Содержание к диссертации
Введение
РАЗДЕЛ 1. Использование металлических порошков для регулирования и улучшения триботехнических свойств смазочных материалов 9
1.1. Введение 9
1.2. Эффект избирательного переноса 11
1.3. Трибохимические реакции в режиме безызносности 11
1.4. Металлоплакирующие смазочные материалы 15
1.4.1. Нанометричные кластеры металлов 17
1.4.2. Современные металлоплакирующие смазочные материалы 20
1.4.3. Сравнительные триботехнические характеристики современных добавок к смазочным материалам 25
1.4.4. Металлоплакирующие СОТС 29
РАЗДЕЛ 2. Теоретическое исследование молекулярных механизмов самоорганизации при трении 33
2.1. Структурирование жидкости в гидродинамическом потоке 34
2.2. Механизм уменьшения вязкости в структурированной жидкости .43
2.3. Самоорганизация в условиях граничного трения и при переходе в режим безызносности 54
РАЗДЕЛ 3. Экспериментальная часть 60
3.1. Машины трения 60
3.2. Методики и оборудование физико-химических исследований 65
РАЗДЕЛ 4. Исследование трибологических и физико- химических особенностей эффекта безызносности при трении 68
4.1. Трибологические свойства систем "латунь - спирт- сталь" 68
4.2. Анализ поверхности трения 74
4.3. Химический состав поверхности трения 83
4.3.1. Элементный анализ поверхности трения 83
4.3.2. Исследование состава органической пленки на поверхности трения 91
РАЗДЕЛ 5. Разработка и оптимизация технологии получения смазочных композиций, содержащих нанометричные кластеры меди 104
РАЗДЕЛ 6. Триботехнические возможности нанометричных кластеров меди 109
6.1. Исследование трибологических свойств при трении 109
6.2. Эффективность применения нанометричных кластеров в СОТС при резании 116
Заключение и выводы 118
Литература 121
Приложения 133
- Сравнительные триботехнические характеристики современных добавок к смазочным материалам
- Самоорганизация в условиях граничного трения и при переходе в режим безызносности
- Методики и оборудование физико-химических исследований
- Исследование состава органической пленки на поверхности трения
Введение к работе
Актуальность темы. Стратегической линией развития современной триботехники является использование самоорганизующихся трибосистем, среди которых особое место занимает наиболее изученная система «медный сплав - глицерин - сталь», обеспечивающая реализацию эффекта безызносности при трении, который проще всего достигается применением металлоплакирующих смазок, в качестве активных компонентов которых применяются высокодисперсные порошки металлов, в частности, меди и её сплавов. Смазочные материалы с такими присадками используются, в частности, в качестве автомобильных масел или металлоплакирующих пластичных смазок и широко представлены на рынке образцами отечественных и зарубежных производителей, например, "Атланта", "Вымпел", МС 1000, "Lubrifilm", СМ-01-"Л", Феном, Optimol, ER(Energy Release) и др.
Эффективность, смазочных материалов, особенно жидких, содержащих в своём составе высокодисперсные металлы, не всегда соответствуют рекламным характеристикам, что требует проведения дополнительных научных исследований, позволяющих объективно судить о триботехнических свойствах металлоплакирующих смазок в различных узлах трения и управлять ими на основании сведений о механизме смазочного действия.
В связи с этим, представляется актуальным использовать в качестве металлоплакирующих присадок к жидким смазочным материалам нанометричные кластеры металлов, обладающие специфическими, а в ряде случаев и уникальными механическими и физико-химическими характеристиками и позволяющие получать их устойчивые композиции даже в маловязких жидкостях. Триботехнические свойства таких кластеров, а также способы получения смазок, их содержащих, до проведения настоящей работы были неизвестны.
Таким образом, актуальность настоящей работы заключается в необходимости создания научных основ для изучения закономерностей изнашивания в трибосистемах, одним из компонентов которых являются жидкие смазочные материалы с нанометричными кластерами меди, обеспечивающие реализацию эффекта безызносности при трении.
