Оцінка електричних струмів під час трибоелектричної взаємодії в металополімерних парах тертя Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2018, № 1 10 Козак Ф.В., Криштопа С.І. Івано - Франківський національний технічний університет нафти і газу, м. Івано - Франківськ, Україна E-mail: auto.ifntung@ukr.net ОЦІНКА ЕЛЕКТРИЧНИХ СТРУМІВ ПІД ЧАС ТРИБОЕЛЕКТРИЧНОЇ ВЗАЄМОДІЇ В МЕТАЛОПОЛІМЕРНИХ ПАРАХ ТЕРТЯ УДК 621.891 Проілюстрована фізична картина процесу електризації поверхонь металополімерних пар тертя трибосистем під час електротермомеханічного тертя. Виконані розрахунки величин циркулюючих трибоелектричних струмів під час електротермомеханічної взаємодії в металополімерних парах тертя трибосистем. Ключові слова: металополімерні пари тертя, трибоспряження, трибосистема, трибоелектричні струми, електризація поверхонь, енергетичні рівні, робота виходу електронів і іонів. Вступ Знос і руйнування фрикційних матеріалів під час тертя обумовлений сумісною дією механічних, теплових, хімічних і електричних полів на поверхневі і підповерхневі шари матеріалів та дією їх градієн- тів, які викликають зміни в матеріалах. В мікровиступах контактів металополімерних гальмівних пар під час електротермомеханічного тертя діють динамічні навантаження, відбуваються хімічні реакції, а також генеруються термоелектричні струми. Розрізнені дані про енергонавантаженість металополімерних пар тертя трибосистем вимагають оцінки не тільки зовнішніх експлуатаційних параметрів (нормального зу- силля; поверхневих і об'ємних температур; динамічного коефіцієнта тертя; механічних і термічних на- пружень і ін.), але і величин циркулюючих трибоелектричних струмів. Останні в значній мірі впливають на енергетичні рівні поверхневих шарів та зношування поверхонь трибоспряжень. Постановка проблеми Специфіка полімерних матеріалів полягає в тому, що їх робота в трибоспряженнях супроводжу- ється процесами трибоелектризації [1]. Електричні струми в полімерних накладках, що є електретами, викликані цілим рядом причин. В першу чергу це процеси електротермомеханічного тертя, зміна елект- ричного поля або заряду електрета з часом або просто його присутність в поверхневому і підповерхнево- му шарах накладки [2]. В загальному випадку струм складається з двох компонент: одна з них – струм провідності, обумовлений фізичним рухом електричних зарядів через поперечний переріз підповерхне- вого шару накладки, а друга – струм зсуву, з'являється унаслідок реактивних ефектів [3]. Поверхневий і підповерхневий шари полімерної накладки є накопичувачами зарядів, об'єм і властивості яких зміню- ються залежно від їхньої енергонавантаженості. Крім того, мікровиступи контактів металевого елементу беруть активну участь у формуванні ланцюгів з мікротермоелектробатарей і мікроконденсаторів [4]. Роз- робка електротермомеханічної теорії тертя і зносу металополімерних пар тертя гальмівних пристроїв до- зволить здійснювати прогнозування, регулювання і управління зміною їх внутрішніх і зовнішніх експлу- атаційних параметрів з метою підвищення ефективності і ресурсу фрикційних вузлів. Виходячи з вище- викладеного для створення електротермомеханічної теорії тертя і зносу металополімерних пар тертя є актуальною оцінка величин циркулюючих трибоелектричних струмів в металополімерних парах тертя трибосистем. Мета роботи – визначити величини циркулюючих трибоелектричних струмів під час електроте- рмомеханічної взаємодії в металополімерних парах тертя трибосистем. Постановка задачі У даній публікації розглянуті наступні питання стосовно даної проблеми: - дослідити фізичну картину процесу електризації поверхонь металополімерних пар тертя трибо- систем під час електротермомеханічного тертя; - оцінити зарядно-розрядні процеси в дво- і тришарових структурах плям контактів мікровисту- пів металополімерних пар тертя; - визначити величини циркулюючих трибоелектричних струмів під час електротермомеханічної взаємодії