РОЛЬ ЗАРЯЖЕННЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ И ТЕМПЕРАТУРЫ ДЕБАЯ В ТРИБОЛОГИИ

Хентов В.Я.

Профессор, доктор химических наук, Южно-Российский государственный политехнический университет имени М.И. Платова

РОЛЬ ЗАРЯЖЕННЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ И ТЕМПЕРАТУРЫ ДЕБАЯ В ТРИБОЛОГИИ

Аннотация

Показано, что заряженные металлические поверхности оказывают влияние на коэффициент трения и химические процессы. Адгезионная составляющая трения, параметры поверхностных слоев металла тесно связаны с температурой Дебая металлического элемента.

Ключевые слова: адгезионная составляющая трения, параметры, характеризующие свойства поверхностных слоев контактирующих поверхностей, температура Дебая.

Khentov V.Ya.

South-Russian State Polytechnic University named after M. Platov

ROLE AND CHARGED SURFACES dEBYE TEMPERATURE IN TRIBOLOGY

Abstract

It is shown that the charged metal surfaces influence on friction coefficient and chemical processes. The adhesive component of friction, the surface parameters of the metal layers are closely related to the Debye temperature of the metal element.

Keywords: adhesion of the friction, parameters describing the properties of the surface layers of the contacting surfaces, chemical processes, the Debye temperature.

В процессе работы узла трения происходит заряжение поверхностных слоев контактирующих тел [1,2]. Это приводит к изменению микротвердости контактирующих поверхностей и коэффициента трения [3]. При потенциале нулевого заряда (ПНЗ) была зафиксирована экстремальная точка. С учетом этого было предложено организовать управление процессом трения посредством изменения потенциала поверхности [4]. Появление зарядов на поверхностности металла может ускорить протекание химической реакции. Так скорость взаимодействия частиц меди (диаметр частиц ~10 мкм) с лигандом салицилальанилином после предварительной трибоэлектризации увеличилась в 9 раз [5].

Физические свойства поверхностей узла трения играют важную роль в трибологии и связаны с температурой Дебая [6]. Важный вклад в коэффициент трения вносит адгезионная составляющая. На рис. 1 для ниобия, циркония, вольфрама и титана представлена зависимость адгезионной составляющей трения [7] скольжения от температуры Дебая металла.

Рис. 1 - Зависимость адгезионной составляющей трения скольжения f_a от температуры Дебая металла

Металлы: 1 ‒ Nb, 2 ‒ Zr, 3 ‒ W, 4 ‒ Ti; Коэффициент корреляции 0,96

Прочность адгезионной связи определяется уравнением:

τ = τ₀ + βp_r,

где p_r – давление, которое может быть рассчитано как частное от деления нагрузки на суммарную площадь фрикционного контакта, τ₀ и β – параметры, характеризующие свойства поверхностных слоев контактирующих металлов.

На рис. 2 представлена зависимость параметра τ₀ от температуры Дебая металла. Корреляционная зависимость: τ₀ = ‒1,2993 + 0,0093Θ, коэффициент корреляции 0,96.

Рис. 2 - Зависимость параметра τ₀ от температуры Дебая металла

Металлы: 1 ‒ Cd, 2 ‒ Ag, 3 ‒ Nb, 4 ‒ Cu, 5 ‒ Ti, 6 ‒ Mo

На рис. 3 для Al, Be, In, Cd, Mo, Cu, Ni, Nb, Sn, Pt, Pb, Ag, Sb, Ta, Ti приведена зависимость параметра β от температуры Дебая металла.

Рис. 3 - Зависимость параметра β от температуры Дебая металла

Коэффициент корреляции 0,93

Литература

1. Кутьков А.А., Гольдман И.М. Вопросы трения, износа и смазки // Тр. Новочеркасского политехн. ин-та, 1971, т. 215, с.72-76.
2. Чумичев А.А. Ускорение процесса приработки пар трения металл – металл за счет использования состава на основе неорганического полимера: Автореф. дис. … канд. техн. нак. Ростов н/Д, 2002.
3. Фрумкин А.Н. Потенциалы нулевого заряда. Изд. 2-е.‒ М.: Наука, 1982. 260 с.
4. Хентов В.Я., Жулькин М.Н., Федоренко А.А., Сериков Д.В. Новый принцип управления узлом трения // Вестник Ростовского государственного ун-та путей сообщения.– 2003.‒ №3.– С. 42-45.
5. Хентов В.Я., Слабинская А.Б., Великанова Л.Н. Извлечение металлов из пылевых выбросов промышленных предприятий // Экология и промышленность России, 2008.‒ Октябрь.‒ С. 14-15.
6. Хентов В.Я. Связь коэффициентов трения металлов с температурой Дебая // Международный научно-исследовательский журнал = Research Journal of International Studies., 2014.‒ № 1(20).‒ Ч. 2.‒ С. 43-44.
7. Физические величины: Справочник / А. П. Бабичев, Н. А. Бабушкина, А. М. Братковский и др.; Под. ред. И. С. Григорьева, Е. 3. Мейлихова. ‒ М.; Энергоатомиздат, 1991. ‒ 1232 с.