе-
нагрузки. При дальнейшем увеличении нагрузки происходит воз-
ание всех параметров, т.е. процессы разрушения и восстановления
возникновении перегрузок протекают менее интенсивно. Конечный
ток рис. 44, а (малые скачки) характеризуется спадом всех
•х, который на рис.44,б (большие скачки) отсутствует. Это мо-
быть объяснено менее резким переходом к схватыванию при плав-
увеличении нагрузок, что также иллюстрируется графиком рис. 43.
-мерения (рис.45) были проведены при изменении электродного
нала при уменьшении нагрузки от 3 кГ/см2 до нуля (кривая 4)
1,5 кГ/см2 (кривая 3). В первом случае потенциал восста-
вается до исходного значения, во втором - до установившегося
ния, соответствующего нагружению. Причем при трении время до
Нлизации потенциала (г«) меньше, чем соответствующее время
остановке (rj)» ■ это объясняется влиянием процессов образования
ных структур (деформирования и активации металла).
иболее ярко интенсификация процессов окисления (образование
ных структур) проявляется при активации металла в процессе
я (рис.46). Время до установления потенциала после нагруже-
еталла трением при критической нагрузке г2' (б) и нагрузке,
ествующей критической ri(a), - отличается в несколько раз.
affaui! Ap"/mr г», мин
44. Переходные процессы в ^
имости от перегрузок
_ 6
ZB
/г
</
- /о
- ff
- г
- «,г
1
Ни
h
л
п
и
^
ч
^
\
в
/
S Г,кГ/см'
№
0,J
«,г
\&f
. Л .
'*[
S Р,кГ/смг
5. Смещение электродного
нала во времени при
ении режимов нагружёния
г.ми»
123

0
-JO
-Off
-Off
XT"—:—^r~
~ea
-/го
\aJt\M^
л?
Рис. 46. Смещение электродного потенциала
во времени при изменении условий нагружения
Приведенные результаты позволяют сделать следующие выводы:
При возникновении перегрузок в узлах трения происходит нарушен
динамического равновесия процессов разрушения и восстаю вления it
ричных структур.
Электрохимические параметры, характеризующие метастабильное
(установившееся) состояние поверхностей трения (руст.) определяю
ся результирующими режимами нагружения и исходный состоянием ir
верхности (начальными условиями) и не зависят от величины перегр
ки. Характер переходных процессов «, A, f уст ' зависит от режиме
нагружения (с момента возникновения перегрузки) и величины самой
перегрузки .
При перегрузках, не превышающих критические значения Р , v
максимальное смешение электродного потенциала ftCT + Д р не про
шает критических отклонений, при которых возникают явления схва
вания. Иными словами, при перегрузках, не превышающих Рк ■ или
процессы разрушения всегда компенсируются процессами восстановлю
ния вторичных структур.
6. Изменение характеристик поверхностных слоев
при возникновении повреждаемости и определение
диапазона нормального трения и износа
Как было показано выше (см. разд. 3,4), нормальный износ хар
теризуется строго определенным состоянием поверхности трения. Эта
состояние достигается в результате, динамического равновесия проц
сов разрушения и образования вторичных структур.
При переходе к процессам повреждаемости наблюдаются характере
ные изменения сил трения и износа, оптических и геометрических х
124
теристик поверхностей, микротвердости, структурных, электромаг-
ix и других характеристик поверхностных слоев,
ри нормальном установившемся трении и износе структурные иэме-
я металла локализованы в поверхностных слоях до 5 мкм (при гра-
ом трении). При нарушении динамического равновесия разрушения
сстановления вторичных структур сразу начинается интенсивное
шение пленок (первым изменением является срыв электрохимиче-
потенциала). Далее наступают характерные изменения структур-
характеристик нижележащих слоев. При переходе к повреждаемо-
равновесие не восстанавливается и происходит существенное изме-
Z характеристик более глубоких поверхностных слоев (порядка
и десятков миллиметров).
еделение диапазона нормального износа (границ перехода к по-
емости) имеет непосредственное практическое значение. Данные
-стимых изменениях нагрузок, скоростей, условий среды, при ко-
к имеет место нормальный износ деталей, являются основой для
тирования и оценки надежности узлов и подвижных сопряжений
: и проведения различных технологических и эксплуатационных
риятий. Методы определения границ нормального износа по ха-
истикам электрохимического потенциала и тонкой структуры по-
т развить теоретические представления о механизмах износа,
являются преимущественно лабораторными.
основании имеющихся представлений о механизмах износа могут
(Сделаны выводы о том, что при переходе к повреждаемости долж-
исходить явления, наблюдаемые также с помощью сравнительно
"х методов оптической микроскопии и профилографирования. Сле-
идать, что структурно-чувствительные величины электропро-
•и и магнитной проницаемости в условиях нормального износа
должны принимать характерные значения. В связи с этим был
тан метод измерения электропроводности и магнитной проницае-
с помощью вихревых токов [82].. При этом учитывалась также
ость использования этого метода для целей практики (просто-
тствие необходимости в предварительных операциях и сложной
-е, производительность и т.п.).
ипиальная схема устройства и методика измерения электромаг-
параметров поверхностей трения разработана В.А.Ароновым.
магнитное поле вихревых токов, взаимодействуя с полем индук-
датчика, изменяет параметры (напряжение, индуктивность) ко-
ного контура. По этим параметрам подсчитывается вносимое в
активное сопротивление, которое зависит от магнитной прони-
и и электропроводности поверхностных слоев металла. Глубина
вения вихревых токов регулируется частотой генератора,
тания проводились на специально сконструированной торцовой
трения. Трение образцов ( Ф 15 х 4U мм из нормализован-
и 45) о диск (из закаленной стали У8А) осуществлялось в
е воздуха. Диапазон изменения нагрузок: давления 0,3 х
- 2,4 х 104 кГ/см^, скорости 0,28 г- 3 м/сек.
оценки относительного изменения электромагнитных характери-
ерхностных слоев испытуемых образцов использовался эта-
125

лонный образец, однотипный по геометрическим размерам и материал)
с испытываемыми образцами. Рабочая поверхность эталона
подвергалась полировке алмазными пастами АП1Н до 10-го класса частоты
и последующему, травлению для снятия деформированного слоя.
На рис. 37 приведены зависимости износа геометрических характ*
ристик поверхностей трения, параметров вторичных структур и относи
тельной величины активных сопротивлений R g /R э от нормального дан-
ления и скорости скольжения.
Данные рис. 37, 39 показывают, что существует некоторый диал*
зон нормальных нагрузок и скоростей скольжения, в котором актив]
сопротивления практически неизменны. На всех задаваемых частотах
генератора имеет место постоянство значений R /R в некотором
00 Э
диапазоне и резкое увеличение этих значений вне этого диапазона.
Сопоставление кривых (рис.37,39) показывает, что этот диапазон
хорошо соответствует диапазону нормального износа. Такое соответ»
ствие может быть объяснено имеющимися теоретическими и экспери
тальными данными о зависимости электропроводности и магнитной п
ницаемости металла от степени пластической деформации [2 5, 1361,
от плотности дислокаций и концентрации вакансий [2, 45, 200], of
концентрации примесей и температуры [17, 25 ],, а также тем, что
только при нормальном износе пластические деформации локализована
в тончайших поверхностных слоях, в которых плотность дислокаций
стигает насыщения.
Разброс значений активных сопротивлений в диапазоне нормальн
износа значительно Ниже, чем при нагрузках и скоростях,
соответствующих повреждаемости. При нормальном износе происходит также
значительное выглаживание поверхности, причем наименьшие значе!
шероховатости соответствуют значениям нормального давления и ск
рости скольжения, предшествующих переходу к повреждаемости.
Глава VI
УПРАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССАМИ ТРЕНИЯ И ИЗНОСА
1. Цели управления процессами трения и износа
и основные функции смазок
Как было показано выше (см. гл. V), при внешнем трении
разделе поверхностей условно и обеспечивается протеканием на границе
дела и в тончайших поверхностных слоях твердых тел строго опре-
-нных механо-физико-химических процессов. При таком протекании
ессов выполняются следующие условия: существование устойчиво-
аничного слоя смазки; метастабильное состояние поверхности
ия как следствие динамического равновесия процессов разрушения
-становления модифицированных тончайших слоев.
Эти условия характеризуют нормальное внешнее трение без повреж-
мости поверхностей и определяют следующие основные задачиуправ-
я процессами трения и износа: а) расширение области механи-
их нагрузок и условий среды, при которых имеет место нормаль-
трение без повреждаемости; б) оптимизация сил трения и мини-
аия скорости износа в области нормального трения.
Исходя из этих задач, можно рассмотреть роль смазки как наибо-
простого и действенного средства управления процессами трения
носа. Второй принципиальной возможностью управления является
иальное легирование материалов трущихся тел элементами, спо—
твующими образованию в процессе трения вторичных структур с
иными свойствами. Принципы управления процессами трения мож-
вести к следующей структурной схеме (рис. 47). Исходя
этих принципов могут быть рассмотрены основные функции
5И в нормализации и оптимизации процессов трения и износа,
бразование устойчивого граничного слоя и декон-
трация нагружен и я. В результате физической адсорбции на
рхности трения образуется квазикристаллический слой смазки.
Петры этого слоя определяются, с одной стороны, свойствами и
ктурным состоянием молекул смазки и, с другой стороны, соста-
и структурным состоянием поверхности металлической фазы,
новные функции граничного слоя при трении: физическое разделе-
венильных поверхностей, деконцентрация нагружения, пластифини-
ие и химическое экранирование (например, задержка поступле-
ислорода). Отметим, что в отличие от гидродинамического слоя
.пругий граничный слой не создает механического разделения.
И в случае трения несмазанных поверхностей, напряженное состоя-
оверхностных слоев металла при граничном трении характеризует-
ичием нормальной и тангенциальной составляющей. Это напря-
состояние связано с механическими свойствами граничных слоев,
щих истинной упругостью формы и описываемых законом Гука
127

/
/ ..
V
\
2
J
9

iris
J
e
7
a
S
W
Рис. 47. Структура управления процессами трения и износа
1 - динамическое равновесие и разрушения и восстановления
вторичных структур (метастабильность поверхностей трения); 2 -
расширение диапазона нормального износа (без повреждаемости); 3- ми
мизация скорости износа; 4 - оптимизация сил трения путем
минимизации (антифрикционность) или максимизации (фрикционность); 5 -
менение химически активных присадок (окислителей); 6 - применен*!
ПАВ (эффект Ребиндера); 7 - применение антиокислителей; 8 - по»
ложительное модифицирование поверхностей (использование присадок
S, Р,С1); 9 - использование смазок с малым модулем сдвига; 10 -
циальное модифицирование поверхностей (использование NH^OH)
Устойчивость граничного слоя характеризуется его сопротивлением
сжатию (прочностью на раздавливание) и термостойкостью. Прочноо1|
на раздавливание определяется энергией когезионного и адгезионного
взаимодействия в пределах разрушаемого объема граничного слоя [ 7
При этом порядке толщин, который имеет граничный слой, говорить (
когезии можно только условно. Прочностные характеристики гранично*
го слоя в основном определяются взаимодействием молекул граничн*
слоя с полем твердой фазы - адгезией.
Таким образом, как смачиваемость, так и прочность граничных
ев являются функцией их поверхностной активности. Это определяет
ценную роль полярных молекул как компонентов смазок благодаря их
способности к ориентированной адсорбции и образованию квазикриста
лических граничных структур с высокой прочностью на сжатие и м
сопротивлением тангенциальному перемещению [ 1381-
Вторым фактором устойчивости граничного слоя является его т
стойкость. При повышении температур усиливается десорбция молеку
граничного слоя, а также могут происходить явления термического
ложения смазки.
Наличие устойчивого граничного слоя приводит к деконцентрации
напряжений в поверхностных слоях металла. Степень деконцентрации
напряжений определяется геометрическими характеристиками поверх
тей и толщиной граничного слоя. Толщина граничного слоя ~ функци!
контактного давления и состава жидкости, в первую очередь составг
и строения молекул поверхностно-активных веществ и их молекуляр
го веса f206, 208J.
128
Геометрические характеристики поверхности при нормальном трении
ределяются метастабильным состоянием тончайших модифицированных
оев (параметрами пленок) и развитием поверхности, обусловленным
совершенствами кристаллического строения твердого тела (см.гл. V).
Минимизация толщины пластически деформируемого
о я. При переходе от гидродинамического (или рубежного) режима
граничному трению наступает момент, когда сопротивление скольже-
я слоев смазки сопоставимо с усилиями, достаточными для начала
стического деформирования тончайших поверхностных слоев. Это
стическое деформирование выражается в текстурировании, обуслов-
нном работой подповерхностных источников дислокаций при наличии
нгенциальной нагрузки (схема формирования связей при нормаль-
t трении показана на рис.48).
Трансляция тангенциальных напряжений от граничного слоя к по-
хности металла зависит от следующих факторов: упругих парамет-
В квазикристаллического граничного слоя; величины адгезии этого
оя; физического (т.е. обусловленного несовершенствами кристалли-
кого строения) рельефа поверхности металла. Физический рельеф
словливает флуктуации напряжений на различных участках поверх-
ти, неизбежные при любом микрогеометрическом состоянии поверх-
ти. Описанный вид "чисто поверхностного" пластического деформи-
вания может рассматриваться как необходимое и достаточное усло-
е внешнего трения. Необходимость обосновывается неизбежностью
стического деформирования при как угодно малых нормальных на-
зках на подвижном контакте (в том числе и равных нулю). Доста-
ность обосновывается тем, что ориентация кристаллического "моно-
я" является случаем минимально возможного объемного деформиро-
ия, которое может рассматриваться как "чисто поверхностное".
Во всех остальных случаях пластическое деформирование при тре-
является объемным и неизбежно приводит к повреждаемости по-
хности, свариванию, усталости и т.п.
Процессы минимизации пластических деформаций достаточно широко
лизуются при нормальном трении деталей машин и характеризуются
имальными значениями скорости износа и отсутствием любых видов
реждаемости Г 841= Локализация пластических деформаций в тон-
ших поверхностных слоях является одной из причин минимизации
ости износа при нормальном трении. Это объясняется тем, что
-ушение достигается только после предельного упрочнения всего
ушаемого слоя (аморфизации и насыщения агрессивным компонентом
ДЫ).
Нормализация процесса тесно связана с проявлением внешней формы
кта Ребиндера. При этом достигается расширение области внешне-
трения, формируются более тонкие системы линий скольжения, тол-
пластически деформируемого слоя резко уменьшается, а его упроч-
е возрастает (см. гл. III).
Активация поверхностных слоев металла и насыщение
азки активным компонентом среды. Увеличение плотности
вершенств в процессе пластического деформирования металла явля-
основным фактором, определяющим взаимодействие твердой фазы,
bJ>3