в металополімерних парах тертя трибосистем. Оцінка електричних струмів під час трибоелектричної взаємодії в металополімерних парах тертя Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2018, № 1 11 Виклад основного матеріалу досліджень Розроблення електротермомеханічної теорії тертя і зносу металополімерних пар тертя гальмів- них пристроїв дозволить надалі здійснювати прогнозування, регулювання і управління зміною їх внут- рішніх і зовнішніх експлуатаційних параметрів з метою підвищення ефективності і ресурсу фрикційних вузлів, встановити взаємозв'язок процесів, явищ і ефектів, що відбуваються на макро-, микро- і нанорів- нях при контактно-імпульсній фрикційній взаємодії. Основними параметрами, на які необхідно звернути увагу є: електричні іонні струми в поверхневих шарах полімерної накладки, допустимі градієнти елект- ричного потенціалу і перепаду температур в металополімерних парах тертя, енергонавантаженість і цир- куляція теплових струмів в елементах гальмівних шківів. Перераховані параметри істотно впливають на градієнтну теорію єдиного поля взаємодії. Особливо себе проявляє знос і руйнування поверхонь у фрикційних гальмівних матеріалів, які мають суттєво різні коефіцієнти лінійного теплового розширення та роботи виходу електронів, що приз- водить до виникнення в них значних температурних і електричних градієнтів. Таким чином, проблема опору тепловому імпульсу і тепловим напруженням, обумовлена дією не тільки теплових полів, але і су- купності інших полів, насамперед електричних. Під опором матеріалів, особливо фрикційних, електрич- ному і тепловому імпульсу, мається на увазі їхня стійкість в умовах миттєвої генерації електричного і те- плового струму на контактуючих поверхнях металополімерних пар тертя. Фізична картина процесу електризації поверхні полімерної накладки під час електротермомеха- нічного тертя зводиться до наступного. Під час контакту з полімерною накладкою, електрони металевого фрикційного елементу вибивають з поверхні фрикційної накладки вторинні електрони, що приводить до утворення поблизу поверхні позитивно зарядженого шару. Коефіцієнт емісії вторинних електронів ви- значається відношенням числа емітованих електронів до числа первинних та залежить від енергії елект- ронів і властивостей поверхні. Для більшості полімерів його максимальні значення досягають 2-5 при енергіях первинних електронів 150-300 еВ, а при великих енергіях вихід зменшується згідно із залежніс- тю 1W [5]. Можна очікувати, що при енергіях W  10 keB вихід емісії не перевищить 0,2. Присутність вторинних електронів обумовлюється провідністю, яка індукується опромінюванням. Вона на кілька по- рядків величини перевищує власну провідність матеріалу. Наприклад, для тефлону значення цих провід- ностей складають, відповідно, 1310 і 2210 Ом-1 · см-1. Проникаючи в глибину поверхневого шару накладки електрони захоплюються атомами та утво- рюються від’ємні іони. Провідність в полімерах визначається концентрацією іонів, їхньою рухливістю, інжекційними явищами та поляризацією. У процесі фрикційної взаємодії металополімерних гальмівних пар, тобто під час гальмування, рухомий металевий фрикційний елемент (гальмівний шків, барабан) одержує електричні заряди (мікроі- мпульси) з боку мікровиступів нерухомого контртіла, яким є робоча поверхня полімерної накладки (пря- ма пара тертя). В зворотних парах тертя все відбувається навпаки. Величини поверхневих зарядів метало полімерних пар тертя в процесі електротермомеханічної фрикційної взаємодії є змінними. Розподіл заря- дів в металополімерній парі тертя в дво- і тришарових структурах плям контактів мікровиступів метало- полімерних пар тертя проілюстровано на (рис. 1, а, б, в). На останньому показані схематичні розрізи пар тертя серійних стрічково- (а) і барабанно-колодкових (б) гальм, а також багатопарного стрічково- колодкового гальма (в). а б в Рис. 1 – Схематичний розріз дво- та тришарових структур