Работа выполнена в рамках договора о межвузовском научном сотрудничестве между ДГТУ и Радомским техническим университетом (Польша) от 25.05.94 г. при финансовой поддержке Министерства образования РФ в форме гранта РФ № ТОО-6.1-1077 и гранта Президента РФ по государственной поддержке ведущих научных школ РФ-НШ-1096.2003.8. Основанием для выполнения работы служили государственные программы Министерства образования РФ: «Экспортные технологии и международное сотрудничество» на 1996-2000 гг., «Исследование самоорганизации фрикционных систем при трении» на 1999-2000гг., «Исследование самоорганизации в механических системах» на 2000-2001 гг.
Цель работы: Повышение долговечности узлов трения за счёт самоорганизации трибосистем применением смазочных материалов с нанометричными кластерами меди.
Для достижения поставленной цели необходимо решение следующих задач:
Теоретическое обоснование возможности самоорганизации при использовании анизодиаметричных кластеров металлов нанометричных размеров при трении в гидродинамическом и граничном режимах смазки, а также в условиях эффекта безызносности.
Экспериментальное исследование механизма самоорганизации в условиях эффекта безызносности современными физико-химическими и трибологическими методами.
Разработка методики и оптимизация технологии получения смазочных композиций, содержащих нанометричные кластеры меди.
Изучение триботехнических свойств жидких смазочных материалов с нанометричными кластерами меди в процессах трения.
Исследование механизма смазочного действия и самоорганизации в средах с нанометричными кластерами меди при реализации избирательного переноса.
Научная новизна:
Экспериментально доказано, что механизм формирования сервовитной плёнки в классической трибосистеме «латунь — глицерин - сталь» включает образование в процессе трения кластеров меди с размерами менее 10"7 м.
Выявлено влияние химического строения органических спиртов на возможность реализации в их водных растворах эффекта безызносности при трении латуни по стали: увеличение атомности спирта и длины углеводородного радикала облегчают реализацию эффекта безызносности.
Установлено, что самоорганизация трибологических систем со смазками, содержащими нанометричные кластеры меди в гидродинамическом режиме, обеспечивается структурированием поддерживающего слоя за счёт ориентационной упорядоченности анизодиаметричных частиц в градиентном потоке и образование упорядоченных молекулярных супраструктур. В условиях граничного трения и при переходе в режим ИП самоорганизация обусловлена ступенчатой коагуляцией на поверхности трения полидисперсной фазы нанометричных кластеров из раствора электролита, формированием в контактной зоне сервовитной медной плёнки, структура которой по нормали к поверхности характеризуется градиентом состава и механических свойств, а также периодическим изменением в зоне
контакта концентрации ионов электролита, что вызывает колебательный характер изменения триботехнических свойств пары трения.
4. В качестве управляющих параметров в молекулярных механизмах самоорганизации в исследованной трибосистеме выступает обусловленные трением градиенты скорости относительного скольжения dV/dxj в условиях гидродинамического трения и концентрации активных компонентов смазки dc/dx; при граничном трении и при переходе в режим ИП.
Практическая ценность:
Разработана и оптимизирована технология получения жидких смазочных материалов, содержащих в своём составе нанометричные кластеры меди, заключающаяся в комплексном (электрическом и ультразвуковом) воздействии на смазочную среду, выполняющую роль электролита, в процессе электролиза с медным анодом. Показано, что наибольшее влияние на размер образующихся кластеров меди в разработанной технологии оказывает ток электролиза, мощность и частота ультразвукового воздействия.
Установлена эффективность смазочных материалов с нанометричными кластерами меди в условиях гидродинамического и граничного трения, а также в режиме избирательного переноса в парах трения «бронза-сталь» и «сталь - сталь».