Рис. 48. Схема формирования
связей при нормальном трении:
Тд - в граничном слое; Т^ - в
поверхностном слое металла
(порядка сотен ангстрем) при тек-
стурировании; Тд - в
подповерхностных слоях при упругоколеба-
тельных процессах трансформации
теплоты
граничного слоя и среды. Протекание процессов образования квазикри»
сталлического слоя смазки и его механические характеристики,
процессов физической адсорбции, диффузии и формирования модифицирован,
ных вторичных структур определяется полем металлической фазы, актц
вированной в процессе деформирования.
Резкая интенсификация диффузии при деформации и увеличение диф-
фузии при внешнем трении рассмотрены в гл. III.
Активация поверхностного слоя металла является причиной
непрорывного насыщения смазки активным компонентом среды. Скорость им
сьгаения смазки определяется полем активированного металла и зани»
сит от структурно-химического состояния смазки (способности к окне»
лению и адсорбции) и температуры.
Образование (восстановление) вторичных структур
и положительное модифицирование поверхностных сло«
е в. Материальный контакт активированного слоя металла и имеющий
ся в зоне трения активных компонентов среды (в частности, кислоро»
да) приводит к их физико-химическому взаимодействию - образование
вторичных структур металла. Образование вторичных структур - торш
модинамически неизбежный процесс физико-химической пассивации /им
формируемого (активированного) металла. Однако полная (в том ми
ле "механическая*) пассивация поверхности невозможна из-за ней iii
ности разрушения самих вторичных структур под действием
механических нагрузок.
Таким образом, при нормальном трении и износе достигается то
ко метастабильное состояние поверхности. Это метастабильное со
яние поверхности, являющееся следствием динамического равновесии
процессов разрушения и восстановления вторичных структур, - неоГ>|
димое условие устойчивости процессов нормального трения и изноем,
Наиболее важным компонентом среды, необходимым для протекли
нормальных процессов трения и износа, является кислород.
Типичные характеристики вторичных структур металла при "сух
трении и трении со смазкой приведены в табл. 11. Как видно из up
веденной таблицы, одним из главных эффектов смазочного действии
ляется регулирование свойств (параметров) вторичных структур. •
достигается за счет следующих функций смазки: задержки поступлпм
кислорода к пластически деформируемой поверхности металла; мини
• м *
130
ция толщины деформируемого слоя в присутствии ПАВ. Обе функции
ют положительный эффект только при определенном их взаимодейст-
О влиянии задержки поступления кислорода на скорость износа мож-
судить по результатам изменения износа в зависимости от концент-
ии кислорода в газовой среде (см. главу IV).
Присутствующие в смазке ПАВ пластифицирования экранируют до-
п кислорода к поверхности металла, в результате чего улучшаются
ханические свойства вторичных структур. Однако при отсутствии
порода проявляется вторая форма эффекта Ребиндера - усиливается
пергирование вторичных структур и износ резко возрастает.
2. Функциональная схема смазочного
действия
Анализ и систематизация теоретических представлений и обширного
периментального материала позволяют построить функциональную
му протекания процессов, приводящих к механо-физико-химическому
делению трущихся тел (рис. 49).
При выполнении всех условий, приведенных в функциональной схеме
-нкционировании" всех блоков), обеспечивается устойчивость нор-
ьного протекания процессов трения я износа при оптимальных зна-
иях сил трения и скорости износа. Устойчивое протекание процессов
мального трения и износа выражается в динамическом равновесии
цессов разрушения и восстановления вторичных структур - мета-
бильном состоянии поверхностей трения. Заметим, что это динамиче-
о равновесие может быть достигнуто и при трении несмазанных по-
хностей, когда связи h и i "отключены". Но в этом случае диа-
он нормального трения и износа резко сужается, а параметры тре-
и износа принимают не оптимальное значение.
Управление процессами трения и износа имеет, смысл только в диа-
~не нормального протекания этих процессов (при отсутствии по-
даемости).
Ъиведенная функциональная схема и зависимости, характери-
щие динамическое равновесие и саморегулирование процессов при
мальном трении и износе, позволяют произвести достаточно стро-
лостановку задачи управления.
Рассмотрим принципиальные возможности оптимизации износа. Боль-
практический интерес имеет задача выбора таких режимов работы
-раметров материалов и сред, при которых скорость износа трущих-
оверхностей минимальна.
'а основании системы уравнений, описывающей динамическое равно-
е разрушения и восстановления вторичных структур, можно записать
_kSy(q,G)«](q,€)
l+*l(q,C)[l-^(v,C)l'
131

ни
J
7Г
Кг
J
ч
?
%
/ !
7
._;-
m
\
а
Рис. 49. Функциональная схема смазочного действия
1 - образование устойчивого граничного слоя; 2 - деконцентрашш
напряжений; 3 - текстурирование (локализация пластических деформ.ш
ций); 4 — активизация поверхностного слоя; 5 - насыщение слоя см<г
ки активным компонентом среды; 6 - образование вторичных структур
(химическое модифицирование металла); 7 - динамическое равновесие
8 - механо-физико-химическое разделение поверхностей; 9 -
газогидродинамическое разделение поверхностей
В этом выражении участвует в явном виде вектор С, < компонент
которого являются параметры материалов и рабочих сред. Наивыгопн
шие значения Ц и С могут быть получены из условия
kSy(q,lC)o<2(q,€)
l + *1(q,'C)[l-j8(y,'G»'
min.'
Но следует иметь в виду, что это условие справедливо только и
режиме нормального износа, область существования которого зависщ
от величины рассогласования. Существует значение £ = £ , при ко«
тором имеет место переход к повреждаемости.
С ростом £ площадь пленки уменьшается. Зависимость Sp= f(£)
на участке £ >£
кр
не может быть получена из условия (6-1).
Значение £ определяется механо-химическими свойствами материт
кр
лов и рабочих сред, соответствующим выбором которых может быть
расширена область нормального износа.
Однако задача определения q и С из описанного выше условии
имев! смысл при следующем ограничении:
S«2(q, С)
р ^°р.кр
V l+«1(q,C)[l-18(v,G)]
■%.
ркр
f(£Kp>
может быть получена также экслеримен-
Величина
тально.
Таким образом, в принципе может быть произведен оптимальным
выбор материалов, рабочих сред и режимов работы узлов трения, у/чни
летворяющий условиям износостойкости.
132
3. Использование присадок к смазочным материалам
Основные типы присадок и их характеристики систематизированы .
бл. 15 - 17.
Явления химического взаимодействия пластически деформируемых
рхностных слоев металла с активными компонентами жидкой и
raft среды определяют структуру и свойства тонких модифицированных
в металла, препятствующих контактированию ювенильных поверхно-
и предотвращающих возникновение повреждаемости.
При относительно ненапряженных условиях трения (средних скорос-
давлениях, температурах) роль химического модификатора выпол-
Т кислород воздуха, взаимодействующий непосредственно или через
зку с поверхностью металла.
В работах [107, 108],был выяснен механизм инверсии действия
~орода в зависимости от концентрации, определены границы его
опального содержания в зоне трения и предложены методы регулиро-
"я степени окисления поверхностей трения. Показано, что участие
орода нормализует процессы трения и износа и приводит к дина-
ескому равновесию разрушения и восстановления тончайших защит-
структур, образующихся в результате химической адсорбции, диф-
Ии и реакций металла с кислородом воздуха [78, 83, 991»' Была
;:е показана важная роль кислорода воздуха в процессах трения и
"са в присутствии органических ПАВ ГЮ5] и выдвинута и под-
ждена гипотеза об экранирующем действии кислорода в присутствии
в смазке.
Эффекты адсорбционного пластифицирования и понижения прочности
действием ПАВ в процессах трения и износа в средах, не содер-
их кислород, резко (на два - три порядка) возрастают.
Многообразная роль кислорода в процессах трения, смазочного
~твия и износа создает1 основы для направленного использования
ния химической модификации поверхностей металла путем приме-
я многих других активных составляющих среды, различных их
ентраций и сочетаний. Особенно важна такая модификация для
ей машин, работающих в тяжелых условиях трения (больших на-
~ах, скоростях скольжения, температурах), в связи с расширяю-
ся применением специальных высоколегированных трудноокисляе-
сталей и сплавов. В ряде случаев возникает необходимость
поения химических процессов на поверхностях трения.
Следует также иметь в виду необходимость специализации выбора
зочных материалов и присадок к ним по их составу и назначению,
олее простым и эффективным способом доставки химически инерт-
и активных компонентов к поверхности металла является приме-
е добавок соответствующих соединений к смазкам. В настоя-
время накоплен обширный экспериментальный материал по приме-
го различных добавок.
опрос о механизмах химического взаимодействия различных доба-
с металлом поверхностных слоев очень сложен и мало изучен.
133

Таблица 15
Характерные представители соединений, применяемых в качестве присадок
Органические
соединения с
функциональными
группами S4"1"
Органические
соединения с
функциональными группами
С1 **
Фосфорорганические
соединения, или эфи-
ры фосфорной кис-
поты
Органические
соединения - сложные эфи-
ры и соли жирных
кислот
Неорганические
соединения *
Дибензилсульфид Пентахлорэтан
Дибензоилсульфид Трифенилхлорметан
Триалкилфосфаты
Метилстеарат
Бутилстеарат
Роданиды металлов
Дитизонаты
металлов
Нафтилтетрасуль-
фид
Ксантогентетра-
сульфид

Высокомолекулярные меркаптаны кислота
Дибутилксантогенат
этилена
Диэфиры ксантоге-
новых кислот
Бутиловый эфир
ксантогеновой кислоты
Дихлортетралин
Метилдихлорстеа-
рат
Ди хлорстеар иновая
Дихлорпропиловый
эфир
Пентахлордифенил
Хлорпарафин
Трибутилфосфат,три-
крезилфосфат
Дифосфорные
сложные эфиры
Фосфинные окислы
Этерофицированное
касторовое масло
Тристеарин
Ортоокс ихиноляты
металлов
Диалкилдитиофосфат Олеаты металлов
цинка
Стеараты металлов
Метилгептадецилке-
тон
ия, облятдюх^е резко выраженной способностью к образованию комплексных со-
Сульфонаты
ДФ-1
ДФ-9
ЛЗ-23
ЛЗ-21
Сульфиды
Меркаптаны
Соли сульфокислот
Кальциевые, бариевые, медные
кобальтовые и стронциевые соли
изоцетилбензолсульфокислоты
Бариевая соль диалкилдитио-
фосфата
Цинковая соль диалкилдитио-
фосфата
Этилен-бис-э тилксантогенат
Дибутилксантоль
Дибензилсульфид
Динонилсульфид
Н-Децилмеркаптан,
(!C16H33-C6H4S02)2Ca
(M«Ca,Ba,Cu, Co.Sr)
[(RO)2PSS!2 Ba (R -радикал)
1[СН 3-('СН 2>з^СН - CHOJ 2-PSS i2Zn
(C2H5~0-C-S-jCH2}2
s
(с4н9о с -s-ch2-jch2)20
(>с6н5 ch2)2s
(iC6H19)2S
c10h21sh

Таблица 16 (окончание)
ui
Тиофенолы
Хлоралканы
Хлоралкилфосфиты
НАМИ-Т-122
Производные мета-
фосфиновой кислоты
Фосфиты
Дитиофосфаты
Тиокрезол
Тионафтол
Тетрахлорпропан
Тетрахлорпентан
Трихлорэтилфосфит
Диэтилтрихлорэтилфосфит
Хлорированный парафин
Диэтиловый эфир метилфос-
финовой кислоты
Дибутиловый эфир хлорметил-
фосфиновой кислоты
Триоктадецилфосфит
Трибутилтиофосфит
Диизобутилфенилдитиофосфат
кальция или цинка
С-тНу—SH
ССЦСНоСВД
ос13'сн^сн2сн^сн^с1
(сюн2сн2о>3р
(ОС1зСН20)Р(ОС2Н5)2
от С25Н51С] до C20H40CI2
CHgPCp'0^0^
а -сн2-ро(ос4н9)2
(c4h9s)3p
i[(C4H9)2C6H30]PS2}2Ca
Характеристики связей в молекулах присадок (согласно табл.16)
Активные
атомы
функциональной
группы
присадки
О
С1
Р
Атомы
функциональной группы,
непосредственно
связанные с
активными атомами
[присадки
1-5,13
2,13,14
9-11
10,12,13
S
С
н
о
с
р
о
Энергия связи г-атома
активных атомов, ккал/моль
с
атомами

циональной
группы
с
атомами
кислорода
123,6
98,5
70,0
81,4
123,6
255,8
141,5
80,5 63,34
141,5 141,5
с
атомами
железа
98,0
82,9
Изменение
изобарного потенциала
при
взаимодействии активных
атомов присадки с
атомами железа
23,32
58,40
72,20