фрикційних вузлів гальмівних пристроїв: 1 – полімерна накладка; 2 – обід шківа або барабана; 3, 4, 5, 6 – заряди: поверхневі, об'ємні, дипольні (або зміщені), компенсаційні; 7 – гальмівна стрічка Оцінка електричних струмів під час трибоелектричної взаємодії в металополімерних парах тертя Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2018, № 1 12 У даний час більшість полімерних матеріалів фрикційних накладок, що використовуються в стрічково-, барабанно- і дисково-колодкових гальмівних пристроях, виготовляються з аморфних або на- півкристалічних полімерів, структури яких мають високу степінь безпорядку. Такі матеріали мають ве- лику кількість структурних нерегулярностей і безліч пасток, в тому числі глибоких. Тому вони і вияви- лися придатними для виробництва полімерних накладок. Час захоплення інжектованих зарядів у глибо- ких пастках є досить великим. Процеси внутрішньої релаксації зарядів в полімерній накладці визначаються явищами провідно- сті, що залежать від таких характеристик, як рухомість носіїв, їх концентрація, умови інжекції зарядів в поверхневому і підповерхневому шарах накладки і т.д. В полімерних матеріалах, які здатні тривало утримувати заряд, присутні центри захоплення носіїв, тому рухливості останніх сповільнюються проце- сами захоплення. Схожу дію захоплення носіїв має і на процеси провідності. Крім власних носіїв заряду в полімерній накладці можуть бути присутні і сторонні носії, які інжектуються всередину через границі дво- і тришарових структур. Відомо, що іони мають великі розміри і для їхнього переміщення потрібна наявність вакантних вузлів, куди вони змогли б потрапити, перескочивши оточуючі їх міжмолекулярні бар'єри. Проте елект- рони з металевого фрикційного елементу можуть рухатися всередині об'ємів поверхневих шарів поліме- рної накладки як в суцільному середовищі через незначні розміри і наявності хвильових властивостей. Енергії електронних станів, що відповідають вільному розповсюдженню зарядів без термічної активації, утворюють зону провідності. Якщо молекулярний порядок порушується через наявність в зра- зку структурних дефектів або домішок, то вільний рух зарядів стає переривистим. В цьому випадку заря- ди захоплюється або локалізується на енергетичному рівні, що знаходиться нижче за зону провідності. Вузли, на яких може відбуватися захоплення, можуть бути як нейтральними, так і зарядженими. В остан- ньому випадку переріз зони захоплення складає близько 10-12 см2, що значно перевищує квадрат міжато- мної відстані. На декілька електрон-вольт нижче за зону провідності розташовується інша зона енергій. На рис. 2, а, б проілюстровані закономірності зміни потенціалу і напруженості електричного по- ля і енергетичних зон полімерної гальмівної накладки з припущенням, що поверхневі шари полімерної накладки містять надлишок зарядів (електронів або іонів), причому всі вони захоплені пастками, які ма- ють одну і ту ж енергію. Згідно даної моделі, процес термостимульованого розряду відбувається таким чином. Протягом фрикційного нагрівання поверхневих і підповерхневих шарів полімерної накладки за- ряди, які повільно або швидко захоплені на рівнях, що локалізуються, набувають енергію, достатню для перестрибування в зону провідності. Акумульовані усередині поверхневого шару полімерної накладки заряди здатні перетікати через їх об'єми, маючі певну термоактивіаційну рухливість. Рис. 2 – Закономірності зміни потенціалу [U (x, τ)] і напруженості [Е (х, τ)] електричного поля (а) і енергетичних зон (б) полімерної гальмівної накладки при взаємодії з металевим фрикційним гальмівним елементом залежно від параметра x/h: х – координата; h – товщина поверхневого шару накладки; r0 – глибина захоплення носіїв Наявність в матеріалах різних станів – вільних (делокалізованих) і зв'язаних на неглибоких і гли- боких рівнях захоплення (локалізованих), здійснює різний вплив на рухливість носіїв. Рух електрона з енергією