Дослідження механізму поступлення газового середовища з зовні у міжконтактний простір поверхонь тертя. Ч астина 2 Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2015, № 1 20 Криштопа Л.І. Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу, м. Івано-Франківськ, Україна Е-m ail: L.I.Kryshtopa@mail.ru ДОСЛІДЖЕННЯ МЕХАНІЗМУ ПОСТУПЛЕННЯ ГАЗОВОГО СЕРЕДОВИЩА З ЗОВНІ У МІЖКОНТАК ТНИЙ ПРОСТІР ПОВЕРХОНЬ ТЕРТЯ. ЧАСТИНА 2 УДК 621.891 Для моделювання фізико- хімічно ї та математично ї модел і механіз му мігр ації оточу ючого сер едовища на фр икційний контакт р озгляну то: адсор бційний, пер екачу вальний, щілинний ефекти та пр оцес р озкладу фенолфор ма- льдегідного матер іалу під дією повітр я та без його досту пу . Клю чові слова: міжкон тактн ий простір, фрикц ійн ий кон такт, повер хні тертя , адсорбція , адсорбат, а дсо- рбент, перекачуваль ний ефект, щ іли нний ефект, фенолформальдегідні матеріа ли. Вступ Математична модель механ ізму міграції оточуючого середовища на фрикційний кон такт було розгляну то в [1]. Дослідження повер хонь бу дь-я кого тіла дозволяє зробити висновок, що його повер хневі шари за своїми властивостями значно відр ізняю ться від вну трішн іх шарів, та к як енергія таки х шарів [2] перевищує значення енергії елементарни х об’ємів речовини з внутрішн іх шарів. Крім того, на характери- стики повер хне ви х шарів різни х матеріа лів значний вп ли в робить газове сере довище, що оточує об’єкт. Скла д середовища , його фізико-хім ічні характеристи ки іс то тно пов’язан і з фрикцій но- зношувальними властивостями матер іалів [3]. При кон такті з а тмосферою, найважливішими, з точки зо- ру розвитку а дсорбції, компонентами середови ща є: азот, кисень , во день. Ці компоненти присутні у ви- гля ді двоатомни х молеку л, а не окреми х атомів. Вони ос ідаю ть на повер хн я х та можуть вс тупати в хім і- чні з’єднанн я з повер хневими шарами фрикційни х матер іалів. Пос тановка проблем и Провести обробку лабораторни х дос ліджень ме хан ізму поступ лення га зового середовища із зов- ні до міжкон тактного прос тору поверхонь тер тя та створити ме ханіко-фізико-хім ічну модель ме хан ізму міграції оточуючого середовища на фрикційний кон- такт, ви користовуючи математичну моде ль розроблену в [1]. Процес адсорбції по діляє ться на два ви ди – хі- мічний та фізичний. Руш ійна си ла адсорбційного проце- су, з о дного боку, визначається енергією твердого тіла, а з другого – активн істю а дсорбата, тобто а томів та моле- кул оточуючого середовища. При збли женн і адсорбата з поверхнею твер дого тіла, енергія взаємодії змінює ться у відповідності з за лежн істю , що предс тавлена на рис. 1. точка 0l на осі абсцис відповідає рівнова жній відстан і між адсорбентом (тобто повер хнею твердого тіла) та ад- сорбатом. Відповідна рівноважному станові енергія зв’язку позначена точкою  0lW . Її значення визнача- ється природою адсорбата та адсорбента. Фун дамента- льна за лежн ість може бути викорис тана при розгляді я к фізичної, та к і хім ічної а дсорбції на повер хн і будь-яко го твердого тіла. У відповіднос ті з цією залежн іс тю на поверхн я х відбувається осаджування п лі- вок усіх ви дів. При утворенн і повер хневи х з’єдна нь, наприкла д, в процесі окис лення) на першому етапі, попередньою хімічною реакц ією буде фізична а дсорбція. Реальн і повер хн і мета лів по криті хемосорбованими газами, а в кисне вмісному