ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Трибоэлектрические методы контроля трибосопряжеФизические основы из "Неразрушающий контроль Т5 Кн1" Трибоэлектрические методы НК относятся к группе генераторных методов и заключаются в регистрации величины электрических зарядов, возникающих в ОК при трении разнородных материалов. В основу методов НК данной группы положены различные явления, сопровождающие трение тел и приводящие к формированию электрических зарядов. Указанные явления обычно объединяются общим понятием - трибоэлектричество. [c.652] Трибоэлектричество — возникновение электрических зарядов при трении двух разнородных тел. Это явление наблюдается при взаимном трении двух диэлектриков, полупроводников или проводников различного или одинакового состава, но различной плотности при трении металлов о диэлектрики при несимметричном трении двух химически одинаковых диэлектриков при трении жидких диэлектриков друг о друга или о поверхность твердых тел при трении газов о поверхность твердых тел и в других подобных случаях. При этом всегда электризуются оба вещества, участвующие в трении, - их заряды одинаковы по величине, но противоположны по знаку. [c.652] Для удобства применения различные материалы расположили в трибоэлектрические ряды, в которых при взаимном натирании предыдущее тело электризуется положительно, а последующее отрицательно [ряд Фарадея (+) мех, фланель, слоновая кость, перья, горный хрусталь, флинтглас, бумажная ткань, шелк, дерево, металлы, сера (—)]. Диэлектрики, расположенные в трибоэлектрическом ряду, устанавливаются в порядке убывания их твердости [ряд Гезехуса (+) алмаз (тв.Ю). топаз (тв. 8), горный хрусталь (тв. 7), глад-ское стекло (тв. 5), слюда (тв. 3), кальцит (тв. 3), сера (тв. 2 ), воск (тв. 1) (-)]. Дпя металлов характерна обратная зависимость. [c.652] Явление трибоэлектричества сильно осложняется внешними факторами (наличием пленок влаги на поверхности и загрязнением поверхности, эффектами нагревания при трении и т.п.). Поэтому экспериментальные результаты, полученные различными авторами, часто противоречат друг другу. Особенно это относится к трибоэлектрическим рядам. [c.653] В основе трибоэлектричества твердых тел лежат контактные явления. При взаимном трении двух твердых тел отдельные локальные участки поверхности этих тел вступают в контакт и затем разделяются. В момент контакта происходит переход электронов и ионов от одного тела к другому. Контактная электризация двух металлов, двух полупроводников, металла и полупроводника обусловлена переходом электронов через границу раздела от вещества с меньшей работой выхода к веществу с большей работой выхода. При контакте металла и диэлектрика электризация возникает за счет перехода электронов из металла в диэлектрик и перехода ионов того или иного знака из диэлектрика на поверхность металла. В случае контакта двух диэлектриков электризация обусловлена диффузией носителей тока из одного вещества в другое. [c.653] Причиной трибоэлектричества может служить также механическое удаление отдельных участков поверхности материала. [c.653] Трибоэлектричество жидкостей связано с появлением двойных электрических слоев на поверхностях раздела двух жидких сред или на границах жидкость -твердое вещество. При трении жидкостей о металлы в процессах течения или разбрызгивания при ударе электризация возникает за счет электролитического разделения зарядов на границе металл - жидкость. Электризация при взаимном трении двух диэлектрических жидкостей - следствие существования двойных электрических слоев на поверхности раздела жидких сред с разной е, при этом жидкость с большей в заряжается положительно, а с меньшей - отрицательно (правило Коэна). Разрушением двойных электрических слоев на границе жидкость - газ объясняется электризация при разбрызгивании жидкостей вследствие удара о поверхность твердого диэлектрика или о поверхность жидкости (электризация в водопадах). [c.653] Трибоэлектричество в ряде случае может привести к нежелательному накоплению статических зарядов, что можно устранить заземлением металлических деталей, увеличением проводимости диэлектриков, применением разрядников, ионизацией воздуха. При создании же методов НК трибоэлектричество является источником измерительной информации о состоянии ОК. [c.653] Основными источниками электризации деталей трибосопряжения являются гальваноЭДС и термоЭДС, при этом, однако, заметный вклад в суммарный электрический сигнал вносят различные процессы, связанные с эмиссией электронов (экзоэлектронная и термоэлектронная эмиссия, эмиссия электронов высоких энергий, электроакустические и электро-адгезионные явления). [c.654] Механизм термоэлектронной эмиссии заключается в том, что с повышением температуры в зоне трения (в точках касания микронеровностей она может достигать температуры плавления материалов трибосопряжения) увеличивается число электронов, обладающих энергией, достаточной для совершения работы выхода электрона из материала. При этом возникает поток электронов, испускаемых зоной трения, а плотность этого потока определяется температурой поверхностей трущихся деталей. [c.654] На практике величина коэффициента А может существенно отличаться от определяемого по приведенной формуле значения. Например, если испускающая электроны поверхность неоднородна, на ней будут пятна с температурой, отличающейся от некоторого среднего значения. Эмиссия электронов из пятен с большей температурой более интенсивна, и полный ток может оказаться гораздо больше теоретического. [c.654] Эмиссия электронов остается незначительной, пока температура не достигнет значения Ш к. [c.654] Опуская рассмотрение других явлений, приводящих к электризации трущихся тел, отметим общие закономерности, используемые в трибоэлектрических методах НК при трении, при механической обработке поверхности материала (отрывы частиц металла с поверхности), при возникновении механических напряжений в материале, сопровождаемых трещино-образованием, при повышении температуры трущихся деталей, при протекании в зонах трения химических процессов происходит формирование на поверхностях трущихся деталей электрических зарядов. [c.655] В моменты размыкания электрической цепи трибосопряжение представляет собой источник тока, а при подключении пары трения к внешнему сопротивлению на последнем создается падение напряжения. Полученный таким образом электрический сигнал обобщенно называют трибоЭДС. [c.655] Спецификой процессов, которые сопровождаются генерированием трибоЭДС, является то, что частота таких сигналов может существенно превышать частоту сигнала, вызванного другими источниками (термоЭДС, гальваноЭДС). Например, электрические колебания, обусловленные электроакустическим эффектом, лежат в диапазоне от десятков кГц до единиц МГц, т.е. совпадают со спектром акустической эмиссии. Процессы экзоэлектронной эмиссии и эмиссии электронов высоких энергий характеризуются еще более высокочастотным спектром. [c.655] Вернуться к основной статье