поблизу нижнього краю зони провідності представляє собою квантово - механічне тунелювання а б Оцінка електричних струмів під час трибоелектричної взаємодії в металополімерних парах тертя Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2018, № 1 13 між делокалізованими станами, що лежать за шкалою енергії вище за межу рухливості. Цей процес не вимагає якої-небудь термічної активації і відповідні йому рухливості виявляються відносно високими – близько 10 см2/(В ∙ с). Для руху електрона, захопленого неглибоким рівнем, розташованим енергетично нижче за гра- ницю рухливості, необхідно підвести певну теплову енергію. Процес руху таких електронів є термоакти- ваційним і зводиться до послідовних стрибків між локалізованими станами. Відповідні йому рухливості на декілька порядків величини менше, ніж в першому випадку [близько 103 см2/(В∙с)]. Час захоплення носіїв на глибокому рівні виявляється досить великим. Якщо більшість електронів захоплена глибокими рівнями, то рухливість з урахуванням такого захоплення стає надзвичайно незначною [близько 10-10-10-17 см2/(В ∙ с)]. Якщо температурна залежність рухливості вільних носіїв досить незначна (звичайно Т-1 або Т-2), то для рухливості захоплених носіїв вона вже є експоненціальною, оскільки процес руху таких носі- їв має термоактиваційний характер. На енергетичних рівнях носії електричного заряду переносяться у внутрішньому полі до плям контактів металевих мікровиступів гальмівного шківа або барабану. По шляху проходження вони мо- жуть переміщуватись назад на рівні захоплення (повторне захоплення), проте врешті вони рекомбінують на металевих гальмівних поверхнях із зарядами, які є їх зображеннями. При цьому необхідно враховува- ти той факт, що рух електрона в умовах швидкого повторного захоплення можна розглядати як послідо- вність його стрибків через потенційний бар'єр висотою U . Джерелом іонів у фрикційних накладках є як самі макромолекули полімеру, так і іоногенні низь- комолекулярні домішки в ньому. Якщо енергія іонізації (енергія розриву хімічних зв’язків) для ретинак- су накладок складає близько 10 еВ, то енергія іонізації молекул іоногенів, в середньому, дорівнює 0,2 еВ. Електрична іонна провідність полімерних накладок зростає на декілька порядків вже за наявності в гети- наксі до 0,1 % низькомолекулярних домішок (каталізаторів, стабілізаторів та ін.) За результатами вимірювання глибини проникнення зарядів в поверхневий шар накладки оці- нюють величину дрейфового зсуву носіїв в її матеріалах. В них електронний зсув складає 6,0 мкм в полі 8∙105 В/см, причому його значення пропорційні полю. В другій накладці вимірювання центру розподілу електронів, які інжектовані при низьких енергіях, дають для величини зсуву значення 0,1 мкм в полі в декілька одиниць на 105 В/см. В шарах накладки товщиною 10 - 50 мкм відбувається швидке повторне захоплення електронів. Зсуви дірок в полях 105 В/см складають близько 100 мкм. На релаксацію заряду на плямах мікровиступів полімерних накладок впливають контакти фрик- ційної взаємодії, якщо вони нейтральні або допускають інжекцію. Наприклад, в позитивно заряджених поверхневих і підповерхневих шарах полімерної накладки інжекція негативних зарядів через металеві мікровиступи викликає відносно швидку компенсацію заряду внаслідок високої рухливості негативних зарядів. Релаксація заряджених мікровиступів полімерної накладки при великих значеннях початкової густини заряду відбувається швидше, ніж у таких самих мікровиступів з меншим початковим зарядом, причому настільки, що криві релаксації перетинаються. Для пояснення такої закономірності було запро- поновано декілька гіпотез. Виходячи з міркувань про часткове проникнення в об'єми поверхневих і під- поверхневих шарів полімерної накладки носіїв, спочатку захоплених на поверхні, було зроблено припу- щення, що при високих початкових значеннях густини заряду відбувається повна інжекція носіїв всере- дину поверхневого