Ионизация

активных
атомов,
эв
10,35
13,60
13,00
10,48

Многие данные показывают, что в этом смысле имеют большое зн.тн
ние свойства металла, состав смазки и газовая среда.
При анализе этого вопроса необходимо иметь в виду резко
увеличенную активность поверхностных слоев металла, вызванную
пластической деформацией. Необходимо также учитывать, что большинство
металлов термодинамически склонны к переходу в окислы и другие
химические соединения.
Весьма существенную роль в смазочном действии играет состав
газовой среды зоны трения. Главное значение при этом имеет
наличие или отсутствие в газовой среде кислорода. При взаимодействии г
полем деформируемого металла, его каталитическом влиянии, дейстыи
механических нагрузок, температур и газовой среды смазки испытьпми
ют существенные изменения. Эти изменения зависят от состава сми-
зок (присадок). В результате растворения и химического
взаимодействия молекул смазки и продуктов ее деструкции происходит
насыщение смазки кислородом. Самое существенное значение в оценке общий
картины смазочного действия имеют оценка совместного действия НЛП
и ХАВ и выбор их оптимальных соотношений.
С модификацией поверхностей металлов при трении непосредственно
связаны вопросы расширения границ нормального трения и износа (im«
пример, устранение схватывания I и II рода) и оптимизация
сил трения и скорости износа в этом диапазоне. В практике примешь
ния химически активных веществ главное внимание уделялось
использованию добавок, препятствующих возникновению и развитию
схватывания II рода, т.е. обусловленного высокими температурами.
Химической модификации металла трущихся поверхностей в свят
с локализацией схватывания I рода и минимизацией нормального
износа уделялось значительно меньшее внимание. Весьма слабо рал-
работаны методы оценки смазочных материалов в связи с задачами
борьбы с износом и повреждаемостью деталей машин.
Предлагаемая постановка задачи об оптимальном использовании хи*
мически активных и химически пассивирующих присадок к смазкам пп-
зволяет систематически рассмотреть существующие представления и
наметить пути эффективного использования существующих присадок и
их сочетаний и разработки новых специализированных добавок.
Устранение и локализация схватывания J рода. Устранение cxfvi-
тывания I рода (увеличение критических нагрузок) основано нл
одновременном использовании как поверхностно-активных свойств см/м
зок, так и их способности к химическому взаимодействию. При этом
выполняются следующие функции смазочного действия.
Способность к физической адсорбции является необходимой
предпосылкой химического модифицирования. Изданных [73 J исследования
влияния примесей, содержащих изотоп Р, на поведение меченого
по фосфору трикрезилфосфата (ТКФ-32) следует, что в химическом
взаимодействии с металлом принимает участие J-^P, входящий в
состав полярных примесей ПАВ, а не в состав ТКФ-32. В тех случаях,
когда в адсорбционных измерениях не удавалось зафиксировать J^|'
на поверхности стали, указанный изотоп отсутствовал и в химической
связи с металлом после трения и износа.
138
ПАВ способны улучшать в значительной степени механические свой-
•ва граничного слоя (сопротивление продавливанию) и снижать кон-
нтрацюо напряжений (и таким образом уменьшать разрушение моди-
цированного слоя). Это связано непосредственно с поверхностной
тивностью (приводящей к усилению адгезии) и с эффектом пласти-
ирования и активации металла, что в конечном счете также приво-
т к усилению адгезии.
Специальное модифицирование поверхностных слоев в результате
«курирующего действия кислорода и присадок, содержащих S, P, C1
'. т.п. При устранении атермического схватывания особое значе-
е приобретает не только кислород, но и другие химически-активные
щества, содержащие элементы, способствующие модифицированию
верхностных слоев (например, S, Р, 'CJ и др.). Получение значи-
пьного сульфидированного слоя возможно в результате высокого ко-
■""ициента диффузии серы в железо и при незначительной теплоте об-
зования сульфидов.
Взаимное влияние присадок, применяемых в комплексе. Присадки,
вменяемые в комплексе, могут усиливать или ослаблять действие
"т друга. Наибольшее значение имеет совместное действие кисло-
да воздуха и других присадок. В этом случае большое значение
~еют такие факторы, как энергия активации и константы диффузии
ически активных элементов среды, структурное состояние (.плот-
ть несовершенств) образующегося соединения с металлом и др.
, энергия активации диффузии серы в у-железо ниже, чем кисло-
да, а образующиеся соединения типа пирротинов и тролантов обла-
т дефектной кристаллической решеткой [142, 143 ]., Поэтому
а и кислород взаимно усиливают совместное действие. Ряд экспе-
ентальных данных по совместному действию кислорода и других
понентов смазки получен в работах [29]. Кислород и сера усили-
т действие хлорорганических соединений, его присутствие необхо-
о для хорошего действия некоторых органических кислот. Хлор-
осфорорганические соединения в некоторых случаях достаточно эф-
тивны и в отсутствие кислорода. Объяснения механизмов совмест-
о действия некоторых элементов содержатся в Ll53J«r
Применение присадок, находящихся в коллоидном состоянии. Следу-
отметить высокую эффективность применении серу-, фосфор- и га-
д-содержаших присадок, находящихся в смазке в коллоидном состо-
и. Так, например, применение роданида меди увеличивает нагрузку,
которой происходит схватывание I рода, в 2 раза [ 99 ].
Способность Некоторых соединений претерпевать гидролитическое
ложение на поверхность металла (без теплового воздействия). Фи-
о-химические исследования действия нейтральных органических
атов как присадок против заедания, проведенные в сочетании со
ндовыми испытаниями, показали,, что это разложение протекает гид-
итически, а не под действием тепла [12}„, Добавление в Нефтяные
ела таких присадок, как трикризилфосфат, пентахлордифенил и серу-
ержащих (типа ЛПМЗ-25к, представляющую собой бутиловые .
ры ксантогеновых кислот), приводит к тому, что критическая иа-
зка схватывания увеличивается в 1,5-1,7 раза [ 68]..
139

Фосфорные присадки увеличивают критическую нагрузку разрушения! °Дной из основных функций смазки в "обычных условиях среды
масляной пленки, плохо восстанавливающуюся после разрушения. Эти (ртмосферы воздуха) является ее влияние на концентрацию кислорода
пленки отличаются от сульфидных, обладающих большей эластичностьк
но меньшей прочностью. Важное значение имеет применение
сочетаний различных присадок. Так, например, сера катализирует процесс
в зоне трения. Являясь своеобразным демпфером, задерживающим по-
■упление кислорода к поверхности трения, смазка резко изменяет со-
ав, а следовательно, и прочностные характеристики вторичных струк-
образования пленок, содержащих хлор. Однако лучшие результаты пол)' Р ^СМ- *п' llM'V) .'
В зависимости от характера и интенсивности окислительных процес-
в на поверхности трения могут возникнуть вторичные структуры тол-
чают при использовании комплекса присадок, содержащих С], S и
Р[ "29, 163]..
Для работы в условиях сверхвысоких давлений рекомендуется
применение продукта реакции фосфорной кислоты с ланолином в качестве
первичного компонента для противозадирной смазки [163]..
Следует подчеркнуть, что процессы модифицирования всегда
происходят в поле деформируемого металла. В результате, как было
показано выше, температура является не единственным фактором,
активирующим химическое взаимодействие. Это имеет важное значение для
всестороннего исследования особенностей процессов, происходящих при
схватывании I рода, и разработки способов его предотвращения.
Минимизация нормального износа. Анализ механизма
нормального износа показывает, что в этом случае повышение
износостойкости может быть достигнуто за счет двух факторов: толщины
вторичных структур; прочности вторичных структур, зависящей от их
химической природы.
Первый фактор в основном связан со свойствами пластичности
поверхностных слоев металла, которая в значительной степени зависит
от основного материала (исходного состояния структуры
поверхностного слоя) и наличия в смазке ПАВ.
Второй фактор определяется главным образом процессами
химического модифицирования. Следует отметить, что это разделение
условно и оба фактора взаимосвязаны. Так, например, диффузионные
процессы насыщения поверхностных слоев активным элементом среды,
как и ПАВ, оказывают значительное влияние на протекание
пластического деформирования поверхностных слоев. Пластическая деформация,
в свою очередь, оказывает влияние на диффузию активного элемента.
Задачи химического модифицирования в условиях нормального
трения и при тяжелых режимах принципиально различны. При тяжелых
режимах происходит смещение равновесия скорости разрушения и
восстановления структур в сторону увеличения этих скоростей. Поэтому в
этих случаях резко возрастает потребность в модифицирующих
элементах (окислителях).
Увеличение концентрации в зоне трения модифицирующих элементов
расширяет диапазон нормального износа, но вместе с тем приводит к
образованию легко разрушающихся рыхлых и толстых вторичных струк«
тур.
Таким образом, требования минимального износа и расширения дии.
пазона нормального износа в сторону увеличения нагрузок и
скоростей являются противоречивыми. Изменение даже одного из параметров
химически-активной среды (концентрации кислорода) позволяет в пня.
чительной мере управлять скоростью износа и силой трения.
:ной порядка от долей микрон до нескольких элементарных ячеек
исталлической решетки. Применение химически-активных присадок,
держащих S, Р, С], в огромной степени расширяет возможности
равления составом, строением, а следовательно, и механическими
рочностными) свойствами вторичных структур. При этом управление
оздействие на характеристики вторичных структур) может произво-
ться за счет выбора присадок, содержащих соответствующие актив-
е элементы или их сочетания в разных концентрациях.
Влияние концентрации фосфорорганических соединений на противо-
носные свойства масла иллюстрируется данными табл. 18 [73].
Устранение схватывания Ц рода. Теория физической
сорбции жирных кислот, растворенных в масле (см. гл. IH,IV),
дает объяснения механизмов взаимодействия смазки и металличес-
Й поверхности при сравнительно высоких температурах в зоне кон-
кта.
Теория Ф.П.Боудена и Д.Тейбора, связывающая параметры износа
трения с температурами плавления жирных кислот и их солей [18,
J ]»• также не объясняет механизмов снижения величин износа и
ения при температурах, отличных от указанных температур плавления.
Эффективное уменьшение трения и износа под влиянием присадок
ных кислот к смазочным маслам, которое наблюдается при темпера-
ах 110-130 С, может быть объяснено тем, что в результате взаи-
(Действия между жирными кислотами, содержащими химически-ак-
,ные вещества (в частности, кислород), и поверхностными слоями
(талла, активированными в результате деформирования и температур-
х воздействий, происходит химическое модифицирование этих слоев,
частности, для предотвращения схватывания Н-рода большое значение
ет интенсификация окисления трущихся поверхностей.
Повышение активации поверхности металла в результате деформиро-
:ия и увеличения температуры, влияющее на возникновение процессов
1втывания II рода, является основной причиной постоянного на-
ения смазки кислородом, содержащимся в окружающей среде.
При тяжелых режимах трения потребность в окислителях возраста-
Подбор соответствующих видов и концентраций окислителей для та-
режимов трения играет важную роль в предотвращении и локализа-
схватывания. Весьма эффективным является химическое модифици-
1вние поверхностей трения с помощью присадок к маслам, содержа-
|х S, Р, С1 и другие активные компоненты.
Сравнительная оценка влияния тио-, хлор-и фосфорорганических при-
ок на процессы заедания поверхностей трения, выполненная экспе-
;ентально в работах [153, 163 |,,показала, что тиосоединения слабо
140
141

Таблица J н
Влияние концентрации фосфорорганических соединений
на противоизносные свойства масла
С мазочный
материал

Концентрация
весовая,%
Средний диаметр пятна износа, мм
при нагрузке, кГ
Вязкость масла
14 ест
1
10
40
Вязкость масла
77 ест
1
10
40
Масло без
присадки
0,59 0,61 0,78 0,25 0,47 0,511
Масло + три-
крезилфосфат
Масло +
трикрезил-
фосфат
гидролизе ванный
0,005
0,01
0,05
0,50
1,00
0,01
0,05
0,50
0,20
0,17
0,16
0,17
0,16
0,17
-
-
-
0,59
0,30
0,24
0,24
0,46
-
-
-
-
-
0,64
0,45
_
-
0,47
-
0,17
0,17
0,16
0,17
0,17
0,17
-
-
0,25
0,24
0,25
0,24
0,25
0,28
-
-
-
0.8Н
0,97
0,47
-
0,7,1
-
0,17 0,65
0,17 0,28
0,21 0,38 0,45
0,17 0,26 0,58
0,17 0,24 0,71
0,18 0,25 0,5(1
Масло + кислый 0,005
дилаурилфосфат 0,01
0,05
0,50
Масло + 0,05
трикрезил-
фосфат + кислый
дилаурилфосфат
Масло + 0,05
трикрезил-
фосфат +
кислый
дилаурилфосфат
предохраняют от возникновения процессов схватывания, а хлорсодержн-
щие органические присадки являются более активными.
Особенно активно предохраняют поверхности трения от
возникновения схватывания многие фосфорсодержащие органические присадки.
Однако следует учесть, что если в их присутствии этот процесс возни-
142
,ет, то он часто очень интенсивно развивается и приводит к интен-
вному схватыванию поверхностей трения.
От возникновения и развития процессов схватывания хорошо предо-
аняют смеси фосфор- и серусодержащих органических соединений, а
кже фосфор- и сероорганические соединения [26, 28]„, Такой же
фект взаимного усиления активности наблюдается у смеси хлор- и
>усодержащих присадок.
Исследованием влияния серо-, хлор- и фосфорорганических приса-
: на граничное трение в условиях глубокого вакуума и влияния этих
присадок на граничное трение при доступе кислорода воздуха
уставлено, что в случае граничного трения при доступе кислорода возду-
эти присадки являются более эффективными [28]»-
Модифицирование поверхностей трения в присутствии указанных при-
док приводит к образованию поверхностных соединений различной
йроды: окислов, сульфидов, хлоридов и фосфидов и др.
Следует отметить, что элементарная сера при высоких скоростях
ольжения не предотвращает схватывания и значительно уступает по
фективности дисульфидам. ДибензилТшсульфиД; имеющий большую реак-
онную способность по сравнению с дифенилдисульфидом, превосходит
по эффективности действия [181}0, В работе [147], кинетика
менения агрегатного состояния граничных смазочных слоев иссле-
1всь путем изучения перехода жирных кислот из твердого в жид-
( состояние. Установлено, что при температуре десорбции одновре-
Нно исчезает электронографически регистрируемая структура слоя
гроисходит ощутимое ухудшение его смазочных свойств.
При исследовании взаимодействия меченых серусодержащих соедине-
со сталью в процессе граничного трения было установлено, что объ-
тя и эффективная поверхностная концентрация сероорганических
динений, участвующих в химических реакциях при трении, различна
81]..
В результате повышения температуры в контакте и механического
действия, приводящего к снижению поверхностной концентрации серо-
анических соединений при трении с высокими скоростями, снижает-
интенсивность регенерации адсорбированных слоев.
Исследования [74, 148, 183, 187 ] , в области синтеза и выясне-
[ механизма действия различных присадок к смазочным маслам
полили установить, что соли кислых эфиров диалкилдитиофосфорной
!Лоты являются активными полифункциональными присадками к сма-
:ым маслам. Диалкилдитиофосфаты, главным образом бария и цинка,
:адают антикоррозионными, моющими и антиокислительными свойства—
, Исследование зависимости между активностью присадок и строением
'анических радикалов, входящих в состав их молекул, показало, что
ощее действие и антикоррозионные свойства проявляются лучше у
;окомолекулярных диалкилдитиофосфатов, а противоизносные свойства
[ьнее выражены у низкомолекулярных. Противоизносные свойства
оанных присадок обусловлены их химическим взаимодействием с
ложностью трения, которое при высоких нагрузках и температурах
водит к образованию в местах контакта сульфидоамидной пленки.
143

Высокие противоизносные свойства у диалкилдитиофосфатов были
обнаружены и другими исследователями [31, 184, 186, 187].„,
Установлено, что алкилдитиофосфаты, содержащие вторичные
углеводородные радикалы, обладают более высокими антиокислительными
свойствами, чем диалкилдитиофосфаты, содержащие первичные
углеводородные радикалы. Наиболее активно эти соединения проявляют себя
при температурах, не превышающих 150 С. При более высоких темпер»
турах происходит их термическое разложение. При исследовании про-
тивоизносных свойств хлорорганических соединений установлено, что
наиболее активными являются соединения, молекулы которых содержа i
группу CCJo [183, 185, 217]„, В связи с этим были изучены
противоизносные свойства дибутилового эфира трихлорметилфосфиновой
кислоты. Действие присадок такого типа при тяжелых режимах трения
исследовалось в [70, 217]. Процессу химического модифицирования
поверхности особенно благоприятствует наличие в молекулах присадок
трихлорметильной группы, которая их сильно поляризует, повышая тем
самым скорость их адсорбции на поверхности трения из объема маслл.
Попадая в зону с высокими контактными температурами, такие
молекулы подвергаются термическому разложению с образованием три.
хлорметилфосфиновых кислот, химически взаимодействующих с
поверхностью трения, и хлорида железа. Последний особенно эффективно
влияет на режим трения и износ. Установлено, что в условиях высоких
нагрузок ароматические эфиры трифосфорнитриловой кислоты понижают
износ и предотвращают схватывание [183].,
Синтезированы и исследованы в качестве присадок к смазочным
маслам различные тиофосфорорганические и хлорфосфорорганические
соединения [183]., Выяснено, что эффективность таких присадок во
многом зависит от строения их углеводородных радикалов: с увеличенном
длины углеводородных радикалов критическая нагрузка,
соответствующая схватыванию поверхностей трения и резкому увеличению износа,
существенно повышается. Наиболее эффективными оказались триалкил-
триэтилфосфиты, радикалы которых состоят из трех 'и пяти атомов yi.
лерода. При увеличении количества хлора в присадках типа хлорфосфор«
органических соединений происходит снижение износа при высоких длп-
лениях и температурах. Это также объясняется термическим
разложением этих присадок и химическим взаимодействием продуктов их
разложения с поверхностью трения.
Действие фосфорорганических присадок исследовано в [182].
Соединения фосфора с металлом обычно образуются при взаимодействии
продукта термического разложения триалкилфосфатов фосфина с
поверхностью трения. В случае применения в качестве присадок триалкилтри-
тиофосфатов их термическое разложение сопровождается образованием
не только фосфина, но и сероводорода. В связи с этим на поверхности
трения одновременно образуются фосфиды и сульфиды металлов. Иссло»
дования механизма взаимодействия трибутилтритиофосфида (меченого
по сере, фосфору и углероду) с поверхностью меди в углеводородной
среде методом радиоактивных индикаторов также показали, что при
этом образуются сульфид и фосфид меди [12, 127]., Такие фосфид-
сульфидные пленки оказывают особенно благоприятное влияние h,i
144
режим трения при высоких нагрузках и температурах и значительно
снижают износ. Они оказывают более активное действие по сравнению
с триалкилфосфитами.
Исследования [182] показали, что серу- и фосфорсодержащие
присадки обладают высоким антикоррозионными свойствами, если сера
и фосфор прочно связаны в молекулах этих присадок. По мнению
авторов, этим критерием следует руководствоваться при подборе
антикоррозионных присадок. При этом следует учесть, что такие присадки
обладают слабо выраженными противоизносными и противозадирными
свойствами. Лучшими свойствами обладают лишь те хлор-, серу- и
фосфорсодержащие органические соединения, молекулы которых терми-
ски неустойчивы и в условиях трения легко выделяют активные
элементы. В результате изучения действия противоиэносных и проти-
возадирных присадок к маслам при температурах 200-600°С в этих
исследованиях установлено, что для оценки эффективности таких
присадок необходимо определять их реакционную способность при
различных (высоких) температурах в зоне контакта металла с маслом при
словии сохранения невысокой температуры масла в объеме.
В [30, 161 ] .исследованы противоизносные и противозадирные
свойства ряда сероорганических соединений диксантогенатов и дитио-
'осфатов цинка. Было установлено, что наиболее высокими противоза-
ирными свойствами обладают дисульфиды и полисульфиды с серой в
©пи: дибензилсульфид и ксантогенаты. При этом выяснилось, что по
тикоррозионным свойствам ксантогенаты имеют определенные пре-
мущества.
Установлено также, что под влиянием высоких температур диксанто-
дааты разлагаются на более простые серусодержащие соединения - се-
оводород, меркаптаны, диалкилсульфид и др. Реагируя с поверхностью
рения, эти продукты разложения образуют сульфиды металлов,
'спользование в качестве присадки производных циклотрифосфазена
149] показало, что некоторые из них обладают высокой эффективноетьк
ротив схватывания в результате легкости образования активных ком-
онентов в наиболее реакционно-способной форме в условиях трения. Эти
рисадки при трении ведут себя аналогично другим, например, сера-, ,
ор- и фосфорорганическим соединениям.
Выяснено, что ценными многофункциональными свойствами обладают
исадки типа дитиофосфатов цинка. Особенно эффективно они снижают
нос поверхностей трения. Однако по противозадирным свойствам
"и уступают серахлорным и хлорфосфорным присадкам.
Высокими противозадирными свойствами обладают присадки, содер-
ащие в одной и той же молекуле серу и хлор. В этом случае сера
агоприятствует образованию пленок хлорида железа на поверхности
ения [69, 182].,
В [167] предложен новый тип серу- и фосфорсодержащих органичес-
х присадок на основе продуктов реакции пятисернистого фосфора
смесью терпенов и спиртов в присутствии серной кислоты в качест-
катализатора. Взаимодействуя с основаниями металлов, они дают
тветствующие соли, которые обладают полифункциональными и осо-
10 1553
145

бенно антиокислительными свойствами. Эти присадки оказались более
стабильными при высоких температурах, чем диалкилдитиофосфаты.
Определенный интерес представляют также присадки типа молибден.
И сераорганических соединений. Такие соединения обладают хорошим!
противоизносными и противозадирными свойствами и с успехом прими»
ются при . режимах трения с большими нагрузками и высокими тем.
пературами [199].,
•Разработанная во ВНИИНП молибденограническая присадка Б-15-1
хорошо растворяется в минеральных и синтетических маслах. При ни.
гревании до 150 С она разлагается с выделением осадка оксисер-
нистого молибдена, который откладывается на поверхности металла к
виде тонкой пленки [199].* Этим свойством можно воспользоваться
для нанесения антифрикционных покрытий на различные поверхности
трения.
Разработаны и другие присадки такого типа (Б-15-2А), характер»,
зующиеся большим содержанием реакционно-способной серы и высокой
термической стабильностью. Нагревание масла с указанными
присадками при температурах 300-350°С и доступе воздуха приводит
только к изменению цвета растворов, но не сопровождается выпадением
твердых осадков. Установлено, что при добавлении 1,5-3% таких
присадок к различным смазочным материалам, в том числе и к кремний,
органическим, значительно улучшается их смазочная способность и
предотвращается схватывание поверхностей в условиях высокотемперм.
турного трения тяжелонагруженных деталей машин.
В работах [ 99, 102, 103],было исследовано действие коллоидных
присадок и показано, что их применение значительно усиливает
интенсивность модифицирования и предотвращает схватывание Ц рода.
Это в значительной степени связано с существенным уменьшением их
устойчивости при нагреве.
Многие из применяемых присадок характеризуются тем, что их мо.
лекулы сильно сольватированы смазочным маслом. Для достижения
описанных выше эффектов молекулам указанных присадок необходимо
десольватироваться. В связи с этим содержание противозадирных
присадок, применяемых в смазочных маслах, составляет 5-10%.
Присадки типа роданида железа и роданида меди, 'предлагаемые
нами [ 99, 102, 103],, при испытании на машине трения в паре желеао
Армко - железо Армко показали свою эффективность при концентрации
1,5-3%. При применении легированных сталей в узле трения их эффок.
тивность проявляется при концентрации 0,5%. Это объясняется тем,
что указанные присадки находятся в смазочном масле в виде агрегатоц
состоящих из большого количества молекул [Э9]„,
При разложении роданидов под влиянием температуры, возникающей
на поверхности трения, химическое модифицирование поверхности проио»
ходит значительно быстрее, чем в случае известных присадок. Этим
объясняется возможность применения их в значительно меньших
концентрациях.
Существенное уменьшение износа и увеличение предельных нагру.юи
и скорости скольжения, при которых происходит схватывание, наблкдащ
ся уже при концентрации роданидов 1,5%. Как показали испытания ш
146
тшттшшийтштшййштшшт
шине трения КЕ—4М, добавление этих соединений к чистому маслу
леныиает величину износа в 2-7 раз, предел максимальной нагрузки,
ш которой происходит продавливание, повышается от 1,6 до 2,1 ра—
i и в 4,5 раза увеличивается предельная скорость, при которой
проходит схватывание Ирода.
Таким образом, одним из важнейших принципов подбора присадок
емзочным маслам является их способность образовывать устойчивые
шлоидные растворы.
В последнее десятилетие в различных странах появилось очень боль-
ое количество патентов на методы получения и применения хлор-, фос-
>р-, серу- и азотсодержащих органических соединений в качестве про-
[воизносных, противозадирных, антикоррозионных, моющих и противо-
[Ислительных присадок к смазочным маслам. Особенно большое коли—
ютво патентов по этим вопросам выдано в США, ФРГ и Франции (в
!новном присадки жирных предельных и непредельных кислот, их со-
>й, оксикислот и их производных). Однако все эти патенты отличают-
друг от друга в основном лишь оригинальностью методики получе-
1я, составом и структурой молекул описанных хлор-, серу- и азотсо-
)ржащих органических соединений. Что же касается эффективности и
1ецифичности их действия в качестве указанных присадок, то по имею—
имся описаниям трудно судить о каких-либо существенных преимуще-
гвах одного патента перед другим [ 68].,
4. Критерии оценки смазочного действия
при трении и износе. Методы испытания смазок
Выбор критериев оценки, машин и методов испытаний смазок приоб-
>тает особое значение в связи с постановкой вопроса об оптимальном
яазочном действии. Исходя из этого смазочные материалы должны
обедать следующими свойствами;
противостоять возникновению схватывания при малых скоростях сколь-
ения и высоких удельных нагрузках на трущиеся поверхности;
уменьшать износ при нормальных режимах трения (средние скорос-
I скольжения и средние удельные нагрузки);
противостоять возникновению явлений термического схватывания при
гедних удельных давлениях на трущиеся поверхности и высоких скоро-
ж скольжения.
Для специальных смазок, работающих в определенных условиях, могут
(гламентироваться только некоторые из этих показателей. Универсаль—
je смазки должны проверяться по всем вышеуказанным показателям.
Этим требованиям должны удовлетворять методы оценки и машины
я испытания смазочных материалов.
Существующие методы не дают возможности получить сведения о
нелюдимых свойствах смазочных материалов, проявляемых ими в широ-
iM диапазоне условий эксплуатации машин. Например, ГОСТ 9490-60
едусматривает оценку противозадирных свойств смазочных масел пу-
м испытания на четырехшариковой машине, что не дает возможности
юностью оценить эти свойства.
147
53 ю '(