Определены области (P,V,T), обеспечивающие функционирование исследованных трибосистем в режиме самоорганизации с низкими и сверхнизкими значениями коэффициента трения. Показано, что независимо от геометрии контакта (точечный, линейный или контакт площадей) на сопряжённых поверхностях образуется медная плёнка, обеспечивающая снижение коэффициента трения в отдельных случаях до 10"3 и интенсивность износа до 10"12.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и получили положительную оценку на: Втором всероссийском семинаре «Нелинейные' процессы и проблемы самоорганизации в современном материаловедении», Воронеж, 3-5 февраля 1999 г.; международной конференция «Надёжность и качество в промышленности, энергетике и на транспорте», Самара, 6-8 октября 1999 г.; 2-й международной научно-технической конференции «Новые технологии управления движением технических объектов», Новочеркасск, 1999г.; XX международной Чугаевской конференции по координационной химии, Ростов-на-Дону, 25-29 июня 2001 г.; VI международной научно-технической конференции по динамике технологических систем «ДТС-2001», Ростов-на-Дону, 25-28 сентября 2001 г.; Международной конференции по новым технологиям и приложениям современных физико-химических методов для изучения окружающей среды, Азов, 25-28 сентября 2001 г.; Втором Международном конгрессе студентов, молодых учёных и специалистов «Молодёжь и наука - третье тысячелетие»/У8ТМ'02, Москва, 15-19 апреля 2002 г.; The XIV-th conference "Physical Methods in Coordination and Supramolecular Chemistry". Chisinau, Moldova, 9-12 сентября 2002 г.; II международной конференции по новым технологиям и приложениям современных физико-химических методов для изучения окружающей среды, Ростов-на-Дону, 12-21 сентября 2003 г. и ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава ДГТУ 1999-2003 гг.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 26 печатных работ, в том числе 10 в центральной печати.
Сравнительные триботехнические характеристики современных добавок к смазочным материалам
Для изучения триботехнических свойств добавок, наиболее широко представленных в настоящее на рынке (ER, Metalyz 6, «Римет», «Универсальный модификатор»), проведены их исследования на машине трения СМТ-1, где пару трения составляют чугунная колодка и стальной диск [58]. В качестве базового, использовалось масло Castrol GTX SAE 15W-40 API SF, которое послужило отправной точкой для сравнения эффективности испытуемых добавок. Антифрикционные свойства (табл. 3) чистого масла и масел с разными присадками оценивались по трем показателям: моменту трения, температуре масла и коэффициенту трения. Уменьшение коэффициента трения по сравнению с чистым маслом показали лишь зарубежные присадки - у ER [57] около 12%, у «Metalyz 6» - 4%. Снижение температуры в зоне трения у обоих - 6С или 3,2%. Отечественные препараты «РиМет» [55] и "Универсальный модификатор" показали более низкие значения. Противоизносные свойства определялись потерей массы чугунной колодки за одинаковое время работы в паре трения. Здесь лучший результат даёт кондиционер металла ER, снизивший износ по сравнению с чистым маслом на 22%. Далее следуют — отечественный препарат "РиМет" - 13%, "Универсальный модификатор" 8% и швейцарский реметаллизант «Metalyz 6» 7,5%. Если суммировать относительное снижение износа и относительное снижение коэффициента трения, можно получить условную "табель о рангах". Наибольший рейтинг окажется у американского препарата ER - 34%, вторым будет швейцарский Metalyz 6 - 24,5%, третьим -"РиМет" из Санкт-Петербурга - 13% и завершит список "Универсальный модификатор" - 8%.
Ещё одна попытка, комплексного исследования представленных на мировом рынке смазочных материалов, была предпринята в была предпринята в [59]. Условно, препараты были разделены на 3 группы. Первая -модификаторы трения. К ним относятся ER [57], "Аспект-модификатор" и "Универсальный модификатор". Вторая группа - плакирующие присадки, содержащие в своем составе мелкодисперсные частицы специального вещества или соединения: дисульфида молибдена (MoS2), тефлона (политетрафторэтилена - ПТФЭ) и т. д. Сюда попадают STP с ХЕР2, Motorol от Liqui Moly и PTFE от Hi Gear Products . Третья группа — реметаллизанты, призванные "восстанавливать" поверхности при некоторых видах износа: швейцарский Metalyz 6, украинский РВС, российские "Трибо" и "РиМет". Обобщённые результаты приведены в таблице 4.
Исходя из всего вышеупомянутого, становится ясно, что введение в состав смазочных сред металлов, имеющих предельно малые размеры частиц, является важным, если не важнейшим фактором, предопределяющим антифрикционные свойства смазочных жидкостей.