шару накладки, а при більш низьких – лише часткова. Через це заряд, що залишається на поверхні, повинен бути більшим в останньому випадку, ніж в першому. Для повільного повторного захоплення аналітичне рішення вдається одержати тільки для прос- тих розподілів захопленого заряду. На це вже зверталася увага в роботах [6, 7]. Темпи повільного і швид- кого захоплення електронів і визначають поверхневий енергетичний рівень полімерної накладки. Оскільки об'ємні заряди схильні до більш швидкої релаксації, ніж поверхневі, то рівень, до якого впаде потенціал для сильнозаряджених поверхневих шарів накладки очікується більш низьким, ніж для таких самих шарів з меншими значеннями початкової густини заряду. Розгляд релаксації заряду був би неповним без хоча б декількох зауважень з приводу поперечно- го розповсюдження поверхневих і об'ємних зарядів. В загальному поле в поверхневих і підповерхневих шарах полімерної накладки направлено перпендикулярно поверхням з дуже незначними компонентами уздовж них. Таким чином, поле не сприяє процесам розповсюдження зарядів в поперечних напрямах. Що стосується омічної провідності g поверхневих та підповерхневих шарів полімерної накладки, то її можна представити у вигляді суми    nneg . Якщо  та  будуть рухомостями но- сіїв з врахуванням захоплення, то n та n – будуть повними концентраціями як вільних, так і захопле- них дірок і електронів відповідно. Як вже було вказане вище, в полімерах, які використовуються для ви- готовлення накладок, рухливості  та  є досить незначними. Схожим чином через велику величину Оцінка електричних струмів під час трибоелектричної взаємодії в металополімерних парах тертя Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2018, № 1 14 забороненої зони в таких матеріалах концентрації n та n власних носіїв (вільних або захоплених) та- кож досить незначні (якщо будуть відсутні інші ефекти, що впливають на концентрацію носіїв). Таким чином, в таких полімерах омічну провідність (власну) можна не розглядати в якості дже- рела струмів провідності. Наприклад, в матеріалах ФК-24А та ФК-16Л стаціонарні провідності взагалі не піддаються визначенню звичайними методами. Якщо припустити, що релаксація заряду цілком обумов- лена омічною провідністю, то за встановленим часом розпаду 200 років при кімнатній температурі, для провідності можна одержати наступну величину: g 3 · 2210 Ом-1 · см-1. Оскільки релакса- ція обумовлена головним чином дрейфом надлишкових носіїв, то вказане значення необхідно розглядати тільки як нижню границю. Провідності такого порядку величини можуть бути пояснені іонізацією під дією швидкісних струмів омиваючого середовища. У багатьох полімерних матеріалах без власних носіїв їх можна створити за допомогою інжекції з площ плям металевих мікровиступів. Якщо поступлення носіїв унаслідок інжекції перевищує потік час- тинок, що переносяться через об'єми поверхневих шарів полімерної накладки, то відбувається обмежен- ня струмів полем створеного просторового заряду. В зворотному випадку струми визначаються інтенси- вністю інжекції з металевих плям контактів фрикційного елемента. Обмеження полем просторового заряду є суттєвим, якщо поступаючий з блокованого контакту  пм WW  струм має достатньо значну величину. Вивчення односторонньої провідності в прикладено- му полі показало, що таке обмеження струмів має місце під час фрикційної взаємодії з плямами контак- тів мікровиступів полімерної накладки. Якщо інжекція має місце, то в найпростішому випадку вона обмежується емісією Шотткі. Зале- жність струму від поля в цьому випадку важко відрізнити від тієї, яка відповідає провідності типа Пула- Френкеля. Більш того, на цей ефект часто накладається процеси захоплення на границі розділу, які дають часову залежність подібну на ту, що відповідає захопленням в об’ємі. В наслідок подібних характерів за- лежностей вказаних ефектів в об’ємі та на границі пар тертя „полімер - метал” від