Предусмотренное ГОСТом определение предельной
работоспособности масла производится в условиях термического схватывания,
являющегося аварийным процессом. Введенное в ГОСТ 9490 - 60
кратковременное испытание масел (10 сек) не дает полного представлении
о способности смазочных масел препятствовать схватыванию, так к.чк
величина адсорбции на поверхности трения меняется в течение более
длительного времени. Испытания на износ, рекомендуемые ГОСТ
9490 - 60, базируются на линейной зависимости износа от нагрузки,
что не всегда соответствует действительности. Принципиальные
недостатки существующей методики испытаний и оценки противоизносных
свойств смазок заключаются в том, что они направлены на решение
только одной частной задачи, не выявляют всех необходимых
характеристик работы в условиях граничного трения и не дают
возможности оценить качество смазки при нормальном износе и в связи с
атермическим схватыванием. Принятая методика позволяет фиксирован
противозадирные свойства смазочных масел, полученные в условиях
испытания только при высоких температурах.
Предлагаемый нами совместно с К.З.Скарченковым, И.Б.Пясиком,
П.К.Топехой и Ю.В.Павловым комплексный метод испытания
смазочных масел основывается на учете механо-химических процессов,
происходящих при граничном трении [101, 152]..
В результате испытаний можно получить четыре количественные
характеристики эффективности смазочного масла: стойкость сопротивлять
ся схватыванию I рода, характеризуемую максимальным удельным
давлением Р (кГ/см2); величину износа I (мГ/час): коэффициент тр».
ния ц; способность сопротивляться схватыванию II рода,
характеризуемую максимальной скоростью скольжения v (м/сек).
Кроме количественных характеристик эффективность смазочного мап»
ла определяется по качеству поверхности трения. Наиболее общими
характеристиками качества поверхности являются: величина микротворлк
сти Н^ (кГ/мм2); величина шероховатости R (мкм/м). Эти шест*,
характеристик могут служить критерием пригодности смазочных маси/1
для машин и механизмов.
Нами установлено, что в результате применения различных прис/i-
док в одних случаях происходит улучшение показателей по всем
критериям, а в других улучшение результатов при испытании по одному и i
критериев и ухудшение при испытании по другим [101, 152 ]..
Дифференцированный подход к исследованию смазочного действия
дает возможность обоснованного подбора состава смазочных масел и
присадок к ним. На основании результатов такого рода испытаний
можно установить роль важнейших факторов и влияние их на износ тру»
щейся пары при различных смазках. При меняющемся содержании при.
садки удобно воспользоваться методом графов (рис.50) [14, 152 |,
Это связано с анализом суммарного физического процесса в случаях:
а - приработки (схватывание I рода, холодный задир); б -
нормального эксплуатационного износа (установившийся процесс); и -
разрушения поверхности (схватывание II рода,г горячий задир),
Построение этих графов (рис. 50) основано на логической свя.чи
указанных выше шести критериев оценки и четырех дополнительных хи»
•ис. 50. Плоский граф связи
процессе при трении
i - схватывание первого рода; б -
становившийся режим трения; в -
гватывание второго рода; I - интен-
ивность износа; v - скорость
жольжения; Р - нагрузка; R - вели-
:ина шероховатости; Н^ _ величина
шкротвердости; ft -. коэффициент
рения; Т - температура; О -
вазитвердый слой смазки; С -
арактеристика присадки; С -
ентрация присадки;
148
кон-
ктеристик (температура, тип, концентрация присадки, наличие квази-
ердого слоя).
Сложившиеся в настоящее время представления о взаимном влиянии
дельных факторов во многих случаях не учитывают промежуточных
оцессов. В построении графов промежуточные процессы учтены в
почках, явившихся основой их построения. Например, в графе, при-
денной на рис. 50,а, давление в одной из линий воздействия влияет
состояние квазитвердого слоя (О) непосредственно, а в другой ли-
И посредством следующей цепочки:
Р + Ri
О.
Логические плоские графы, построенные с условием определенных
йничений очередности передачи импульса (влияния), несовместимости
редности передачи и обратных связей, являются исходным материа-
( для построения таблиц, матриц и математической модели с количе-
енным выражением характеристик.
ак пример количественных связей основных критериев нами приво-
я результаты исследований по одной из групп присадок. Массовые
ультаты испытаний аппроксимировались на ЭЦВМ.
Полученные закономерности по шести критериям, обобщающие ре-
ътаты испытаний по разным присадкам, дают наиболее общее пред-
(вление о развитии процесса в зависимости от концентрации присадки.
149

Считая, что основные выделенные нами шесть критериев являются
составными частями общего энергетического моментного баланса,
6 б б .
можно записать неравенство 2 Е- Ф 2 F- Ф 2 F- •'
i=l ''W l"i-l ^Ш
При этом под качественными моментами характеристик
энергетического состояния понимается соотношение удельного веса каждого из
компонентов по его влиянию на общий энергетический баланс.
Ниже приведены аппроксимированные результаты испытаний по шег
ти критериям на ЭЦВМ "Урал-2".
\/,м/се/с
Обозначение
Р
Зависимость
Масштаб (1=)
кГ
1,7 + 1,45х - 0,45x2 +50—5
см
I у = 5,44 + 12х -6,6x2 - 0,01 ~-
V
R
У= 17,5 + 7,46х - 0,83x2 + 0,25 м—
у= 5,88 + 6,27 х _ 0,88х2 - 0,05 мкм
у = 1,43 + 0,84х - 0,024 х2 +5 0
мм^
у = 0,43 + 1,53х - 0,064х2 - 0,0005
кг
мм'
Несомненно, что приведенные результаты и их графическая
интерпретация (рис.51) не являются общими для всех присадок, применяо-
мых в машиностроении, но могут служить основой для построения
исходного графического материала.
Испытания масел и присадок к маслам наиболее целесообразно
приводить на универсальной машине трения, конструкция которой
позволяет изучать износ при трении в широких пределах скоростей и
удельных нагрузок [102]. На этой машине можно проводить испытания
при различных сочетаниях образцов и эталона, создавать разные
смазочные режимы и условия, что дает возможность изучения перехолн
одних видов износа в другие, а также расширения и сужения
диапазонов ведущих видов износа.
Узел трения машин (рис.52) состоит из цилиндрического эталон«
(или набора колец) и истираемого по его цилиндрической поверхносги
торца испытуемого образца. При трении создается крутящий момент,
действие которого направлено через упор на пластинчатую пружину.
Величина деформации пластинчатой пружины является показателем
силы трения, которая фиксируется при помощи датчика сопротивлении
после предварительного усиления микроамперметром. Такая схема
позволяет с достаточной степенью точности производить испытания и си-
ответствующие измерения в широком диапазоне удельных давлений и
скоростей при сравнительно простой конструкции.
150
0,S//,S 3 S 0,0 Г/,f 3 J 0,0//-S 3 0%
0.0
300
/00
0,0¥
0,02
I I I L.
0,0 //,0 3 0 0,0//,0 3 J 0,0//,0 3 S'/o
Рис. 51. Результаты испытаний по шести критериям
Изменение скорости эталонного цилиндра относительно
испытуемого образца осуществляется через бесступенчатую коробку передач.
Максимальная скорость составляет 20 м/сек. Нагрузки передаются
через систему рычагов. Максимальная нагрузка составляет
5000 кГ/см^.
Испытуемый образец устанавливается в каретке, которая
перемещается на шариковых подшипниках по кривой, концентричной
поверхносги вала, в пределах деформации пластинчатой пружины. Каретка
закреплена в штоке, вертикально перемещающемся под действием
нагрузочного устройства в направляющем цилиндре, установленном на
гуппорте. Это позволяет перемещать образец вдоль оси эталонного
цилиндра. Для проведения испытаний в условиях граничного трения по-
[ача смазки осуществляется капельным способом на мягкую щетку.
1спытания на разрыв масляной пленки в зависимости от материалов
гспытуемых пар трения наиболее рационально вести в диапазоне ми-
шмальных скоростей путем постепенного нагружения рычага машины
Ю появления схватывания I рода. Момент разрыва масляной плен-
:и фиксируется электроемкостным методом.
Испытания на износостойкость осуществляются в диапазоне сред-
их скоростей. Эти условия позволяют предохранить трущиеся поверх-
ости от термического и атермического схватывания. Измерение изно-
а производится на аналитических весах, а также методом вырезанных
унок (по М.М.Хрущову).
Испытание на критическую скорость, при которой возникает схва-
ывание Ц рода, производится при средних нагрузках. Для сравни-
ельных испытаний различных масел на противозадирные свойства
уть, пройденный образцом по образующей цилиндрического эталона,
лжен быть постоянным.
В качестве примера, иллюстрирующего комплексный метод иссле-
ования, можно привести результаты испытания присадок роданидов
!еди и железа к маслу МС-20 (табл. 19).
151

Рис. 52. Принципиальная схема машины трения КЕ-4М:
1 - цилиндрический эталон; 2 - испытуемый
образец; 3 - каретка; 4 - пластинчатая пружина; 5 - шток;
6 - направляющий цилиндр; 7- термопара; 8 - рычаг
для нагружения; 9 - упор
Состояние поверхностей трения контролировалось с помощью
методов рентгеноструктурного (табл. 20), эмиссионного спектрального и
термографического анализа, инфракрасной спектроскопии и др.
Предварительные испытания были проведены с присадками
следующих составов: олеаты магния, никеля, железа, кадмия, меди,
марганца, бария, свинца, цинка; стёараты марганца, никеля, олова, свинца.
С целью выявления механизма действия испытание проводилось в паре
трения железо Армко - железо Армко. Этот выбор вызван большой
склонностью железа Армко к схватыванию.
Масло МС-20 с различным процентным содержанием указанных
соединений тщательно взбалтывалось перед испытанием по каждому из
критериев. Результаты испытания приведены в табл.19,
характеризующей изменение свойств масла в зависимости от вида присадки.
Следует отметить, что существенному увеличению предельных
нагрузок (стойкости против схватывания I рода) и скоростеей
(стойкости против схватывания II рода), а также уменьшению величины
152
Таблица 19
Влияние присадок, образующих коллоидные растворы
в масле МС-20, на результаты испытаний*
Присадка

Установившийся износ
v =3 м/сек, „
Р = 40 кГ/см ,
мГ/час
Максимальная
нагрузка при про-
давливании
v =0,5 м/сек ,
< кГ/см2
Предельная
скорость
скольжения при
схватывании „
Р=20кГ/см ,
м/сек
истое масло
iitC-20 0,25
'оданид меди 0,13
Эочанид железа 0,08
1итизонат
кобальта 0,27
1итизонат мар-
»анца 0,27
Эртооксихинолят
■селеза 0,27
1330
2750
1760
945
730
930
3,15
13,10
9,43
7,87
7,87
6,29
Машина трения КЕ-4М; концентрация присадок 5%, время испытаний
на износ - 6 час.
Таблица 20
Влияние роданида железа на изменение
размеров блоков, см» 10 °
Условия
испытаний
Масло МС-20
Масло МС-20 с
роданидом железа
стойкость против
ватывания I рода
износ
стойкость против
кватывания И рода '
14,3
1,01
21,5
14,3
12,4
15,3
153

Влияние присадки роданида железа
на основные свойства масла МС-20
Таблица 21 .
Показатели
Чистое масло
МС-20
Масло МС-20 с
присадкой
роданида железа
Вязкость кинематическая при
100 С не менее, ест
Отношение кинематической
о
вязкости при 50 С к кинемати-
о
ческой вязкости при 100 С не
более
Коксуемость не более, %
Кислотное число КОН на 1 Г
масла не более, мГ
Зольность не более, %
Температура вспышки в
закрытом тигле не ниже, С
Разность температур вспышки
в открытом и закрытом тигле
не более, С
Температура застывания не
выше, С v
Плотность при 20 С не выше,
г/смЗ
Вода и механические примеси
Водорастворимые кислоты и
щелочи
20
7,85
0,30
0,05
0,003
225
20
■ 18
21,02
7,58
0,6
0,03
0,003
250
15
-22
0,895 0,897
Данные отсутствуют
То же
износа в результате применения роданидов металлов сопутствовало
уменьшение высоты микронеровностей поверхности в 2-7 раз по срап-
нению с их высотой при испытаниях в среде масла МС-20 без
присадки. По результатам этих испытаний можно судить о механизмах
взаимодействия каждой из исследованных присадок с поверхностью
трения.
Испытания показали, что использование присадок роданида меди и
роданида железа в концентрациях порядка 0,5% для материалов,
применяемых в реальных узлах трения, весьма перспективно. Это
связано также с тем, что в таких незначительных количествах данный
присадки мало изменяют физико-химические свойства авиационного
масла (табл.21).
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В самом обшем смысле процесс внешнего трения представляет
собой переход от механического макроскопического движения твердых
тел (внешней механической работы) к микро- и
субмикроскопическому внутреннему движению, связанному с образованием теплоты и
изменениями внутренней структуры тонких поверхностных объемов
твердых тел и элементов среды, взаимодействующих с их поверхностью.
Сила трения представляет собой сумму составляющих (связей),
обусловленных протеканием механических, физических и химических
процессов, неизбежных при заданных условиях контактирования
трущихся тел.
Каждая из связей является производной по пути работы,
затрачиваемой на протекание соответствующего процесса; таким образом,
связи при трении могут быть яе только чисто поверхностными но и
обусловленными протеканием определенных процессов в граничном слое,
подповерхностных объемах и окружающей среде.
В соответствии с первым началом термодинамики работа внешнего
трения может быть представлена как сумма следующих основных
составляющих
A=EQ + AEi+:AEs+:Ed+:Ee,
где А - работа сил трения; Еп - выделившаяся теплота; АЕ:
приращение внутренней энергии "системы (узла трения); A Eg -
приращение поверхностной энергии; Ej - энергия внешнего рассеяния
(диссипации); Е - работа, затраченная на сдвиг и скольжение в
граничном слое 1 изотермическая составляющая).
Работа сил трения в основном расходуется на образование теплоты
и увеличение внутренней энергии твердых тел, т.е. ДЕ = ДЕ- и
'A^Eq+ДЕ. ' В общем случае отношение АЕ/А может принимать
самые различные значения. Однако для каждого сочетания
материалов и условий среды существует некоторая область механических
воздействий (давлений и скоростей скольжения), в которой это
отношение примерно постоянно и минимально. В этой области реализуются
процессы внешнего нормального трения, обусловленные протеканием в
тончайших поверхностных слоях (порядка сотен ангстрем) и на грани-
раздела твердых тел строго определенных механо-физико-химичес-
их процессов. При этом выполняется принцип минимизации толщины
155