середовищі, я к правило, спос терігає ться й їхнє окис лення . В а тмосфері, окрім кисню, міс тя ться й інш і компоненти, але на поверхн і найчастіше зна хо ди ться саме він. Процес хемосорбції газів продовжується до досягненн я до- ста тньо визначеної концентрац ії адсорбата, при я кій настає насичення та утворюється мономолекуляр- ний шар. Потім він припин яється , та може продовжуватися лише фізична а дсорбція або утворення об’ємної окисної плівки, якщо енергії вис тачи ть для протіканн я реакц ії о кислен ня. Поня ття хемосорбції застосовне лише до двомірни х утворень. Рис. 1 – Ене ргія адсорбції в залежності ві д відстані мі ж адсорбе нтом та адсорбе нтом Дослідження механізму поступлення газового середовища з зовні у міжконтактний простір поверхонь тертя. Ч астина 2 Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2015, № 1 21 Також необхідно відміти ти , що характерною рисою хемосорбції, яка відрізняє її від хімічни х ре- акцій , є влас тивіс ть оборотності зі збереженням хімічного скла ду адсорбенту. Причому енергія хемосор- бційної взаємодії значно вища ніж енергія ф ізичної адсорбції. Залежніс ть тис ку газу у міжкон тактному просторі від температури показує наявн іс ть прямої пропорційності (рис. 2, 3) у вказан и х діапазона х на ван тажень. З ростом температури тиску газу росте як при початкови х, та к і при повторни х випробування х. При цьому наслідком термодеструкції повер хневи х шарів ФАПМ є зменшення ш видкості рос ту тис ку в міжкон тактному просторі. Рис. 2 – Залежні сть темпе ратури поверхні тертя та тиску газу у між контактному просторі від швидкості : 1 – випробування вихідного матері алу; 2 – повторні випробування Рис. 3 – Залежні сть тиску газу у між контактному просторі від темпе ратури поверхні тертя: 1 – випробування вихідного матері алу; 2 – повторні випробування На рис. 4, 5 показан і залеж ності ліній ного та масового зношування від шви дкос ті ковзання. З ни х видно, що в ін терва лі температур (480 – 680) К спостерігається різка зміна фізи ко-ме хан ічни х влас тивос- тей повер хневи х шар ів ФА ПМ. Фено лформальдегідні по лімерні матер іали починаю ть набрякати, лін ійн і розміри збільшую ться. Одночасно їхня маса різко зменшується, що призводи ть до росту масового зно- шування. Це доста тньо повно свідчи ть про переважуванні ф ізико -хімічни х процесів на д фізи ко- механ ічними через ви хід на повер хню тер тя рідки х проду ктів дес трукц ії. Він призводи ть до заповненню міжконта ктного простору, що сприяє повному виродженню щілинно го зазору та ефекту перекачування між повер хнями тер тя. Рис. 4 – Залежні сть лі ні йного відносного зношування ФАПМ від швидкості ковзання: 1 – випробування вихідного матері алу; 2 – повторні випробування Рис. 5 – Залежні сть масового зношування ФАПМ від швидкості ковзання: 1 – випробування вихідного матері алу; 2 – повторні випробування Дослідження механізму поступлення газового середовища з зовні у міжконтактний простір поверхонь тертя. Ч астина 2 Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2015, № 1 22 Резуль та ти газо динаміки при повторни х дос лідженн я х ти х сами х пар тертя відр ізняю ться від значень, одержани х при випробуванні нови х взірц ів в бік зниження на длишкового тиску P . Аналізую- чи суть ци х зм ін, було проведено серію експериментів по визначенню зміни густи ни фенолформальдегі- дни х полімерни х матеріа лів по товщ ині досліджуваного взірця в за лежнос ті від об’ємної температури та трива лості на гріву. Необ хідна температура повер хн і ФАПМ у процесі дослідження дося галась ш ля хом зміни швид- кості ковзання та наванта ження на пару тертя. Ви значення густи ни відбувалось ш ля хом зважування взір- ців до та п іс ля пошарового зн яття на п лоскош ліфувальному верстаті контрольовано го шару ФАПМ. Густину розраховано згідно формули: V g    , (1) де  – густи на зня того шару; g – маса знятого шару; V – об’єм знятого шару. На рис. 6, 7 пре дс тавле ні залежнос ті зміни густин и повер хневи х шар ів фенолформальдегідни х матеріалів від температури. Зменшення густини ре тинаксу ФК-24А до значення 3106,1  кг/м3 при температурі 873 К дає п ідс таву с твер джува ти, що в’яжуча речовина ви горає майже повніс тю, на повер хн і тертя у творюється композиція з а збесту, бариту та коксопо дібно ї речовини, що утворюється в процесі термодеструкц ії фенолформальдегідної смоли . Рис. 6 – Змі на густини ретинаксу ФК-24А по глибині за рі зних темпе ратур поверхні тертя: 1 – 423 К; 2 – 573 К; 3 – 873 К Рис. 7 – Змі на густини ретинаксу ФК-24А по глибині за рі зних темпе ратур поверхні тертя: 1 – 0,5 мм; 2 – 1,0 мм; 3 – 1,5 мм; 4 – 2,0 мм Висновки Аналіз експеримента льної за лежності по казує наявн іс ть максимумів функц ії  vfT  в діапа - зоні ш ви дкості ковзанн я v  4 - 5 м/с. Анало гічне я вище спос терігається при  vf . Пояснення ци х резуль та тів базує ться на тому, що у процесі тер тя за шви дкос тей (0,63 – 1,25) м/с, яким відповідає температура (480 - 680) К, ін тенси вно зростає масове зношування (рис . 5), а лін ійне (рис. 4) зм інюється незначно. Тобто спос терігається набрякання ФАПМ . Та ка зміна gI , hI свідчи ть про р ізку зміну густини взірця ФАПМ. Проте, із зб іль шенням шви дкос ті ковзання , ін тенси вніс ть ліній ного та масового зношу- вання вирівнюється . Така р ізно характерна зміна на різни х режима х, повн іс тю пов’язує ться зі зміною гу- стини та фізико-хім ічни х влас тивосте й та при поверхневи х шарів ФАПМ. У зв’язку з цим, при поверхне- Дослідження механізму поступлення газового середовища з зовні у міжконтактний простір поверхонь тертя. Ч астина 2 Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2015, № 1 23 вий шар втрачає свої вихідн і механ іко - фізично - хімічні влас тивості, а на поверхн і тер тя утворюється коксоподібний шар з наповнювачами ФАПМ. Газовиділення з повер хонь тертя за час зношування такого шару та прогріву внутрішн іх шарів ФА ПМ знижується , причому можливі умови коли вини кає розрі- дження у між конта ктному просторі. Газодинаміка у міжкон тактному просторі має складний характер, я кий, в за лежнос ті від режимів тертя та механ іко-фізично-хім ічни х влас тивос тей повер хні ФА ПМ, може набувати додатного або від’ємного значення. На длишковий тис к перешкоджає міграції в між кон тактний простір оточуючого се- редовища та створює умови для утворення зон плівкового голо дування [4]. По даль ші дослідження бу- дуть присвячені дослідженню газодинам іки у м іжкон тактному просторі за дес трукц ії ФА ПМ. Літе ратура 1. Криштопа Л.І. Дослідження ме ханізму поступлення газового середовища з зовні у міжкон такт- ний простір повер хонь тертя (час тина 2) / Л.І. Криш топа, І.М. Бо гатчук // Проблеми трибології (Prob le ms of Tribology). – 2014.– № 4 – С. 31-36. 