поля та часу відрізни- ти їх один от другого досить часто проблематично. Таким чином, струм провідності є сумою струмів наскрізної провідності, обумовлених рухом іо- нів, та поляризаційних струмів. При температурах менших за температуру плавлення полімеру провід- ність, переважно, обумовлена поляризацією, за вищих – має місце іонна провідність. Густина струму провідності  ,xjп гальмівних пар, що пов'язана з густиною реальних зарядів   ,xr і описується рівнянням неперервності:     x xjx пr      ,, . (1) Рівняння Пуассона вигляду  x dx dE  0 разом з об'ємною густиною заряду prе  до- зволяє виключити з рівняння (1) густину r . Інтегруючи далі за x з урахуванням dx dPp p  , одержи- мо рівняння для незалежної від координат величини – повної густини струму  i :               , ,, 0 xj xPxE j п p п , (2) де  ,xE – напруженість прикладеного зовнішнього електричного поля, що діє на поверхневий шар гальмівної накладки;  ,xPp – квазіпостійна мікроскопічно зміщених зарядів. Члени, що стоять в правій частині рівняння представляють, відповідно, густини струму зсуву, струму деполяризації і струму провідності. Останній доданок також можна розбити на компоненти, так як вони відповідають руху носіїв різного знаку:          ,/,,,, xxExxgxj rrп    (3) Оцінка електричних струмів під час трибоелектричної взаємодії в металополімерних парах тертя Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2018, № 1 15 де    nneg – провідність діелектрика,  і  – рухливості позитивних і негатив- них зарядів з урахуванням їх можливого захоплення. Густина цих носіїв   ren і  ren складаються з однорідних у просторі власних компо- нент en і en , які залежать від координат надлишкових компонент r і r . У (3) члени в квадратних дужках визначають омічний струм і струми надлишкового заряду позитивних і негативних носіїв. Крім незалежності від x всередині поверхневих і підповерхневих шарів накладок повний струм  j приймає ті ж значення і в повітряних зазорах між металополімерними парами тертя і в зовнішньому ланцюзі. Густина струму в повітряному зазорі визначається із залежності:        d dE j 10 . (4) Розглянемо (2) на границі «робоча поверхня фрикційної накладки - повітряний зазор». Запишемо умову неперервності електричного струму на границі 0x :         ,0,0,0 1100 pr PEE . (5) При цьому припускаємо наявність на згаданій поверхні реальних зарядів з густиною r і поля- ризаційного заряду pP . Підставимо тепер знайдене з (5) поле E в (3), тоді при 0x одержимо:               ,0 ,010 п r j d d d dE j . (6) З врахуванням (4) ця рівність набуде вигляду:        d j rп ,0 ,0 . (7) Звідси випливає, що струм з поверхневого шару визначається швидкістю зменшення поверхне- вого заряду з часом. При відсутності зазорів між металополімерними парами тертя під час електротер- момеханічної фрикційної взаємодії з урахуванням зв'язку при xx  0 одержимо:      ,0, 0 p x Pdxx . (8) При цьому приймаємо, що в початковий момент контакту робочої поверхні полімерної накладки з металевим фрикційним елементом реальні заряди на ній відсутні. Тоді поле E буде описуватись виразом:       ,0ˆ,0 10 pPE . (9) Підстановка результату (9) в (2) дає при 0x (на підставі другого правила Кірхгофа) залежність:          ,01 п j j d d j . (10) У залежності (10) виконана заміна  1ˆ індукованим зарядом   1j з урахуванням того, що під час взаємодії пар тертя 1ˆ1  j . У проведених дослідах з омічними контактами дифузія зарядів відбувалась симетрично до гра- ниць фрикційної взаємодії, що взагалі не дає ніякого струму. Єдиним процесом, ефективність якого дорі- внює ста відсоткам є розупорядкування диполів поверхневого і підповерхневого шарів полімерної на- Оцінка електричних струмів під час трибоелектричної взаємодії в металополімерних парах тертя Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2018, № 1 16 кладки. Абсолютні значення струмів термостимульованого розряду гальмівних пар залежать, переважно, від