разрушаемого слоя и достигается минимальная интенсивность износа
В этой области наиболее вероятно выполнение линейной зависимости
силы трения от нормальной нагрузки [ 84 }.,
Вне рассматриваемой области нормального трения и износа имеет
место резкое увеличение силы трения и скорости износа; в этих
случаях реализуются самые различные процессы, связанные с повреждав-
мостью контактирующих поверхностей. Силы взаимодействия и
интенсивность разрушения твердых тел определяются в каждом отдельном
случае ведущим процессом.
Таким образом, первым необходимым условием внешнего трения
являются локализация процессов трансформации и разрушения твердых
тел в пленках вторичных структур. Вторичные структуры представля^
ют фазу, образующуюся в процессе трения в результате адсорбционно- ^
го и химического взаимодействия поверхности твердого тела, смазки
и активных элементов среды. Основными факторами* определяющими э
взаимодействие, являются: степень активации (запасенная энергия)
тонких поверхностных слоев металла в процессе деформирования; по
верхностная и химическая активность смазки; состав газовой среды
(главным образом наличие кислорода).
Вторым необходимым условием внешнего трения является
динамическое равновесие процессов разрушения и образования
(восстановления) вторичных структур.
Таким образом, внешнее граничное трение представляет собой onpi
деленное механо-физико-химическое взаимодействие контактирующих
тел и среды, область существования которого расположена между
областями внутреннего трения в жидкости или газе (газогидродинамич!
ского) и внутреннего трения в твердом теле (внедрения, сваривания
и разрушения, микрорезания, пропахивания и т.п.).
Изложенные закономерности позволяют анализировать сложный пр<
цесс трения с точки зрения нормального его протекания, определять
границы перехода к повреждаемости, рассматривать вопрос о
минимизации трения и износа в границах нормальной области. Эти закономор и
ности могут служить основой для количественного описания
нормального внешнего трения и определения условий возникновения поврежден
мости, а также управления процессами трения и износа.
ЛИТЕРАТУРА
. Акимов Г.В. Основы учения о коррозии и защите металлов. М.,
Металлургиздат, 1946-
. Акулов Н.С. Дислокации и пластичность. Минск, изд-во АН БССР,
1961.
. Амелинкс С. Методы прямого наблюдения дислокаций. М., изд-во *
"Мир», 1968.
. Архаров В.И. Окисление металлов. М., Металлургиздат, 1943.
. Асташкевич Б.М., Ларин Т.В. Восстановление трущихся деталей
транспортных двигателей. М., изд-во "Транспорт', 1967.
. Атомный механизм разрушения. Сб. М., Металлургиздат, 1963.
. Ахматов А.С. Молекулярная физика граничного трения. М., Физмат-
гиз, 1963.
. Барабаш М.Л. Износостойкость некоторых металлов при
совместном действии трения скольжения и электрического тока. - Сб.
докладов Второй киевской научно-технической конференции по
вопросам повышения износостойкости и срока службы машин. Киев,
НТО, Машпром, 1965.
. Барбалат Б.М. Изучение переходных процессов при изнашивании в
условиях нормальных и аварийных режимов эксплуатации. - Сб.
"Трение, смазка и износ деталей машин" , вып. 5. Киев, изд-во
КИИГА, 1964.
Бардоль Ж., Буйон Ф. Тонкие пленки, образующиеся в процессе
поверхностного окисления. - Сб, "Окисление металлов". М., изд-во
"Металлургия", 1968.
. Барамбойм Н.К. Механохимия полимеров. М., изд—во
научно-технической литературы РСФСР, 1961.
. Баркрофт Ф.Т., Даниел С.Г. Действие нейтральных органических
фосфатов как присадок против заедания. - Сб. "Новое о смазочных
материалах". М., изд-во "Химия", 1967.
. Белецкий М.С. Рентгенографическое и электрографическое
исследование структур пленок поверхностно-активных веществ,
адсорбированных поверхностью деформированного алюминия. Докт. дисс. .
Л., Всесоюзный алюминиево-магниевый институт, 1954.
t. Берж К. Теория графов и ее применение. М., ИЛ, 1962.
3. Бершадский Л.И., Шепельский В.А., Моисеев А.А. и др.
Исследование основных закономерностей трансформации и разрушения
поверхности твердого тела при нормальном износе. - Сб.
"Вопросы физико-химической механики материалов". Изд-во
Львовского государственного университета, 1969.
157
,1 1553

16. Блюменфельд Л.А., Воеводский В.В., Семенов А.Г. Применение
электронного парамагнитного резонанса в химии. Новосибирск, изд-ш
Сибирского отделения АН СССР, 1962.
Большанина М.А., Панин В.Е. Исследование по физике твердого
тела. М., Изд-во АН СССР, 1957.
Боуден Ф.П., Тейбор Д. Трение и смазка. М., Машгиз, 1960.
19. Боуден Ф.П., Тейбор Д. Трение и смазка, ч. II. М., изд-во
'Машиностроение", 1969.
Бочвар А.А. Металловедение. М., Металлургиздат, 1956.
Буше Н.А. Подшипниковые сплавы для подвижного состава, М.,
изд-во "Транспорт', 1967.
Валанси Ж. Кинетическая теория окисления металлов. - Сб.
"Окисление металлов', ч. I. M., изд-во 'Металлургия', 1968.
Валанси Ж. Экспериментальные данные об образовании толстой
окалины. М., изд-во 'Металлургия', 1968.
Валанси Ж. Методы изучения роста окисных слоев. - Сб.
'Окисление металлов', ч. I. M., изд-во 'Металлургия', 1968.
Ван-Бюрен. Дефекты в кристаллах. М., ИЛ, 1962.
Виноградов Г.В. Вестник АН СССР, 48, № 1, 48 (1961).
Виноградов Г.В. Смазочное действие углеводородных синтетических
жидкостей и твердых полимеров. М., Институт нефтехимического
синиеза АН СССР, 1962.
Виноградов Г.В., Корепова И.В., Подольский Ю.Я., Павловская Н.Т.
Смазочные действия низкомолекулярных углеводородов при
тяжелых режимах трения. - Сб. 'Теория смазочного действия и новыо
материалы'. М., изд-во 'Наука', 1965.
Виноградов Г.В., Подольский Ю.Я. Механизм противоизносного
действия смазочных сред при тяжелых режимах граничного
трения. - Сб. докладов Всесоюзного симпозиума о природе трения
твердых тел. Минск, изд-во 'Наука и техника', 1969.
Виноградова И.Э., Халиков Р.Х. Исследование противозадирных
присадок типа диксантогенатов. - Сб. 'Теория смазочного
действия и новые смазочные материалы'. М., иэд-во "Наука', 1965.
Виппер А.Б., Папок К.К., Санин П.И., Шер В.В. Химия и
технология топлив и масел, № 3, 45 (1958).
Веселовский В.И. ЖФХ, 2J,. 983 (1947).
Вейлер С.Я., Лихтман В.И. Действие смазок при обработке
металлов давлением. М., изд-во АН СССР, 1960.
Влияние рабочих сред на свойства металлов. Сб. Киев, Изд-во
АН УССР, 1963.
Возврат и рекристаллизация металлов. Сб. М., изд-во
'Металлургия', 1966.
Гаркунов Д.Н., Крагельский И.В., Поляков А.А. Избирательный
перенос в узлах трения. М., изд-во 'Транспорт', 1969.
Гаркунов Д.Н., Красиков С.Г. Оценка антифрикционных свойств
материала в тройном сочетании. - Тезисы докладов
научно-технического совещания по методам испытания и оценки служебных
свойств материалов для подшипников скольжения. М., ГосНИИМаш,
1969.
158
17.
18.
20
21
22
23
24
25
26,
27,
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38. Герасютенко Н.Л., Протоповов Б.В. Пластическая деформация и
активизация металла при трении. - Тезисы докладов шестой
научной конференции по проблеме прочности и пластичности
металлов и сплавов. Л., НТО Машпром, 1969.
Герцрикен С.Д., Дехтяр И.П. Диффузия в металлах и сплавах в
твердой фазе. М., ГИФМЛ, 1960.
10. Грин А.П. Машиностроение, 58, № 8, 53 (1955).
П. Грин А.П. Машиностроение, 43, № 6, 43 (1956).
Годфрей Д. Механизм смазочного действия трикрезилфосфата при
трении стали. - Сб. 'Новое о смазочных материалах'. М., изд-во
'Химия', 1967.
Гороховский Г.А., Агулов И.И. О кинетике структурных
превращений в политетрафторэтилене при трении. - Сб. 'Повышение
износостойкости и срока служб машин". Киев, НТО Машпром, 1966.
14. Гребенщиков И.В. Роль химии в процессах полирования. - Сб.
'Социалистическая реконструкция и наука'. М., НКТП СССРД935.
5. Дамаск А., Дине Дж. Точечные дефекты в металлах. М., изд-во
'Мир', 1966.
t6. Данков П.Д. Известия сектора физико-химического анализа.
16, 87 (1943).
17. Данков П.Д., Игнатов Д.В., Шишаков В.А. Электронографические
исследования окисных и гидроокисных пленок. М., изд—во АН
СССР, 1953.
18. Демкин Н.Б. Фактическая площадь касания шероховатых
поверхностей. М., изд-во АН СССР, 1962.
9. Демьянчук А.С. УФЖ, № 6, 869 (1961).
0. Дейнега Ю.Ф., Виноградов Г.В. Колл. ж., 24, 668 (1962).
1. Дерягин Б.В. Что такое трение? Изд-во АН СССР, 1963.
2. Дерягин Б.В. ЖФХ, № 6, 1306 (1935).
53. Дерягин Б.В., Кусаков М.М. Изв. АН СССР, серия хим., № 5,
471 (1936).
54. Дерягин Б.В., Лазарев В.П., Колл. ж., 1, 293 (1935).
55. Дерягин Б.В., Обухов Е.В. Колл. ж., 1, 385 (1935).
56. Дончук П.П. Марковский Е.А., Костецкий Б.И. Исследование
переноса металла в процессе схватывания при сухом трении
скольжения. - Труды Института проблем литья АН УССР. Повышение
долговечности литых материалов. Киев, изд-во 'Наукова думка',
1969.
57. Дьяченко П.Е., Вайнштейн В.Э., Розенбаум Б.С.
оценка неровностей обработанных поверхностей. М.,
СССР, 1952.
58. Евдокимов В.Д. ДАН СССР, 175, № 3, 563
59. Епифанов Г.И. О двучленном законе трения,
по физике твердого тела'. М., изд-во АН СССР, 1957.
50. Епифанов Г.И. , Глаголев Н.И., Ребиндер П.А. ДАН СССР, 123,
№ 4, 663 (1958).
51. Журков С.Н., Санфирова Т.П. ФТ Т 2, 1033 (1960).
32. Журков С.Н., Томашевский Э.Е. Сб. 'Некоторые проблемы проч-
Количественная
изд-во АН
(1967).
Сб. 'Исследования
ности твердого тела', стр. 74. М., изд-во АН СССР, 1959.
159