2. Бакли Д. Повер хнос тные я влен ия при а дгезии и фрикционном взаимодейс тви и / Д. Ба кли // М.: Машиностроение, 1986. – 360 с. 3. Крагельс кий И.В. Основы расчетов на трение и износ / И.В. Кра гельс кий, М.Н. Добычин, В.С. Комбалов // М.: Машиностроение, 1977. – 526 с. 4. Ковырши н О. Н. Хроника изучения влиян ия газовой среды на трение / О. Н. Ковыршин // Сре- да и трение в ме хани зма х. – Та ганрог. – 1974.- Вып . 1. – с. 125 – 131. 5. По кусаев В.В. Иссле дование рас хода возду ха через конта кт точечны х повер хнос тей / В.В. По- кусаев // Сб. «Кон тактные взаимодейс твия тверды х те л», Калинин. гос. ун -т. – 1982. – С. 22 - 27. 6. Георгиевс кий Г.А. Влия ние различны х ингра диен тов на фрикционные свойства п ластмасс / Г.А. Георгиевский // Сб. «трение и износ в машина х» Изда т-во АН СССР – 1962. – ВЫП. 16. – С. 121 – 150. Поступи ла в редакц ію 29.12.2014 П р о б л е м и т р и б о л о г і ї “P r o b l e m s o f T r i b o l o g y” E-mail: tribosenator@gmail.com Дослідження механізму поступлення газового середовища з зовні у міжконтактний простір поверхонь тертя. Ч астина 2 Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2015, № 1 24 Kryshtop a L.I. Research of mechanism of receipt of gas environment with outwardly in intercontact space of surfaces of friction. Рart 2. The article is devote to the p roblem of laboratory researches of mechanism of receip t of gas environment with out- wardly to intercontact sp ace of friction surfaces and create the p hysical and ch emical model of mechan ism of migr ation of environment to the friction contact. For the design of model of migration of env ironment mechanism which consid ered to the friction contact adsorption, p ump ing and crack effects take p lace. A gas dy namic at intercontact sp ace has a difficult character dep ending on the modes of friction and mechanical, p hy sical and ch emical p rop erties of friction surface can get the p ositive or negative v alue. Surp lus p ressure hinders to migra- tion in between contact sp ace of env ironment and creates terms for formation areas of p ellicle starvation. Subsequent re- searches will b e devoted to research of gas dy namic at intercontact sp ace for destructions of p henol formaldehy de materials. Key words: intercontact sp ace, friction contact, surfaces of fr iction, adsorp tion, adsorbat, adsorbent, p ump ing eff ect over, crack eff ect, p henol formaldehy de materials. References 1. Kryshtopa L.I. Doslidzhennya mehanizmu poctuplennya gazovogo seredovishcha z zovni u mizhkon- taktniy prostir poverhon tertya. L.I. Kryshtopa, I.M. Bogatchuk. Proble ms of T ribology, 2014, No 2, pp.144-149. 2. Bakli D. Poverhnostnie yavleniya pri adgezii i friktsionnom vza imodeystvii. M.: Mashinostroenie, 1986. 360 with. 3. Kragelskiy I.V. Ocnovi raschetov na treniye i iznos . I.V. Kragelskiy, M.N. Dobichin, V.S. Ko mba lov. M.: Mashinostroenie, 1977. 526 p. 4. Kovirshin O. of the N. Hronika izucheniya vliyaniya gazovoy sredi na treniye. Sreda i t reniye v mechanis mah. Taganrog. 1974. Vip. 1. p. 125 - 131. 5. Pokusaev V.V. Issledovaniye rashoda vozduha cherez kontakt tochechnikh poverkhnostey. Sb. «Kon- tactnoye vzaimodeystviye tverdikh tel», Ka linin. gos. un-t. 1982. pp. 22 - 27. 6. Georg ievskiy G.A. Vliyaniye razlichnikh ingradientov na friktsionnie svoystva plastmas . Sb. «treniye i iznos v machinah» of Izdat-vo AN USSR. 1962. VIP. 16. pp. 121 - 150.