Как известно, одним из наиболее перспективных решений проблемы повышения эффективности операций механической обработки является применение инструментальных материалов с композиционными покрытиями из карбидов, нитридов, оксидов и чистых металлов. В рамках решения данной задачи было предложено [60] для улучшения фрикционных характеристик контакта при синтезе покрытия использовать эффект близкий к явлению избирательного переноса путем ввода меди (CuN) в состав среды. Восстанавливаясь до меди под действием температуры резания (Т=470С) и диффундируя в зону контакта, данный компонент среды, взаимодействия данный компонент среды, образует на поверхности инструмента локальные зоны смазки. Реализация такого рода саморегулирующегося процесса смазки, а также имеющее место уменьшение уровня электроадгезионного взаимодействия, обеспечивает снижение энергетической напряженности протекания контактных процессов. Кроме того, наличие в составе твердой технологической среды компонента с повышенной пластичностью, позволяет эффективно тормозить развитие докритической трещины, т.е. успешно сопротивляться адгезионно-усталостному разрушению инструмента. Предварительные испытания различных вариантов износостойких покрытий с компонентом CuN при точений нержавеющей стали и жаропрочных сплавов подтвердили справедливость выдвинутых положений, показав, что не только стало возможным повысить стойкость инструмента до 3 раз, но и улучшить весь комплекс показателей качества формирующейся поверхности (а именно снизить шероховатость поверхности, уменьшить глубину и степень наклепа, величину остаточных напряжений).
Самоорганизация в условиях граничного трения и при переходе в режим безызносности
В связи с этим традиционный подход, даже с учетом ориентации частиц жидкости в градиентном потоке, не может дать корректной интерпретации негладких зависимостей силы трения от давления в гидродинамическом режиме трения и не пригоден для объяснения наличия бифуркационной точки, что требует привлечения других механизмов вязкого течения.
В общем случае механизм вязкого течения обусловлен межмолекулярными взаимодействиями при движении составляющих жидкость частиц друг относительно друга. В связи с этим в динамически структурно упорядоченных жидкостях механизм переноса вещества и импульса может существенно отличаться от традиционного. Эти отличия могут проявляться только в процессе трения, поскольку никакие другие воздействия не могут обеспечить те своеобразные условия, которые характерны для фрикционного взаимодействия.
Рассмотрим вероятные молекулярные механизмы вязкого течения в зазоре трущихся тел, осуществляющие перенос вещества и импульса.
Считая упорядоченный фрагмент жидкости координационным соединением с к.ч 4, что соответствует экспериментальным данным [79], используем широко известные [80] представления о механизмах лигандного обмена при обсуждении процессов переноса.
Применимость такого подхода к вязкому течению жидкостей может быть обоснована тем, что в жидкостях при любых условиях существуют агрегаты частиц с относительно высокой локальной упорядоченностью, напоминающей кристаллическую структуру [79]. Так, например, в низкомолекулярных жидкостях в квазикристаллических агрегатах каждая частица окружена соседними с координационными числами от 8 до 14 в зависимости от природы жидкости, а в углеводородах линейного строения от гексана СбНи до гептадекана С Нзб при комнатной температуре это число, как правило, не превышает 6 [79]. Учитывая последнее, частицу жидкости в гидродинамическом зазоре, окруженную ближайшими соседями, можно рассматривать как непрочное координационное соединение (центральная частица - L0, а окружающие ее - L на схемах (25,26)). Тогда в случае, когда одна из частиц координационной сферы покидает свое место, образуется вакансия или дырка. Фактически, это реакция диссоциации комплекса из частиц жидкости, которая отличается от обычной химической реакции только тем, что уход частицы жидкости из координационной сферы другой такой же частицы протекает через преодоление гораздо меньшего потенциального барьера, чем в обычных химических реакциях.
Известно, что обмен лигандов в координационной сфере комплексного соединения в растворе протекает по двум основным механизмам: SNI И SN2 [80,81].
Механизм S\l. Применительно к процессам переноса в жидкости (обмена частицами между структурно упорядоченными фрагментами) механизм SNI, иначе называемый диссоциативным, также как и лигандный обмен идет в две стадии: где L0 - центральная частица упорядоченного фрагмента, L — частицы ближайшего окружения центральной частицы (координационная сфера), U- частица из не структурированного объема жидкости, п -координационное число. Итогом реакций (25) и (26) является замена лиганда L координационной сферы комплекса частиц жидкости на лиганд U (рис.7).