64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74.
63-Зайцев О.В. Исследование упругой и пластической деформации и | 88
их соотношение при внешнем трении. Автореферат канд. дисс.
Киев, КИИГА, 1968.
Зайт В. Диффузия в. металлах. М., ИЛ, 1958. I 89
Ипатьев В.В., Желтухин Д.В. ЖПХ, 30, 1281 (1957).
Ишлинский А.Ю., Крагельский И.В. ЖТФ, J^ 276 (1944). 1 90
Кабанов Б.Н. ЖХФ, 21, 338 (1941).
Калайтан Е.Н. Смазочные масла для реактивных двигателей. М.,
изд-во 'Химия*, 1968. | 91
Калайтан Е.Н., Крейн С.Э., Крылова Г.И. Сб. 'Улучшение эксплу
атационных свойств смазочных материалов', стр. 101. М., изд-во I 92
ЦНИИТЭнефтегаз, 1964. |93.
Камай Г., Егорова Л.П. ЖОХ, Ш, 1521 (1946). §94'
Канье М. Экспериментальные данные о структуре окисных слоев.
Сб. 'Окисление металлов'. М., изд-во 'Металлургия', 1968. §95.
Карасев В.В., Дерягин Б.В. ДАН СССР, 6_2, 761 (1948).
Клаус Е.Е., Бибер Х.Е. Влияние примесей, содержащих изотоп
32Р, на поведение меченого по фосфору трикрезилфосфата как про-§96.
тивоизносной присадки. - Сб. 'Новое о смазочных материалах*.
М., изд-во 'Химия', 1967. |97.
Клейменов Б.В., Дьякова Е.А., Санин П.И. Некоторые данные о §98
механизме действия органических соединений, содержащих трихлор- 199
метильную группу, при трении в условиях высоких нагрузок. - |100
Сб. 'Теория смазочного действия и новые смазочные материа
лы*. М., изд-во 'Наука*, 1965. §101
75.Конвисаров Д.В. Трение и износ металлов. М., Машгиз, 1947.
76. Конобеевский СТ. ЖТФ, ^3_, 200; 418 (1948).
Король В.К., Буше Н.А. Изготовление трущихся деталей из цинко-§102
вого сплава обработкой давлением. М., изд-во 'Транспорт', 1959
Кортов B.C., Минц Р.И. ФХММ, № 3, 272 (1966).
Костецкий Б.И. Износостойкость деталей машин. М., Машгиз, 19Г>(
Костецкий Б.И. Сопротивление изнашиванию деталей машин. М., §103
Машгиз, 1959.
Костецкий Б.И., Белицкий М.Е., Натанссн М.Э. Порошковая
металлургия, № 2, 40 (1964). §104
Костецкий Б.И., Бершадский Л.И., Аронов В.А. ДАН СССР, 190,
№ 6, 1337 (1970). 1L05
Костецкий Б.И., Бершадский Л.И., Чукреев Е.М. ДАН СССР, f 06
191, 1330 (1970).
Костецкий Б.И., Бершадский Л.И. Машиноведение, 1, 94 (1970), §107
Костецкий Б.И., Бершадский Л.И. Процессы трения в машинах. -
Сб. 'Надежность и долговечность машин*. Киев, УСХА, 1971.
Костецкий Б.И., Бершадский Л.И., Механика и физико-химия до» JL08
ствия смазок. - Сб. 'Надежность и долговечность машин*, Киев,
УСХА, 1971. 1.09
Костецкий Б.И., Бершадский Л.И., Литовченко Г.Ф. и др.
Динамическое состояние структуры при трении металлов. - Тезисы до- BL10
кладов шестой научной конференции по проблеме прочности и пла<^
тичности металлов и сплавов. Л., НТО Машпром, 1969.
160
77.
78.
79.
80.
81.
82.
83.
84.
85.
86.
87
Костецкий Б.И., Бормашенко А.И. Исследование дислокационной
структуры при внешнем трении металлов. - Труды пятой
межвузовской конференции, Лен. НТО, Петрозаводск, Машпром, 1967
, Костецкий Б.И., Едигарян Ф.С., Натансон М.Э. Изв. вузов
Машиностроение, 5, 52 (1964). '
Костецкий Б.И., Ивженко И.П. Дислокационная модель процессов
схватывания и окисления при внешнем трении металлов - Trwm.,
КИГВФ, вып. 5, Киев, 1964. ' РУ
Костецкий Б.И., Ивженко И.П., Натансон М.Э. Заводская лабова-
тория, № 9, 1081 (1962). V
Костецкий Б.И., Колесниченко Л.Ф. ДАН СССР, 157,, 574(1964),
Костецкий Б.И., Колесниченко Л.Ф. ДАН СССР, 157, 845 (1964)
Костецкий Б.И., Колесниченко Л.Ф., Натансон М."эГи дп aymm
1, 32 (1965). Р" ЛММ'
Костецкий Б.И., Колесниченко Л.Ф. О роли адсорбционно-активных
смазочных сред в износостойкости металлов. - Сб. 'Трение смазка
и износ деталей машин', КИГА, вып. 5. Киев, 1964. '
Костецкий Б.И., Колесниченко Н.Ф. Качество поверхности и тоение
в машинах. Киев, изд-во 'Техника', 1969.
Костецкий Б.И., Линник Ю.И. ДАН СССР, 183, 1052 (1968)
Костецкий Б.И., Линник Ю.И. ДАН СССР, 182, 555 (1968)
Костецкий Б.И., Натансон М.Э. ФХММ, № 5, 559 (1969)
. Костецкий Б.И., Натансон М.Э., Ивженко И.П. Ж. прикл спектпп-
скопии, № 4, 361, (1964). ' и1ектро
. Костецкий Б.И., Натансон М.Э., Скарченков К.З. и др Новый
метод испытания смазочных масел. - Сб. 'Повышение
износостойкости и срока службы машин*, вып. 2. Киев, НТО, Машпром 1966
. Костецкий Б.И., Натансон М.Э., Скарченков К.З., Топеха П К '
О подборе присадок к смазочным маслам. - Сб. 'Теория
смазочного действия и новые смазочные материалы". Изд-во 'Hnv^o»"
1965. ука '
, Костецкий Б.И., Натансон М.Э., Скарченков К.З., Топеха П К
Основные вопросы увеличения эффективности смазочных масел
Труды КИГА 'Трение, смазка и износ деталей машин', Киев 1964
, Костецкий Б.И., Натансон М.Э., Германчук Ф.К. Машиностроение
№ 2, 65 (1963). ниение,
Костецкий Б.И., Никулин Г.В. ДАН -СССР, 181, 331 (1968)
Костецкий Б.И., Носовский И.Г. Износостойкость и антифрикцион-
ность деталей машин. Киев, изд-во 'Техника*, 1965.
Костецкий Б.И., Носовский И.Г., Никитин Л.В. и др." Влияние
кислорода на процессы трения и износа. - Сб. 'Повышение
износостойкости и срока службы машин*. Киев, НТО, Машпром, 1966
Костецкий Б.И., Носовский И.Г., Никитин Л.В. ФХММ *№ r
675 (1965). ' " '
Костецкий Б.И., Рыжих Н.П., Натансон М.Э. Изв. вузов,
Машиностроение, № 9, 51 (1967).
Костецкий Б.И., Федоровский Л.Х., Бершадский Л.И. и др Вестн
машиностроения, № 2, 36 (1970).
161

111. Костецкий Б.И., Топеха П.К., Носовский И.Г. Вторичные
структуры на поверхностях трения и износа металлов. - Труды третьей
Всесоюзной конференции по трению и износу в машинах, т. 1. М.,
Изд-во АН СССР, 1960.
112. Костецкий Б.И., Шевеля В.В. ДАН СССР, 176, 70 (1967).
113-. Костецкий Б.И., Шульга О.В. ДАН СССР, 188. 80 (1969).
114. Коттрелл А.Х. Дислокации и пластическое течение в кристаллах.
М., Металлургиздат, 1958.
115. Крагельский И.В. Трение и износ. М., изд-во "Машиностроение",
1968.
116. Крагельский И.В. О трении несмазанных поверхностей. - Труды
Всесоюзной конференции по трению и износу, т. 1, М., изд-во
АН СССР, 1939.
117. Крагельский И.В. Трение волокнистых веществ. М., Гизлегпром,
1941.
118. Крагельский И.В., Михин Н.М. О влиянии природы твердых тел
на внешнее трение и о соотношении между адгезионной и
объемной составляющей. - Сб. "Теория трения и износа". М., изд-во
"Наука", 1965.
119. Крагельский И.В., Щедров B.C. Развитие науки о трении. М.,
Изд-во АН СССР, 1956.
120. Крылова Т.Н. ИАН, серия техн. наук, № 10, 189 (1938).
121. Кубашевский О.И., Гопкинс Б. Окисление металлов и сплавов.
М., изд-во "Металлургия", 1965.
122. Кудрина И.П., Коган Ю.И., Савицкий К.В. ФХММ, № 4, 444
(1968).
123. Куделя Е.С. Спектральный анализ металлов и сплавов. Киев,
Гостехиздат УССР, 1961.
124. Кузнецов В.Д. Физика твердого тела, т.4. Томск, Полиграфиздат,
1947.
125. Курдюмов Г.В., Перкас М.Д., Хандрос Г.Л. Физ. мат и
металловедение, 7, № 5, 747 (1953).
126. Курицина А.Д. Алюминиевые антифрикционные сплавы. М., Изд-вс
ЦИНТИ по автоматизации и машиностроению при Госплане СССР,
серия VI -81, 1963.
127. Кусаков М.М., Санин П.И., Разумовская Э.А. и др. Исследование
механизма взаимодействия трибутилтриафосфита в углеводородной
среде с тонкими слоями меди методом радиоактивных
индикаторов. - Сб. "Присадки к маслам и топливам". М., Гостоптехиздат,
1961. '
128. Кэя Д. Техника электронной микроскопии. М., изд-во "Мир",
1965.
129. Ларин Т.В. Износ и пути определения срока службы бандажей
железнодорожных колес. М., Желдориздат, 1953.
130. Ларин Т.В., Девяткин В.П. О природе выкрашивания поверхностей
железнодорожных колес. - Сб. "Материалы совещания по
контактной прочности". М., ИМАШ, 1961.
162
131. Леклер А.Д. Диффузия в металлах. - Сб. "Успехи физики
металлов", Т.1.М., Металлургиздат, 1956.
132. Леонардо да Винчи. О себе и о своей науке. Избр. произв.,
т.1. М., изд-во "Academia" , 1932.
133. Линник Ю.И. ФХММ, № 3, 364 (1968).
134. Линник Ю.И. Калориметрическая установка для исследования
процессов внешнего трения и некоторые результаты
исследования. - Сб. "Прикладная механика", № 3, Киев, КИИГА, 1969.
135. Литвиненко Г.П., Натансон М.Э. Технология и организация
производства, № 3, 21 (1970).
136. Лифшиц Б.Г. Физические свойства металлов и сплавов. М., Маш-
гиз, 1956.
137. Лихтман В.И., Ребиндер П.А., Карпенко Г.В. Влияние
поверхностно-активной среды на процесс деформации металлов. М.,
Изд-во АН СССР, 1954.
138.Лихтман В.И., Щукин Е.Д., Ребиндер П.А. Физико-химическая
механика металлов. М., изд-во АН СССР, 1962.
139. Лозовский В.Н., Гаркунов Д.Н., Поляков А.А. ДАН СССР, 133,
1128 (1960).
140. Лысак Л.И. Сб. "Вопросы физики металлов и металловедения",
Киев, изд-во АН УССР, № 6, 40 (1955).
141. Любарский И.М. Повышение износоустойчивости тяжелонагружен-
ных шестерен. М., изд-во "Машиностроение", 1965.
142. Любарский И.М., Любченко А.П., Герасименко К.С. О влиянии
на износостойкость стали тонкой сульфидной пленки,
образующейся на поверхности трения в процессе износа. - Сб. "Повышение
износостойкости и срока службы машин", т.2, Киев, Изд-во
АН УССР, 1960.
143. Любарский И.М., Любченко А.П., Нестеренко В.Т. Сб. "Новые
.технологические процессы". Харьков, Облитиздат, 1957.
144. Любимова Т.Ю., Ребиндер П.А. ДАН СССР, 63, № 2, 159
(1948).
145. Мак-Лин Д. Механические свойства металла. М., изд-во
"Металлургия", 1965.
146. Марочкин В.Н. Исследование геометрии поверхности. - Сб.
"Вопросы трения и проблемы смазки". М., изд-во "Наука", 1968.
147. Матвиевский P.M. Температурный метод оценки предельной
смазочной способности машинных масел. М., изд-во АН СССР,
1956.
148. Мянник А.О., Шепелева Е.С, Санин П.И. Влияние строения
некоторых эфиров фосфорных и фосфиновых кислот на их активность
как присадок, понижающих износ при трении. - Сб. "Новое о
смазочных материалах". М., изд-во "Химия", 1967.
149. Мянник А.О., Шер В.В., Санин П.И. Фосфонитрильные
соединения - синтетические присадки к смазочным маслам. - Сб.
"Теория смазочного действия и новые смазочные материалы". М.,
изд-во "Наука", 1965.
150. Натансон М.Э., Ж. прикл. спектроскопии, № 4, 612 (1969).
163

151. Натансон М.Э., Компанией В.А., Костецкий Б.И. Изв. вузов,
Физика, № 10, 141 (1970).
152. Натансон М.Э., Пясик И.Б., Скарченков К.З. и др. Определение
степени модификации поверхностей трения подшипников
скольжения по шести критериям оценки. - Тезисы докладов научно-
технического совещания по методам испытания и оценки
служебных свойств материалов для подшипников скольжения. М.,
ГосНИИМаш, 1969.
153. Сб. "Новое о смазочных материалах". М., изд-во "Химия",
1967.
154. Носовский И.Г. Влияние газовой среды на износ металлов. Киев,
изд-во "Техника", 1968.
155. Одинг А.А. Теория ползучести и длительной прочности металле!1
Киев, изд-во "Техника", 1968.
155. Одинг И.А. Теория ползучести и длительной прочности металло
М., Металлургиздат, 1959.
156. Одинг И.А., Иванова B.C. Прочность металлов при переменных
нагрузках. М., изд-во АН СССР, 1963.
157. "Окисление металлов", под ред. Ж. Бенара, т.1, 2. Mit изд-во
"Металлургия", 1968; сборник.
158. Панова А.В. Исследование явления одноосного сжатия и трансля
ционного сдвига граничных смазочных слоев. - Сб. "Теория
смазочного действия и новые смазочные материалы". М., изд-во
"Наука", 1965.
159. Папок К.К., Рагозин Н.А. Технический словарь по топливу и
маслам. М., Гостоптехиздат, 1955.
160. Петрусевич А.И. Вестн. машиностроения, № 1,20(1963).
161. Петякина Е.И., Виноградова И.Э., Багрянцева П.П., Равино-
вич A.M. Противоизносные присадки типа дитиофосфатов цинка и
их свойства. - Сб. "Теория смазочного действия и новые
смазочные материалы". М., изд-во "Наука", 1965.
162. Пилянкевич А.Н. Практика электронной микроскопии. М., Маш-
гиз, 1956.
163. Сб. "Присадки к маслам и топливам", Гостоптехиздат, М., 1961
164. Протоповов Б.В. Исследование внешнего трения в связи с
механическими и физическими процессами взаимодействия
поверхностей. Автореферат канд. дисс.Киев, УСХА, 1969.
165. "Прочность металлов при циклических нагрузках". Сб. М., изд-п
"Наука", 1967.
166. Пэнлеве П. Лекции о трении. М., ГИТТЛ, 1954.
167. Равинович A.M., Ладыженская И.В. Антиокислительные присадки
к смазочным маслам на основе продуктов реакции пятисернисто-
го фосфора и терпенов. - Сб. "Присадки к маслам и топливам".
М., Гостоптехиздат, 1961.
168. Сборник "Разрушение твердых тел". Сборник. М., изд-во
"Металлургия", 1967.
169. Раков К.М., Буше Н.А., Гуляев А.С. Новые биметаллы для под-
щипников. М., изд-во "Транспорт", 1967.
164
170.
171.
172.
173.
174.
175.
176.
177.
178.
179.
180.
181.
182,
183,
184,
185,
186
Робиндер П.А. Влияние активных смазочных сред на
деформирование сопряженных поверхностей трения. - Труды Всесоюзного
симпозиума о природе трения твердых тел. Минск, изд-во "Наука
и техника
, Ребиндер П.А
(1936).
. Ребиндер П.А
вов. - Сб
1969.
Изв.
АН СССР, ОМЕН, серия хим., 5, 639
Физико-химия диспергирования металлов и спла-
Исследование в области прикладной физико-химии
поверхностных явлений". ОНТИ, ЦГИНЦветмет. М.-Л., 1936.
Ребиндер П.А. Влияние активных смазочно-охлаждающих
жидкостей на качества поверхностей при ,обработке металлов
резанием и давлением. - Сб. "Качество поверхности", вып. 2. М.-Л.,
изд-во АН СССР, 1946.
Ребиндер П.А., Петрова Н.Н. Физико-химические основы явлений
износа трущихся поверхностей и смазки при высоких давлениях. -
Труды Всесоюзной конференции по трению и износу и машинах.
М.-Л., изд-во АН СССР, 1939.
Ребиндер П.А., Петрова Н.Н. Применение новых
смазочно-охлаждающих жидкостей для обработки металла опиловкой и шлифовкой.
Аннотир. указат. М.-Л. Изд-во АН СССР, 1941.
Регель В.Р., Лексовский A.M. ФТТ, № 4, 949 (1962).
"Роль дислокаций в упрочнении и разрушении металлов", под
ред. В.С.Ивановой. Сборник. М., изд-во "Наука", 1965.
Романенко А.Ф., Сергеев Г.А. Вопросы прикладного анализа
случайных процессов. М., Изд-во "Советское радио", 1968.
Рыжих Н.П. Исследование и оценка противоизносных свойств
антифрикционных сплавов. - Труды КИГВФ "Трение, смазка и износ
деталей машин", вып. 3. Киев, изд-во КИГВФ, 1962.
Савицкий К.В., Коган Ю.И., Кудрина М.П. ФХММ, № 4, 489
(1966).
Сакурай Т., Икеда С, Окабе Н. Исследование кинетики
взаимодействия меченых серусодержащих соединений со сталью в
процессе граничного трения. - Сб. "Новое о смазочных материалах".
М., изд-во "Химия", 1967.
Санин П.И., Ульянова А.В. Фосфорорганические соединения,
понижающие износ при трении, механизм их действия. - Сб.
"Присадки к маслам и топливам". М., Гостоптехиздат, 1961.
Санин П.И., Шепелева Е.С., Мянник А.О., Клейменов Б.В.
Химическое модифицирование поверхностей трения. - Сб. "Новое о
смазочных материалах". М., изд-во "Химия", 1967,
Санин П.И., Шер В.В. Химия и технология топлив и масел, № 3,
38 (1957).
Санин П.И., Шер В.В., Виппер А.Б. и др. Исследование
фосфатов металлов. - Сб. "Присадки к маслам и топливам". М.,
Гостоптехиздат, 1961.
Санин П.И., Шер В.В., Кулиев A.M., Папок К.К. Материалы
международного нефтяного конгресса, т. 4, стр. 231. М.,
Гостоптехиздат, 1961. i
165

