ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Структура и физические свойства твердых поверхностных пленок из "Смазочные материалы для обработки металлов резанием" В условиях граничного трения жидкокристаллические адсорбционные пленки сравнительно мало эффективны. Более эффективны твердые пленки, которые в процессе разрушения непрерывно возобновляются в результате химического взаимодействия активных компонентов окружающей среды с металлом. Такие пленки имеют кристаллическую структуру. Поэтому целесообразно рассмотреть основные типы кристаллической структуры твердых тел во взаимосвязи с их физическими свойствами. [c.56] индий или серебро, нанесенные на сталь). Применяют в различных механизмах [75, 83]. [c.57] Ионные кристаллы состоят из положительных и отрицательных ионов, которые регулярно чередуются в узлах решетки и связаны между собой силами электростатического (кулоновского) взаимодействия. Валентные электроны металла в этом случае полностью передаются более электроотрицательному атому. Ионные кристаллы, как и кристаллы металлов, имеют плотную упаковку. Если такой кристалл построен из ионов разной величины, то ионы с меньшим радиусом располагаются в промежутках между плотно упакованными ионами с большим радиусом. Такую решетку имеют, например, кристаллы Na l, K l, КВг. Силы связи в ионных кристаллах достаточно велики и имеют вполне определенную пространственную ориентацию. Поэтому такие кристаллы характеризуются высокой прочностью, хрупкостью и низкой электропроводностью. Ионные кристаллы галогенидов, сульфидов, сульфатов, фосфатов металлов в ряде случаев образуются на поверхностях трения при использовании смазочных сред, содержащих элементы с высокой степенью электроотрицательности, например, хлор, серу, фосфор и др. В частности, такую структуру имеют PbS, AgF, Agi, HgBr2, нашедшие применение в качестве твердых смазок [75, 83]. [c.57] Кристаллы с ковалентными связями между атомами (атомные кристаллы) образуются за счет обобществления электронов соседних атомов в результате перекрывания орбит внешней электронной оболочки. Ковалентные связи очень прочны и строго ориентированы в пространстве. Кристалл, образованный при помощи ковалентных связей, можно рассматривать как одну гигантскую молекулу. Алмаз, кристаллический кремний, некоторые карбиды и силициды представляют собой типичные примеры кристаллов с ковалентными связями. Для кристаллов этого типа характерны высокая твердость, тугоплавкость, низкая летучесть и химическая инертность. [c.57] Кристаллы могут быть построены не только за счет чисто ионных, чисто ковалентных или металлических связей, но и при помощи связей, имеющих промежуточный характер. Степень ионности или ковалентности связи можно качественно оценить шкалой электроотрицательностей Полинга. [c.58] Из классических работ, положенных в основу теории граничной смазки, следует, что величина трения зависит от механических свойств трущихся материалов, природы и свойств образующихся на их поверхности смазочных пленок. [c.59] Как это видно, реальная прочность кристаллов на три порядка ниже ее теоретического значения. Если устранить дефекты структуры, ее прочность приближается к теоретической. [c.59] Это уравнение учитывает все виды дефектов, однако для практических целей оно непригодно, поскольку количество дефектов в кристаллической решетке опргеделить весьма сложно. [c.60] Полагая, что уменьшение показателей прочности твердого тела (твердости, пределов прочности на сдвиг, растяжение, сжатие и др.) пропорционально увеличению энтропии при повышении температуры, выведем уравнение предела прочности его как функцию температуры. Будем исходить из допущения. [c.61] Заедание поверхностей наблюдалось при соотно-щении твердостей от 20 и выше. [c.63] В условиях граничного трения трущиеся поверхности разделены лишь до тех пор, пока твердая пленка существует. Предельной температурой существования пленки может служить температура ее плавления. Сопоставляя температуры плавления металлов и соединений этих металлов с неметаллами, приведенные в табл. 1, нетрудно выявить связь меладу этим показателем и износостойкостью инструментальных материалов. [c.63] Более высокой температурой плавления окислов металла, образующихся в воздухе и в среде кислорода [15, 32, 40, 74, 76], можно объяснить быстрый износ режущих инструментов при обработке высокопрочных