В этом механизме лимитирующей является первая равновесная медленная стадия (25) Вторая стадия (26) протекает неравновесно и быстро. Из-за медленности первой стадии (25), очевидно, что весь механизм кинетически определяется только концентрацией структурно упорядоченных фрагментов L0Ln, чем их больше, тем больше скорость переноса и тем меньше вязкость.
Если вышедшая из координационной сферы частица L попадает в хаотизированную область, образовавшаяся дырка начнет самостоятельное существование. При определенных температурах и давлении в соответствии с равновесием (25) в жидкости всегда имеется некоторое число таких дырок в координационных сферах частиц. Поскольку число дырок - результат равновесной реакции, оно никак не зависит от величины потенциального барьера реакции ухода (прямая реакция (25)) частицы из координационной сферы. Вязкое же течение - быстро протекающий неравновесный процесс, идущий согласно (26). Он обеспечивается перескоком частицы из одной координационной сферы в вакансию соседней другой сферы. В таком случае перенос вещества и импульса идет в одном направлении, а дырки, появляющиеся в соседней координационной сфере, движутся в противоположном направлении. В случае если дырку займет частица из хаотизированного участка жидкости, новая дырка не образуется. Образование новой дырки требует реализации равновесия (25). Очевидно, диссоциативный механизм SNI обмена частиц жидкости в координационных сферах не отличается от дырочного механизма вязкого течения по Френкелю [78].
При увеличении удельной нагрузки в паре трения и соответственно давления в жидкости, количество дырок должно уменьшаться и поэтому вязкость возрастать, хотя этому и препятствует рост температуры. Однако, как то наблюдается в эксперименте [72], качественно нового поведения вязкого течения жидкости в рамках дырочного механизма трудно ожидать. Механизм Sx2.
Методики и оборудование физико-химических исследований
Исходные поверхности стали 45, меди Ml и латуни МО-59 шлифовали с последующей полировкой наждачной бумагой № 2000, промывали этиловым спиртом и сушили. Поверхность стали после трения по меди или ее сплавам промывалась этанолом и сушилась.
Электролитом и смазочной средой при трении служили водно-спиртовые смеси состава 80% соответствующего спирта и 20% воды (бидистиллат).
Профиль поверхностей трения изучали на профилометре Form Talysurf Series 2 фирмы Taylor Hobson с обработкой результатов измерений с использованием фирменных программных продуктов.
Микроскопические исследования топографии поверхности трения производились методом сканирующей электронной микроскопии, позволяющей без специального препарирования поверхности получать ее изображения с разрешением до 1000 нм. Растровые изображения поверхности трения и распределения элементов по поверхности были получены на электронном сканирующем микроскопе фирмы Leo - Zeiss.
Туннельная микроскопия является одним из новейших методов исследования структуры поверхности [101,102], позволяющим надежно идентифицировать атомные, молекулярные, нано- и мезообъекты на поверхности твердых тел.
