3.8.2 Деякі особливості тертя в вакуумі

Проблема тертя в вакуумі дуже привабила увагу вчених у зв’язку необхідності роботи механізмів у космосі.

Особливості тертя і спрацьовування у вакуумі зводяться до наступного :

1. Важкість регенерації адсорбованої захисної плівки на поверхнях тертя внаслідок розрідження навколишнього середовища.

2. Можливість зміни властивостей поверхневого шару під впливом різного виду радіації і змін властивостей атмосфери.

3. Вибіркове випаровування поверхневих шарів поверхонь тертя (особливо рідких змащень).

4. Важкість охолодження поверхонь тертя.

5. Великий температурний інтервал працездатності змащення.

Регенерація адсорбованої плівки

Головною особливістю вакууму є те, що матеріал при терті по суті оголюється, так як на ньому не встигає відновитися спрацьована захисна плівка, яка негайно відновлюється при звичайному атмосферному тиску.

Степінь вакууму	10-6	10-10	10-11
Час утворення плівки	2,5с	7год	70год

(швидкість утворення мономолекулярної плівки в залежності від степені вакууму)

Зміни властивостей атмосфери

O₂ і H₂ присутній в атмосфері не тільки у вигляді молекул, а і в активних радикалах.

В навколоземному просторі спостерігаються різні види радіації. Органічні матеріали, які піддаються опроміненню радіацією (пластмаси, еластомери), змінюють свої властивості (“зшиваються”, утворюють поперечні зв’язки, втрачають еластичність, охрупчуються). Поверхневий шар може розрихлюватися. Метали практично не змінюють своїх властивостей під дією опромінення.

Вибіркове випаровування і теплообмін

Істотною властивістю змащень і органічних матеріалів і навіть легкоплавких матеріалів є їх випаровуваність. Рідкі масла, які мають присадки, мають різну молекулярну вагу. При випаровуванні, яке проходить з різною швидкістю, змінюються склад і властивості масел. Відсутність O₂ і H₂O – парів призводить до того, що масла перестають виконувати свої функції, тому, що елементи O₂ і H₂O – парів і метал необхідні для утворення металічних мил. .

Тепло тертя

Відсутність конвективного обміну. Теплопередача в корпус механізму чи за рахунок радіаційної теплопередачі (~T⁴).

В зв’язку з цим проблема забезпечення роботи вузлів тертя в вакуумі є проблема створення на поверхні тертя стійкої захисної плівки (плівки із твердої речовини – десульфідів, диселенідів). Сполучення матеріалів плівки і контртіла повинно бути узгоджене із властивістю утворення сплавів.

3.8.3 Вплив товщини покриття на коефіцієнт тертя

Широко відомий експеримент Ф. Боудена і Д. Табора по встановленню залежності коефіцієнта тертя від товщини м’якого покриття на більш твердій основі. На рис.39 наведена така залежність, отримана в результаті ковзання сферичного індентора радіусом 0,3 мм. при навантаженні 4 кг. по поверхні зразка із інструментальної сталі, покриття – індій.

Товщина плівки змінювалась в інтервалі від 0,01 до 10 мкм. Якщо врахувати ефект зростання зсувного опору для тонких плівок, то перехід через мінімум може бути пояснено на основі молекулярно–механічної теорії тертя.

Для випадку, коли твердість основи значно більша твердості покриття можна вважати, що процеси пластичного тертя локалізуються тільки в покритті. Величина визначається в першу чергу механічними властивостями і товщиною покриття і може бути оцінена по наступній формулі (Алексеев Н. М. “Металлические покрытия опор скольжения.” “Наука”, 1973, 75с.)

,

де r – радіус індентора; Δ_с – товщина покриття.

Зі збільшенням товщини покриття зменшується, а коефіцієнт тертя відповідно зростає. При і, відповідно,.

Із зменшенням товщини покриття коефіцієнт тертя не падає безгранично, так як для тонких покриттів опір зсуву зростає при зменшенні їх товщини. В цьому випадку коефіцієнт тертя визначається міцністю покриття на зсув і механічною складовою можна знехтувати. Для тонких покриттів, порядку 0,1 мкм і менше, залежність опору зсуву від товщини шару буде

,

де .τ_m. – опір зсуву в “масивному” стані

Тоді для лівої кривої (рис.39) коефіцієнт тертя можна виразити

,

тобто f зростає зі зменшенням товщини покриття. Експеримент показав, що “n” близьке до одиниці.

Обчислення τ по вищевказаній формулі показали, що при зменшенні Δ_с до 10^-6 см. опір зсуву зростає в 3-4 рази.

Рис.39. Залежність коефіцієнту тертя від товщини металічних плівок по Боудену (схема).