сплавов и высоколегированных сталей, содержащих большие количества никеля, кобальта, титана, молибдена и хрома. [c.64] Особый интерес представляют кислородные соединения бора (бораты). Окислы бора, в отличие от самого бора и окислов алюминия, легкоплавки. Поэтому соли щелочных металлов борных кислот вводят в состав СОЖ [90—92]. Результаты испытаний смазывающих свойств водных растворов тетрабор-нокислого натрия, проведенные на машине трения, показали, что он обладает достаточно высокими смазочными свойствами. [c.64] Сульфиды металлов менее тугоплавки и менее прочны, чем их кислородные аналоги на этом основано смазочное действие присадок, содержащих серу, при обработке сталей. Для резания низкоплавких металлов, таких, как А1, С( , 2п и др., сульфиды которых плавятся при значительно более высокой температуре, применение СОЖ, содержащих серу, нецелесообразно. Для резания этих металлов часто рекомендуются СОЖ на основе жиров, мыл, органических кислот и других относительно малоактивных компонентов. [c.64] Пленки галогенидов тяжелых металлов (Ре, Со, N1, Мо, Сг) характеризуются более низкими температурами плавления и механической прочностью, чем сами металлы. В то же время оба эти показателя достаточно высоки, чтобы обеспечить устойчивость металлов к высоким температурам и нормальным давлениям, наблюдаемым в условиях резания. Поэтому органические соединения, обладающие способностью образовывать такие пленки, часто рекомендуются при обработке высокопрочных и тугоплавких металлов и сплавов [15, 86, 92—94]. Упомянутые свойства галогенидов металлов позволяют использовать в качестве твердых смазочных материалов галогениды С(1, Са, РЬ, Сг и др. [75, 83, 95]. [c.64] При температурах ниже собственной температуры плавления смазочные пленки также способны претерпевать физические и химические изменения, что может отразиться на их смазочной способности. Возможны фазовые превращения пленок, о которых можно составить представление по величине тепловых эффектов этих превращений [96] и по изменению термодинамических характеристик. По изменению теплоты плавления, энтальпии, свободной энергии и энтропии, из которых три последних величины являются функциями состояния системы и имеют размерность энергии, можно судить о направлении химических реакций и о предельных значениях температуры и давления, при которых на поверхности металла существует смазочная пленка. Равновесному, т. е., устойчивому, состоянию системы соответствуют минимальные значения энтальпии и свободной энергии. Термодинамические характеристики некоторых чистых металлов и их соединений с кислородом, галогенами, серой, образование которых наиболее вероятно при резании металлов с применением смазочных материалов, даны в табл. 1 (см. стр. 51). Металлы и соединения, характеризующиеся высокой прочностью и высокой температурой плавления,, имеют относительно невысокие величины энтропии и высокие значения теплот плавления. [c.65] При меньщей толщине пленок их смазочные свойства не проявляются. [c.65] Смазочные пленки могут быть получены в результате адсорбционного и химического взаимодействия поверхностно-активных или иных веществ с поверхностями трения (или преимущественно с одной из них), а также путем искусственного введения в зону трения веществ слоистого строения, обладающих антифрикционными свойствами. Когда поверхностные пленки образуются в результате адсорбционного или хемосорбционного взаимодействия смазки с поверхностью металла, полное предотвращение износа трущейся пары невозможно. Адсорбционные пленки не могут противостоять действию высоких нагрузок и температур. В этих условиях более эффективны хе-мосорбционные пленки, которые в процессе разрушения непрерывно возобновляются в результате химического взаимодействия активных компонентов с металлом. При этом предотвращается катастрофический износ, связанный с грубыми повреждениями поверхностей трения, но не исключается возможность химического износа. Иногда химический износ может быть настолько интенсивным, что применение слишком активной смазки будет нецелесообразным и даже вредным. [c.66] Поверхностные пленки, специально нанесенные на поверхности трения, являются более совершенным и более желательным видом смазки, в особенности в композициях с ПАВ. Однако и они не могут предотвратить усталостный и диффузионный износ. [c.66] Вернуться к основной статье