Особенностью туннельной микроскопии является возможность использования ее для анализа физически «грязных» поверхностей металла, что принципиально важно при исследовании поверхностей трения. Для исследования топографии и электрохимических характеристик поверхности в работе использован метод электрохимической сканирующей туннельной микроскопии (ЕСТМ) [103,104]. Сканирующая игла туннельного микроскопа изготовлена из проволоки диаметром 0.25 мм (платано - иридиевый сплав, 90% Pt и 10% Ir) путем электрохимического травления её острия в 2 М растворе H2SO4 с последующей промывкой в трижды дистиллированной воде и сушкой в гелиевой атмосфере. Исходные поверхности стали 45, меди Ml и латуни МО 59 подготавливались для проведения исследований так же, как и при проведении триботехнических исследований. Анализ функциональных групп органических и комплексных соединений на поверхности исследуемых металлов и сплавов, а также их распределение по поверхности трения, выполняли с помощью Фурье -спектроскопии отражения в ИК-диапазоне (FTIR) от 500 см 1 до 40000 см 1 [105]. Для этого снимались FTIR-спектры отражения с отдельных точек поверхности, причём каждый спектр получен суммированием 16 спектров с области 30 х 30 мкм, т.е. с 1 мм снималось = 20000 спектров. Компьютерная обработка давала графическое представление о распределении по поверхности и количестве в данной точке всех функциональных групп, фиксируемых поверхностью трения. Анализ вёлся по группам С-Н, С=0, С-О и О-Н. Общее содержание органических соединений ("полной адсорбции") и их распределение по поверхности получено суммированием интенсивностеи всех полос поглощения в каждой отдельной точке поверхности. Анализ выполнен на приборе Perkin-Elmer с латунных образцов после их 20-часовых испытаний на машине трения МТ-1. Графическая интерпретация ИК-спектральных исследований осуществлялась по оригинальным программам. Элементный анализ поверхности трения проводили методами микрорентгеноспектрального анализа на сканирующем электронном микроскопе S2460N фирмы Hitachi. Спектры снимались с использованием дисперсионного рентгеновского микроанализатора Noran, кристалл БіЬіг, при ускоряющем напряжении 20 кВ, на расстоянии от образца 15 мм, с углом 25. Электронно-микроскопические исследования размеров кластеров меди выполнено методом просветляющей электронной микроскопии на микроскопе ЭММА-4. Препарирование образцов заключалось в нанесении частиц на угольную подложку. Неоднократно высказывалось мнение (см., например [106]), что эффект избирательного переноса в чистом виде проявляется только в парах трения медный сплав - сталь с использованием в качестве смазочного материала глицерина или его растворов. Такая точка зрения подвергалась критике [20,107], однако убедительных экспериментальных доказательств реализации эффекта безызносности в простых, отличных от глицерина, системах до сих пор не получено.
Для выяснения возможности реализации избирательного переноса в смазочных средах, не содержащих глицерин, а также для выявления связи триботехнических свойств пары трения латунь - сталь с химическим строением смазочной среды, проведены сравнительные испытания 80% водных растворов спиртов: пропанола-1, пропанола-2, пропандиола-1,2, и глицерина. Полученные на машине трения МТ-1 результаты в паре трения латунь - сталь представлены на рис. 14-15.
Как видно из представленных данных (рис. 14), трение в растворах одноатомных спиртов - пропанола-1 и пропанола-2 в течение 20 часов не приводит к реализации избирательного переноса, на что указывает ход кривых изменения коэффициента трения и износа пары трения. Износ при трении непрерывно увеличивается, коэффициент трения незначительно падает, что, по-видимому, связано с реализацией в этих трибосистемах обычного граничного трения.
Исследование состава органической пленки на поверхности трения
Предварительные данные, свидетельствующие о наличии на поверхности трения органических соединений, получены в ранее проведенных трибологических и электрохимических исследованиях [111], интерпретация которых невозможна без предположения о возникновении на поверхности защитных диэлектрических пленок. Это и отличная от нуля величина электрического сопротивления и повышение коррозионной стойкости поверхности трения по сравнению с чистыми исходными поверхностями контактирующих при трении металлов. Однако прямых экспериментальных доказательств существования таких пленок на исследуемых поверхностях пока не получено.
В связи с этим, изучены туннельные спектры поверхности трения стали после ее фрикционного взаимодействия в паре с медью. Полученные результаты (рис. 29) показывают, что глицерин является особой средой при фрикционном взаимодействии меди и стали.
На зависимостях туннельного тока от разности потенциалов обращает на себя внимание тот факт, что в широкой области потенциалов (от -1.5В до +1.5В) туннельный ток с поверхности трения стали (аналогичные данные получены и для поверхности меди) в водно-глицериновой среде практически равен нулю (рис.29е), чего не наблюдается в других водно-спиртовых средах и что может быть связано с формированием на поверхности стали уже в начальной стадии фрикционного взаимодействия диэлектрической пленки (пленок), изолирующих поверхность в условиях проводимого эксперимента. Органическая природа этой пленки в таком случае не вызывает сомнений. Предварительные данные, свидетельствующие о наличии на поверхности трения органических соединений, получены в ранее проведенных трибологических и электрохимических исследованиях [111], интерпретация которых невозможна без предположения о возникновении на поверхности защитных диэлектрических пленок. Это и отличная от нуля величина электрического сопротивления и повышение коррозионной стойкости поверхности трения по сравнению с чистыми исходными поверхностями контактирующих при трении металлов. Однако прямых экспериментальных доказательств существования таких пленок на исследуемых поверхностях пока не получено.