187.
188,
189,
190,
191.
192.
193.
194.
195.
196,
197.
198,
199.
200,
201,
202,
203,
204,
205,
206.
207.
208.
209.
210.
211.
212.
166
Санин П.И., Шер В.В., Никитская Е.А. Химия и технология
топлив и масел, № 8, 24 (1958).
Семенов А.П. Исследование схватывания металлов при
совместном пластическом деформировании. М., Изд-во АН СССР, 1953.
Серебрянников М.Г., Первозванский А.А. Выявление скрытых пе-
риодичностей. М., изд-во "Наука", 1965.
Степанов А.В. ЖТФ, 23, 1212 (1953).
Степанов А;В., Донской А.В. Вопросы физической прочности и
пластичности твердых тел. - Тезисы совещания физической
секции. М., изд-во АН СССР, 1952.
Строкан Б.В. Разрушение металлов кавитацией. Л., ЦНИИ им.
акад. А.Н. Крылова, 1950.
Терни Т. Механизм реакций окисления - восстановления. М.,
изд—во "Мир", 1968.
Титчнер Э.Л., Бевер М.Б. Скрытая энергия при наклепе. - Сб.
"Успехи физики металлов", т.4, М., Металлургиздат, 1961.
Томашов Н.Д., Альтовский P.M., Чернова Г.П. Прибор для
электрохимического исследования металлов при зачистке их
поверхности под раствором. М., ВИНИТИ, 1958.
Трепнел Б. Хемосорбция. М., МЛ, 1958.
Уманский Л.С. Изд. СФХА, 1948, 16, 61, 127.
Усталость и хрупкость металлических материалов, Сборник по»
редакцией В.С.Ивановой. М., изд-во "Наука", 1968.
Фальковская А.А., Вавул А.Я., Хейфец Е.М. и др. Эффективное^
некоторых молибден- и сероорганических соединений как противо-
износных присадок к смазочным материалам. - Сб. "Присадки к
маслам и топливам". М., Гостоптехиздат, 1961.
Фридель Ж. Дислокации. М., изд-во "Мир", 1967.
Фрумкин А.Н., Багоцкий B.C. Иофа З.А., Кабанов Б.Н. Кинетика
электродных процессов. Изд-во МГУ, 1952.
Френкель Я.И. Введение в теорию металлов. М., ГИФМЛ, 1958.
Фудзита Ф. Окисление и дислокационные механизмы образования
усталостных трещин. - Сб. "Разрушение твердых тел". М., изд-во
"Металлургия", 1967.
Фукс Г.И. Колл. ж., 20, 748 (1958).
Фукс Г.И. Влияние полимолекулярного граничного слоя на
статическое трение. - Сб. "Теория смазочного действия и новые
материалы". М., изд-во "Наука", 1965.
Фукс Г.И. ФХММ, № 5, 551 (1969).
Фукс Г.И. Колл. ж., 20, 748 (1958).
Фукс Г.И. ФХММ, № 5, 540 (1967).
Харкевич А.С. Спектры и анализ. М., Физматгиз, 1962.
Хауффе К. Реакции в твердых телах и на их поверхности. М.,
ИЛ, т.1, 1962; т.2, 1963.
Хоткевич В.И., Чайковский Э.Ф., Зашквара В.В. ФММ, 1_ , 206
(1955).
Хрущрв М.М. Лабораторные методы испытания на изнашивание
материалов зубчатых колес. М., изд-во "Машиностроение", 196(1.
213. Хрущов М.М., Бабичев М.А. Исследование изнашивания металлов.
М., изд-во АН СССР, 1960.
214. Честное А.Л. Вопросы отделочной обработки металлов. М.,Маш-
гиз, 1961.
215. Честное А.Д. Исследование процессов отделочной обработки
деталей при помощи радиоактивных изотопов. М., Машгиз, 1959.-
216. Шевеля В.В., Костецкий Б.И. ДАН СССР, 175, 1270 (1967).
217. Шепелова Е.С., Санин П.И. Хлорфосфорсодержащие соединения
как присадки, понижающие износ в условиях граничного трения. -
Сб. "Присадки к маслам и топливам". М., Гостоптехиздат, 1961.
218. Шепельский В.А., Бершадский Л.И.,Натансон М.Э. и др.
Трансформация и разрушение поверхности при трении металлов. -
Тезисы докладов шестой научной конференции по проблеме
прочности и пластичности металлов и сплавов. Л., НТО Машпром, 1969.
219. Шишкина К.Ф., Костецкий Б.И. Структура и свойства твердых
растворов, возникающих при окислении железа. - Сб.
"Металлофизика", вып. 22. Киев, изд-во "Наукова думка", 1968.
220. Шульга О.В. Вестн. АН Каз ССР, 7, 53 (1969).
221. Щукин Е.Д., Кочанова Л.А., Перцов А.В. Кристаллография, 8,
69 (1963).
222. Щукин Е.Д.,Ребиндер П.А. Образование новых поверхностей при
разрушении твердого тела в поверхностно-активной среде. -
Тезисы докладов IV Всесоюзной конференции по коллоидной
химии (Тбилиси, 1958). М., АН СССР, 1958, стр. 128.
223. Щукин Е.Д., Ребиндер П.А. Колл.ж.. 20. 645 (1958).
224. Эванс Ю.Р. Коррозия и окисление металлов. М., Машгиз, 1962.
225. Andrade E„ Nature, 163, 381 (1949).
22 6. Andrade E., Randall R., Makin M. Proc.Phys.Soc,
63, 990 (1950).
227. Basinski Z„S., Dugdale T.S., Howie A. Physios.Mag.,
96 (1963).
228. Cameron A. Amer.SocLubricat. Engrs.Preprint, 1952,
N 59, 4A2 (1952).
229. Cameron A. Amer.SocLubricat. Engrs.,2, 195 (i960).
2 30. Dies K. Die Vorgange beim Vershleiss bei rein
gleitender trockener Reibung.- VDI Zeit, N 10 (1938).
231. Ernst G., Merchant P. Chip Formation Friction
and High quality machined surfaces., Surface
Treatment of Metals, Soc, of Metals (l94l).
232. Pink M. Arch. Eisenhuttenwesen, 4, 161 (1932).
233. Gilman G.G, Philos.Mag., 159, 6 (l96l).
234. Griffith. A.A. Proc. 1st Internat. Congr. Appl.Mech.,
Delft, 192 4.
235. Gumbel L. Reibung und Schmierung im Maschi-
nenbau. Berlin, Verlag M.Krayn, 192 5.
236. Hardy W., Birkumshay I. Proc.Roy.Soc, A108,3
(1925).
37. Hardy W., Doubleday I. Proc.Roy.Soc, AlOO,550(1922).
167

233. De La Hire. Mem. Acad, royale, 1700.
2 3 9. Hi"sch P.B. The relation between structure and me|i
chanical properties of metals. London, HMSO, 1963.
240. Hirst W., Lancaster J.K. Proc.Roy.Soc, A223, 224
(1954).
2 41. Jackson R., Quarrel A.G. Iron and Steel Inst.Spec]
Rept, 1939, N 24.
242. Langmuir I.-J.Amer.Chem.Soc, 40, 1361 (1918).
2 43. Lee C.H., Maddin R. Trans. Metallurg. Soc. AYME,|
215, 39? (1959).
244. Lennard- Gones G.E.,Trans. Faraday Soc, 28. 333
(1932).
245. Leslie I. An experimental inquiry into the nature
and propagation of heat. Chap. XV. Edinburgh,Maw|
man, 1804.
2 46. Ling P.P. On Asperity Distribution of Metalic
Surfaces. - J.Appl.Phys., 29 (1958).
247. Rabinowicz E., Priction and wear of materials.
N.Y., 1965.
248. Sifferlen R. C.r. Acad, sci., 240(1955), 244(1957).
249. Shaw MjC. Appl. J.Mech, JJ5, 37 (1948).
2 50. Show W. The role of friction in deformation
processing. -J.Amer. Chem. Soc, .6, 634 (1963),
251. Stroh A.N. Proc.Roy.Soc., A223 (1954).
252. Taylor H.S. J.Amer.Chem. Soc, _53> 578 (l93l).
253. Taylor G.I. Proc.Roy.Soc, A145, 362 (1934).
254. Thissen P.A., Meyer K., Heinicke G. Grund-
langen der Tribochemie,Berlin,Akad.Verlag, 1967
2 55, Tomlinson G.A. Molecular theory of friction, Phi-J
los Mag., _7_, Ser. 6 (l929).
256. Whitehead J.R. Proc. Roy. Soc, 201, 109 (1950).
237. Watos W.A. Rept. Progr. Chem., 152 (1945).
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие 3
Введение... , 4
Глава1. Внешнее трение твердых тел
1. Теории трения твердых тел 7
2. Граничное трение 11
3. Обшие закономерности изменения силы трения и
скорости износа в зависимости от условий нагружения . 14
4. Исследование энергетических соотношений при внешнем
трении металлов 15
Глава И. Взаимодействие поверхности твердого тела
и среды при отсутствии механических воздействий
1. Физическая и химическая адсорбция на поверхности
металла 20
2. Взаимодействие металла с кислородом 23
3. Состояние смазки на поверхности твердого тела 28
Глава III. Взаимодействие твердых тел и среды при
трении
1. Пластическая деформация и структурное состояние
поверхностных слоев металла 32
2. Активация поверхностных слоев металла 52
3. Состояние граничного слоя смазки и смазочное
действие при трении 55
4. Деструкция молекул смазок и присадок к маслам в
процессе трения 63
5. Взаимодействие металла и кислорода в процессе
трения 72
6. Совместное действие поверхностно-активных
веществ (ПАВ) и кислорода в процессе трения и
износа 77
7. Влияние деформируемого состояния поверхностных
слоев металла на смазочное действие 80
Глава IV. Вторичные структуры
1. Превращения поверхностных слоев металла при
нормальном трении и образование вторичных структур. ... 81
2. Сродство кислорода к металлам 87
3. Влияние концентрации кислорода в газовой среде на
свойства вторичных структур 88
4. Изменение состава примесей при образовании
вторичных структур 90
169

5. Механизмы образования вторичных структур при
взаимодействии металлов с жирными кислотами, их
солями и роданидами металлов 94
6. Образование вторичных структур путем переноса
металла 96
7. Исследование энергетических соотношений при
образовании вторичных структур 98
8. Классификация вторичных структур металлов и
некоторые особенности их образования 100
9. Вторичные структуры, возникающие в процессе
повреждаемости поверхностей 101
Глава V. Динамическое равновесие процессов трансформации
и разрушения поверхности при нормальном трении
и износе
1. Разрушение вторичных структур 105
2. Результаты электронномикроскопических исследований. . ЦО
3. Изменение электрохимического потенциала
поверхностей при нормальном трении и износе 114
4. Саморегулирование процессов разрушения и
восстановления вторичных структур 118
5. Исследование переходных процессов при изменении
условий нагружения 120
6. Изменение характеристик поверхностных слоев при
возникновении повреждаемости и определение диапазона
нормального трения и износа . ... . 124
Глава VI. Управление процессами трения и износа
1. Цели управления процессами трения и износа и
основные функции смазок 127
2. Функциональная схема смазочного действия ....... 13 1
3. Использование присадок к смазочным материалам. . . 133
4. Критерии оценки смазочного действия при трении и
износе. Методы испытания смазок 147
Заключение 155
Литература 157
Борис Иванович Костецкий, Марк Эмильевич Натансон,
Лазарь Исаакович Бершадский.
МЕХАНО-ХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ПРИ ГРАНИЧНОМ ТРЕНИИ
Утверждено к печати
Научным советом по трению и смазкам
Редактор издательства В.В. Дытынко
Технический редактор В.И. Дьяконова
Подписано к печати 24/Х1-72 г. Формат 60 х 90 1/16
Усл.печ.л. 10,75 Уч.-изд.л. 11,88 Т-13697 Бумага № 1
Тираж 2250 экз. Цена 83 к. Тип.зак. J553
Книга издана офсетным способом
Издательство 'Наука*,103717 ГСП,Москва, К-62, Подсосенский пер.,21
1-я типография издательства "Наука",Ленинград, В-34, 9-я линия,12