величини заряду акумульованого поверхневим і підповерхневим шарами полімерної накладки. На пе- рший погляд здається природним вважати, що інтеграл за часом від сили струму повинен дорівнювати початково створеному в поверхневому і підповерхневому шарах накладки заряду. Проте це необов'язко- во, так як не всі процеси розпаду призводять до протікання зовнішнього струму відповідної величини. У виконаних експериментах по струмовому термостимульованому розряду з повітряним зазором гальмівних пар дво- і тришарових структур всі процеси релаксації впливають на створення зовнішнього струму, включаючи і нейтралізацію зарядів провідності, оскільки в цьому випадку в поверхневому і під- поверхневому шарах накладки є відмінне від нуля середнє електричне поле. Те ж відноситься і до заряд- ного термостимульованого розряду, якщо експеримент проводиться також з дво- і тришаровими струк- турами, що мають повітряні зазори між їх складовими. Більш того, ці методи дозволяють вивчати також процеси звільнення зарядів з поверхневих пасток. Таким чином, різні прийоми вивчення термостимульо- ваного розряду суттєво доповнюють один одного. Висновки Таким чином, оцінені величини циркулюючих трибоелектричних струмів під час електротермо- механічної взаємодії в металополімерних парах тертя трибосистем. Встановлено, що трибоелектричний струм обумовлений процесами стрибкової провідності та процесами релаксації в режимі їхнього обме- ження полем просторового заряду. При нейтральному контакті в поверхневому і підповерхневому шарах полімерної накладки за температур нижчих за допустиму для її матеріалів за допомогою омічної провід- ності електричного струму в зовнішньому ланцюзі не виникає взагалі. Крім того, досить неефективний відносно збудження зовнішнього струму і самодрейф зарядів, особливо коли для нейтралізації зарядам достатньо пройти лише незначні відстані. Дифузія також малоефективна в створенні зовнішнього стру- му. У випадку достатньо невеликих рухливостей (наприклад, через захоплення зарядів) виникає ще один тип обмеження струмів, який є характерним в матеріалах полімерних гальмівних накладок. При цьому інжектований заряд в омічному контакті може утворити певний бар'єр поблизу плям металевих мікрови- ступів, що впливає на градієнт поля поверхневих шарів полімерної накладки та на подальшу інжекцію електричних зарядів. Література 1. Мамедов Р.К. Контакты металл-полупроводник с электрическим полем пятен / Р.К. Мамедов. – Баку: Госуниверситет, 2013. – 231 с. 2. Криштопа С. І. Електротермостимульована деполяризація взаємодіючих ділянок метало- полімерних пар тертя стрічково-колодкового гальма бурової лебідки (частина 1) / С. І. Криштопа // Наф- тогазова енергетика. – Івано-Франківськ, 2012. – № 2 (18). – С. 46-54. 3. Термоелектрична поляризація поверхонь фрикційних накладок гальмівних пристроїв / С. І. Криштопа // Розвідка та розробка нафтових і газових родовищ. – Івано-Франківськ, 2013. – № 1 (46). – С. 50-57. 4. Криштопа С. И. Контактно-импульсное взаимодействие различных типов контактов в метало- полимерных парах трения ленточно-колодочного тормоза буровой лебедки / С. И. Криштопа // Вестник Азербайджанской инженерной академии. – Баку, 2013. – Том 5, № 3. – С. 38-49. 5. Измайлов В. В. Контакт твердых тел и его проводимость / В. В. Измайлов, М. В. Новоселов. – Тверь: Изд-во ТГТУ, 2010. – 112 с. 6. Левыкин Д. А. Математическая модель электрического контакта шероховатых поверхностей / Д.А. Левыкин // Программные продукты и системы. – 2011, № 4. – С. 178-180. 7. Пашаев А. М. Закономерности изменения характеристик процессов, явлений и эффектов в ра- бочих слоях металлополимерных пар при электротермомеханическом трении / А.М. Пашаев, М.Я. Джа- вадов, А.