В связи с этим, изучены туннельные спектры поверхности трения стали после ее фрикционного взаимодействия в паре с медью. Полученные результаты (рис. 29) показывают, что глицерин является особой средой при фрикционном взаимодействии меди и стали.
На зависимостях туннельного тока от разности потенциалов обращает на себя внимание тот факт, что в широкой области потенциалов (от -1.5В до +1.5В) туннельный ток с поверхности трения стали (аналогичные данные получены и для поверхности меди) в водно-глицериновой среде практически равен нулю (рис.29е), чего не наблюдается в других водно-спиртовых средах и что может быть связано с формированием на поверхности стали уже в начальной стадии фрикционного взаимодействия диэлектрической пленки (пленок), изолирующих поверхность в условиях проводимого эксперимента. Органическая природа этой пленки в таком случае не вызывает сомнений.
Моноспирты, как видно из рис. 29 а-д, если и образуют такие пленки, то толщины, не препятствующей прохождению через них туннельного тока. Для выяснения функционального состава органических соединений, образующих защитную пленку на поверхности, использован метод ИК-спектроскопии отражения (FTIR), позволяющий не только идентифицировать те или иные функциональные группы на поверхности трения, но и определить их распределение по поверхности с указанием количества в разных точках зоны трения. Полученные данные показывают, что фиксируемые поверхностью трения органические соединения отличаются по своему функциональному составу и химическому строению от химических соединений используемых в составе смазок. В ИК-спектрах поверхности трения (рис. 30-35), кроме полос поглощения функциональных групп, содержащихся в смазке, соответствующих валентным и деформационным колебаниям С-Н, С-С, С-О и О-Н, появляются полосы поглощения эфирной С-О-С, карбонильной С=0 и карбоксильной. СООН групп, свидетельствующие о протекании трибоокислительных процессов при трении, а также полоса поглощения, характерная для непредельных органических соединений С=С, что позволяет предполагать возможность трибополимеризационных процессов в ходе трения. Отличия ИК-спектров поверхностей трения в глицерине, пропандиоле-1,2 и пропан оле-1 сводятся к закономерному уменьшению количества органических веществ на поверхности и менее глубокому их окислению в указанном ряду спиртов за исследуемый период фрикционного взаимодействия, что коррелирует с коэффициентами трения, устанавливающимися к 20 часу испытаний. Моноспирты, как видно из рис. 29 а-д, если и образуют такие пленки, то толщины, не препятствующей прохождению через них туннельного тока. Для выяснения функционального состава органических соединений, образующих защитную пленку на поверхности, использован метод ИК-спектроскопии отражения (FTIR), позволяющий не только идентифицировать те или иные функциональные группы на поверхности трения, но и определить их распределение по поверхности с указанием количества в разных точках зоны трения. Полученные данные показывают, что фиксируемые поверхностью трения органические соединения отличаются по своему функциональному составу и химическому строению от химических соединений используемых в составе смазок. В ИК-спектрах поверхности трения (рис. 30-35), кроме полос поглощения функциональных групп, содержащихся в смазке, соответствующих валентным и деформационным колебаниям С-Н, С-С, С-О и О-Н, появляются полосы поглощения эфирной С-О-С, карбонильной С=0 и карбоксильной. СООН групп, свидетельствующие о протекании трибоокислительных процессов при трении, а также полоса поглощения, характерная для непредельных органических соединений С=С, что позволяет предполагать возможность трибополимеризационных процессов в ходе трения. Отличия ИК-спектров поверхностей трения в глицерине, пропандиоле-1,2 и пропан оле-1 сводятся к закономерному уменьшению количества органических веществ на поверхности и менее глубокому их окислению в указанном ряду спиртов за исследуемый период фрикционного взаимодействия, что коррелирует с коэффициентами трения, устанавливающимися к 20 часу испытаний.
