ОАО НПП Радий -:- Борьба с трением

Трибология - наука молодая, сформировалась в шестидесятых годах и сегодня бурно развивается. Отсутствие трибологических знаний и нового понимания в вопросах трения привело к резкому отставанию триботехники от достигнутого уровня трибологии, несмотря на то, что большинство открытий совершено опытным путем и уже после этого под эти явления подводилась научная база, объяснения и научное понимание данного явления.

Исследования показывают, что примерно 80-90% отказов машин и механизмов происходит из-за износа узлов и деталей, а также рабочего инструмента. За полный цикл эксплуатации машин, эксплуатационные затраты (расходы, трудоемкость ремонта и затраты материалов на ремонт) в несколько раз превышают затраты на изготовление новых машин.

Ремонтом оборудования в развитых странах занято около 30% общего числа рабочих и примерно такая же часть станочного парка. На ремонт расходуется пятая часть всего выплавляемого металла.

Также значительные расходы обусловлены недооценкой значимости проблем износостойкости и долговечности машин, как ныне эксплуатируемых, так и намеченных к выпуску в ближайшее время.

Трибология и Триботехника - это ключ к высвобождению этих огромных "резервов", ведь повышение долговечности машин, при безусловном сохранении их рабочих характеристик, которое обуславливается главным образом долговечностью узлов и элементов трения, равносильно не только пропорцианальному повышению производительности, но и высвобождению огромных ресурсов рабочей силы, сырья, материалов, финансовых средств.

Перед нашей страной стоит дополнительная и очень сложная задача. Из-за недостатка средств последние 15 лет основные фонды почти не обновлялись. По прогнозу правительства полная амортизация основных фондов ожидается в 2003 г. и "манны небесной" не предвидится, следовательно, впереди нас ожидает отрицательная динамика работоспособности промышленного, энергетического и других видов оборудования.

Т.е. стоит задача: максимального увеличения сроков эксплуатации действующего оборудования с сохранением надежности его эксплуатации, при минимальных затратах.

Новый подход к пониманию процессов, происходящих при трении твердых тел

Трибология не может быть сведена только к задачам механики, как это ранее предполагали некоторые специалисты.

Физика, химия, металло- и материаловедение, термодинамика, теория теплопередач и ряд других наук и технологических дисциплин играют сложные и взаимосвязанные роли в определении общих условий внешнего трения и изнашивания твердых тел.

Если раньше считалось, что трение является только разрушительным процессом и обратное утверждение считалось абсурдным, как и то, что можно создать узел трения, который бы не изнашивался, то сейчас установлено, что в открытых трибосистемах, которые постоянно получают из внешней среды отрицательную энтропию и вещество, могут возникать стационарные неравновесные состояния с высокой степенью организованности.

Узлы трения полностью подпадают под такое определение. Следовательно, создание безызносного узла трения не является теоретически абсурдным. На сегодняшний день наука и практика имеют массу подтверждений данному утверждению.

При трении происходят три взаимовлияющих процесса (триада И. В. Крагельского): взаимодействие поверхностей, изменение свойств поверхностей в результате взаимодействия и влияния окружающей среды, разрушение поверхностей вследствие 2-х предыдущих процессов.

Поэтому особая роль в понимании вопросов трения отводится поверхностным слоям.

Физико-механические параметры поверхностного слоя, его структура и напряженное состояние, как правило, сильно отличаются от свойств всего объема материала, т. к. у атомов поверхностного слоя остаются свободные связи и чтобы при таком несимметричном силовом поле атом кристалла находился в равновесии, необходимо иное, чем внутри кристалла расположение атомов самого верхнего слоя. Обнаружены исключительно высокая диффузионная подвижность атомов поверхностного слоя 0,1-0,3 мкм и реакционная способность материалов контактируемых при влиянии давления и деформации сдвига пар, и как следствие возможность модифицирования поверхностей вплоть до создания новых соединений и равновесных твердых растворов.

Теперь плавно, можно перейти к основополагающему открытию Крагельского и Гаркунова - избирательному переносу, названному ими эффектом безызносности. В первые (1985г.) на примере трения медных сплавов о сталь в условиях граничной смазки, исключающей окисление меди, было показано, что трение может сопровождаться эволюционными процессами (самоорганизация), в результате которых разрушение поверхностей становится второстепенным. Главным выступает созидательный характер трения, который обусловлен обменом узла трения с внешней средой энергией и веществом, а также коллективным поведением ионов меди, из которых формируется тонкая медная пленка, защищающая поверхности трения от изнашивания. Трение не может уничтожить пленку, оно её создает. Происходит явление избирательного переноса - перенос меди на сталь и ее обратного переноса, сопровождающегося уменьшением силы трения до жидкостного и приводящего к значительному снижению износа пары трения.

С развитием представлений об избирательном переносе расширялись границы проявления безызностности, постепенно перешли на путь создания смазочных композиций и материалов, которые в комплексе с основой смазочного материала могут вызвать режим возбуждения и саморегулирования процесса - активировать окислительно-восстановительные реакции в начале работы узла трения, обеспечивать их затухание в установленном режиме и способствовать выделению необходимых материалов для создания модифицированной структуры поверхности.

В 1984 г. защищено открытие "Эффект низкого трения гидратов по стали" (Маринич Т. Л., Ревнивцев В. И., Гаркунов Д. Н.). Суть его в том, что серпентиниты под действием контактного давления соприкасающихся поверхностей, внедряются в эти поверхности и инициируют процессы саморегуляции трения, снижая силу трения в несколько раз. Отмечается высокая стойкость против заедания и схватывания, способность к непрерывной модификации поверхностей.

Так было объяснено явление увеличенного срока службы (до 6 раз) бурового инструмента при прохождении некоторых участков сверхглубокой скважины на Кольском полуострове, содержащих серпентиниты.

Подобные явления отмечались и при измельченных кварцитах. Заявка на изобретение зарегистрирована ещё в 1969г.

Из всего этого нам сегодня надо знать, что существуют материалы или композиции, которые способны в паре трения при определенных условиях инициировать процессы самоорганизации трения по тому или иному принципу.

Состав, о котором в дальнейшем пойдет речь в основе своей содержит природные минералы группы серпентинитов.

Трибология и триботехника

Новый подход к пониманию процессов, происходящих при трении твердых тел