Х. Джанахмедов [и др.] // Вестник Азербайджанской инженерной академии. Т. 6, № 1, 2014. – С. 7-24. Надійшла в редакцію 24.01.2018 Оцінка електричних струмів під час трибоелектричної взаємодії в металополімерних парах тертя Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2018, № 1 17 Kozak F.V., Kryshtopa S.I. Estimation of electric currents during triboelectric interaction in metal-polymer friction pairs. The wear and destruction of frictional materials during friction is caused by the joint action of mechanical, thermal, chemical and electric fields on the surface layers of materials and the effect of their gradients that cause changes in materials. In the micro-contacts of the contacts of the metal-polymer brake vapor during the friction, dynamic loads are present, chemi- cal reactions occur, and thermoelectric currents are generated. The disparate data on the energy volatility of the metal- polymer friction pairs of tribosystems require an assessment of not only external operational parameters, but also the values of circulating triboelectric currents. The latter are largely affecting the energy levels of the surface layers and the wear of the surfaces of the triangles. The specifics of polymer materials is that their operation in friction pairs is accompanied by tribo- electrication processes. Electric currents in polymeric lining, which are electrets, are caused by a number of reasons. First of all, these are the processes of electric friction, the change of the electric field or the charge of the electret over time, or simply its presence in the surface layers of the overlay. In general, the current consists of two components: one of them - the conduc- tivity current due to the physical motion of electric charges due to the cross section of the surface layer of the overlay, and the second - the displacement current, appears due to reactive effects. The purpose of the work is to determine the values of circulating triboelectric currents during mechanical interac- tion in the metal-polymer friction pairs of tribosystems. In this publication, the following issues are considered in relation to this problem: to investigate the physical picture of the process of electrification of surfaces of metal-polymeric friction pairs of tribosystems during friction; to evaluate charging and discharge processes in the contacts of microvillages of metal- polymer friction pairs; determine the values of circulating triboelectric currents during the interaction in the metal-polymer friction pairs of tribosystems. Key words: metal-polymer friction pairs, tribosystem, triboelectric currents, electrification of surfaces, energy levels, work of the output of electrons and ions. References 1. Mamedov R.K. Contacts metal-semiconductor with an electric field of spots. Baku: State University, 2013. 231 p. 2. Kryshtopa S.I. Electro-thermostimulated depolarization of interacting parts of metal-polymer pairs of friction of tape-block brake of a drill winch (part 1). Naftogazovaya energetika. Ivano-Frankivsk, 2012. No. 2 (18). P. 46-54. 3. Thermoelectric polarization of surfaces of friction overlays of brake devices. S.I. Kryshtopa. Explora- tion and development of oil and gas fields. Ivano-Frankivsk, 2013. No. 1 (46). P. 50-57. 4. Kryshtopa S.I. Contact-impulse interaction of different types of contacts in metal-polymer pairs of friction of the band-brake brake of the drilling winch. S.I. Kryshtopa. Bulletin of the Azerbaijan Engineering Academy. Baku, 2013. Volume 5, No. 3. P. 38-49. 5. Izmailov V.V. Contact of solids and its conductivity. V.V. Izmailov, M.V. Novoselov. Tver: Publishing house of TSTU, 2010. 112 p. 6. Levykin D.A. A mathematical model of the electrical contact of rough surfaces. Software products and sys- tems. 2011, No. 4. P. 178-180. 7. Regularities of changes in the characteristics of processes, phenomena and effects in the working layers of metal-polymer pairs in electrothermomechanical friction. A.M. Pashayev, M.Ya. Javadov, A.Kh. Dzhanakhmedov [and others]. Bulletin of the Azerbaijan Engineering Academy. T. 6, No. 1, 2014. P. 7-24.