Повышение износостойкости оборудования ЭПС на основе избирательного переноса

В течение длительного времени главным направлением борьбы с изнашиванием и уменьшением трения было повыше­ние твердости поверхностей трения деталей машин. При повы­шении твердости материалов уменьшается взаимное внедрение одной поверхности в другую, снижаются пластические дефор­мации и окислительные процессы, а также действие абразивных частиц. В поисках новых путей повышения износостойкости де­талей машин обратились к живой природе. Анализ нагруженных подвижных сочленений живых существ показывает, что в живой природе имеется всего два типа узлов трения: открытые и закрытые. В открытых узлах трения работает пара трения «твердое-твердое» (зубы животных). Закрытые узлы трения (суставы живых организмов) сконструированы на принципах, которые в машиностроении не применяют. Здесь на твердой кости располагается мягкий хрящ, на поверхности которого име­ется тонкая, подвижная полимерная пленка, сопряженная по­верхность имеет такую же структуру. В суставе в паре трения работают два одинаковых материала, причем мягкий по мягко­му. Подобные пары трения являются универсальными узлами, обладающими безызносностью.

В середине 50-х годов при испытании технического состоя­ния узлов трения самолета ИЛ на разных этапах его эксплуата­ции было обнаружено явление самопроизвольного образования тонкой пленки на поверхностях деталей тяжело нагруженных узлов при работе пары трения сталь-бронза, при смазывании спиртоглицериновой смесью. Пленка меди толщиной 1-2 мкм в процессе трения покрывала как бронзу, так и сталь. Она резко снижала износ и уменьшала силу трения в 10 раз. Почти в то же время подобное явление было обнаружено в парах трения сталь-сталь в узлах трения компрессора домашнего холодиль­ника при смазывании маслофреоновой смесью. Благодаря это­му явлению компрессоры холодильников могут работать без ремонтов десятки лет.

Можно отметить следующую цепочку взаимообусловленных явлений, происходящих в смазочной системе компрессора и на поверхностях трения деталей:

-начальный период. В паре трения сталь-сталь сма­зочный материал окисляется под действием электрических за­рядов, образующихся при трении. Образовавшиеся кислоты растворяют поверхностные слои медных трубок и поставляют в смазочную систему ионы меди, которые циркулируют по сма­зочной системе и осаждаются на поверхности деталей только в зоне трения. Узкие щели между трущимися деталями по отно­шению к массе деталей представляют собой анодные участки, ионы меди втягиваются электрическими силами в зазоры со­пряжений, и в результате коллективного действия ионов меди образуется тонкая медная пленка, покрывающая поверхности трения деталей;

-установившийся режим. После того, как поверхности трения покрылись пленкой меди, пара трения сталь-сталь становится парой трения медь-медь. Это приводит к снижению сил трения и интенсивности окисления маслофреоновой смеси Прекращается растворение меди трубок. В случае нарушения сплошности медной пленки режим сопряжения становится более тяжелым, увеличивается сила трения, что вызывает усиление окислительных процессов в смазочном материале и, как следствие, растворение меди трубок и «залечивание» поврежденной поверхности. Автоматизм поддержания защиты поверхности трения от изнашивания обеспечивает длительную безызносную работу компрессора. В установившемся режиме трения медная пленка не разрушается, она может переходить с одной поверхности трения на другую, продукты износа удерживаются в зазоре электрическими силами. Пленка, защищающая поверх ности трения от изнашивания, называется сервовитной.

Процесс образования сервовитной пленки может быть создан искусственно в узлах трения сталь-сталь, сталь-латунь сталь-бронза. Так, при работе с металлоплакирующими смазочными материалами, изготовленными на основе техническое вазелина и смазки ЦИАТИМ с добавлением мелкодисперсных частиц бронзы, меди, свинца, серебра и др., в процессе работы пары трения порошки частично растворяются в смазочном материале кислотами, образующимися под действием электрических зарядов в паре трения. Ионы присаженных металлов восстанавливают окисные пленки на поверхности трения и прочие схватываются со сталью, образуется сервовитная пленка, которая обладает пористостью и содержит в порах смазочный материал. Коэффициент трения при высоких нагрузках снижается е десятки раз, и поверхности трения практически не изнашиваются. На ЭПС металлоплакирующие смазки имеют большие перспективы применения в узле трения МОП. При этом вкладышы МОП должны изготавливаться цельнолитыми из бронзы или латуни (без баббита), а узел смазки должен быть модернизирован чтобы обеспечивать подачу смазки в зазор между вкладышем МОП и осью колесной пары.