Механізм утворення сервовітної плівки

Залежно від виду змащувального матеріалу і умов тертя механізм формування сервовітної плівки на поверхнях тертя може бути різним.

1. Формування сервовітної плівки в парі бронза – сталь при змазуванні гліцерином. Гліцерин є модельною рідиною, яка легше за інших реалізує режим виборчого перенесення. При терті він діє як слабка кислота. Атоми легуючих елементів бронзи (Sn, Zn, Fe, Alі ін.) йдуть в змащувальний матеріал, в результаті поверхня бронзи збагачується атомами міді. Після відходу атомів легуючих елементів з поверхні бронзи деформація її при терті викликає дифузійну притоку нових атомів легуючих елементів до поверхні, які потім йдуть в змащувальний матеріал. Таким чином, шар бронзи, який деформується при терті, звільняється від легуючих елементів і стає в основному мідним. У ньому утворюється велика кількість вакансій, частина з них анігілює, утворюючи пори, які заповнюються молекулами гліцерину.

Гліцерин є відновником оксиду і монооксиду міді, тому поверхня тертя мідної плівки вільна від оксидних плівок, вона дуже активна і здібна до схоплювання із сталевою поверхнею, оскільки має вільні зв'язки. В результаті сталева поверхня поступово покривається тонким шаром міді. Цей процес продовжується до тих пір, поки на обох поверхнях, сталевої і бронзової, не утворюється шар міді товщиною 1.2 мкм.

Після того, як мідна плівка покриє бронзову і сталеву поверхні, молекули гліцерину вже не можуть взаємодіяти з бронзою і «витягувати» атоми легуючих елементів, процес розчинення бронзи припиняється, і наступає сталий режим виборчого перенесення. Якщо з яких-небудь причин мідна плівка руйнуватиметься, то знов відбудеться розчинення бронзи, і поверхня збагачуватиметься міддю, поки знову не наступить пасивний стан.

2. Сервовітна плівка може утворитися у вузлі тертя сталь – сталь при роботі з металоплакуючими змащувальними матеріалами, що містять дрібні частинки бронзи, міді, свинцю, срібла і ін. При використанні мастила ЦІАТІМ-201 з добавками порошку цих металів в парі тертя сталь – сталь поверхні деталей покриваються тонкою плівкою, що складається з металу вживаних порошків. В процесі роботи пороші частково розчиняються в змащувальному матеріалі і в результаті відновлення оксидних плівок міцно схоплюються із сталлю, утворюючи сервовітну плівку. Такі плівки пластичних металів пористі і містять в порах змащувальний матеріал. Коефіцієнт тертя при високих навантаженнях знижується, а сталеві поверхні не зношуються. При терті зрушення поверхонь тертя відбувається усередині плівок, що утворилися, по диффузійно-вакансіному механізму. Якщо змащувальний матеріал – добрий відновник, можна для реалізації ВП вводити оксид і монооксид міді. Сервовітна плівка утворюється тоді в результаті відновлення оксидів міді в процесі тертя.

3. У промисловості розроблен ряд порошкових твердоспечених матеріалів, що працюють в режимі виборчого перенесення. Шихта для твердоспеченного матеріалу готується з тонкодісперсних порошків ВК3, ВК6, ВК8 з додаванням литого карбіду вольфраму (реліту) зернистістю 0,1...0,25 мм. Як пов'язуючий матеріал застосовують сплави, що містять мідь (Cu-Ni сплави), які мають хорошу рідинотечкість і забезпечують високу міцність порошкового матеріалу.

Порошкові матеріали можуть працювати в режимі ВП при змазуванні нафтою, нафтопродуктами і стічними водами. Сервовітна плівка утворюється на поверхні твердих складових сплаву в результаті механічного витискування м'якої складової і її подальшого розчинення. Сплави здатні працювати в однойменній парі (композиційний матеріал за композиційним матеріалом) тільки завдяки утворенню сервовітної плівки, яка забезпечує змазування твердих складових порошкової композиції. Ці складові без плівки міді не можуть нести навантаження, тому що відбуваються задіри поверхонь.

4. Сервовітная плівка може утворюватися при терті політетрафторетілена (ПТФЭ), наповненого монооксидом міді, об сталь при змазуванні гліцерином. Сервовітна плівка утворюється в результаті відновлення монооксиду міді до чистої міді. Сталева поверхня покривається шаром міді. Можливо застосування наповнювачів, що містять органічні солі міді, або легкораспадного при нагріві ферміату або силіцилату міді. Підвищення здатності навантаження пари терт пояснюється тим, що мідь, що виділяється в колоїдному стані в результаті розкладання вказаних з'єднань під дією сил тертя і високих локальних температур, знаходиться в неокисленому стані. Вона здатна взаємодіяти з металевою поверхнею контртіла і утворювати на ній якнайтоншу політуроподібну пластичну мідну плівку.

5. Сервовітна плівка може утворюватися і без змащувального матеріалу, якщо в контакті знаходяться сталь – фторопласт з просоченням тонким мідним або бронзовим дротом. В цьому випадку при важких режимах тертя і високих температурах ПТФЭ, не дивлячись на свою «класичну» інертність, бурхливо реагує з деякими металами. Поверхня стали і ПТФЭ збагачується міддю, на якій, крім того, формується металополімерний шар у вигляді координаційного з'єднання. Структура фрикційного контакту, що забезпечує режим ВП при терті мідно-фторопластового композиту представлена на мал. 5.11.

1 – шар комплексів 2 – сервовітная плівка міді 3 – сталь

Мал. 5.11 – Структура граничного шару, що утворюється при терті

мідно-фторопластового композиту по сталі

Приведена структура граничного шару складається з пов'язаного з поверхнею кристалічної решітки стали шару сервовітної плівки міді і металлополімерного шару (1...16 нм), орієнтованого у напрямі тертя, закріплення якого на поверхні сервовітної плівки здійснюється в результаті комплексоутворення.

Таким чином, високі тріботехнічні властивості мідно-фторопластових композитів пов'язані з реалізацією ВП при терті без змащувального матеріалу унаслідок утворення координаційних з'єднань з двовалентною міддю. Наявність змащувального матеріалу в таких композиціях покращує тріботехнічні характеристики за всіх діапазонах вантаження, особливо при легуванні змащувальних матеріалів комплексоутворюющими присадками.