Экстремальная трибология

Экстремальная трибология относится к трибологическим ситуациям в экстремальных условиях эксплуатации, которые могут быть связаны с высокими нагрузками и/или температурами или суровыми условиями эксплуатации . Кроме того, они могут быть связаны с частыми временными условиями контакта или с ситуациями, в которых возможности мониторинга и обслуживания практически невозможны . В общем, экстремальные условия обычно можно отнести к категории аномально высоких или чрезмерных воздействий, например , холода , тепла , давления , вакуума , напряжения , агрессивных химикатов , вибрации или пыли . ^[1] К экстремальным условиям следует отнести любое устройство или систему, требующую смазочного материала , работающего при любом из следующих условий: ^[2]

За пределами оригинальных оборудования . технических характеристик
За пределами исходных параметров окружающей среды оборудования.
Применение в экологически чувствительном месте.
За пределами исходной спецификации конструкции смазочного материала .

Работа в таких экстремальных условиях представляет собой серьезную задачу для трибологов по разработке трибосистем , отвечающих этим экстремальным требованиям. Часто только многофункциональные материалы . таким требованиям отвечают ^[3]

Проблемы в трибологии

Развитие человечества предложило новые технологии, устройства, материалы и методы обработки поверхности , которые потребовали новых смазочных материалов и систем смазки . Точно так же разработка высокоскоростных поездов , самолетов , космических станций , жестких дисков компьютеров , искусственных имплантатов, биомедицинских и многих других инженерных систем стала возможной только благодаря достижениям в трибологии . Проблемы трибологии, включая устойчивость , изменение климата и постепенную деградацию окружающей среды, требуют новых решений и инновационных подходов. ^[4]

Трибология при экстремальных температурах

Во многих трибологических применениях компоненты системы подвергаются воздействию экстремальных температур (очень высоких или сверхнизких температур). Примеры такого применения можно найти в аэрокосмической , горнодобывающей , энергетической , металлообрабатывающей промышленности и на сталелитейных заводах. В трибологии можно рассматривать применение, работающее при повышенных температурах, когда использование обычных смазочных материалов, то есть масел и смазок, больше не эффективно из-за их быстрого разложения при температуре около 300 °C. Умные смазочные материалы и многофункциональные смазочные материалы разрабатываются как материалы нового класса с повышенной безопасностью, долговечностью и минимально возможными затратами на ремонт. Такие материалы предназначены для самодиагностики , самовосстановления и саморегулировки. К этим материалам относятся конструкционные/смазочные материалы, антирадиационные смазочные материалы, проводящие или изоляционные смазочные материалы и т. д.При низких температурах и криогенных средах жидкие смазочные материалы могут затвердевать или становиться очень вязкими и неэффективными. На другом конце, Твердые смазочные материалы обычно оказываются лучше, чем жидкие смазочные материалы или смазки . Наиболее распространенными твердыми смазками для криогенных температур являются политетрафторэтилен , поликарбонат , дисульфид вольфрама (WS ₂ ) и дисульфид молибдена (MoS ₂ ). Кроме того, лед может быть возможной смазкой при деформации в криогенных средах, что обеспечивает метод самосмазывания в том смысле, что для подачи смазки не требуется никакого активного механизма.

Трибология на микро/наноуровне

Фундаментальное отличие микро / нанотрибологии двух объектов при относительном от классической макротрибологии заключается в том, что микро/нанотрибология рассматривает трение и износ скольжении, размеры которых варьируются от микромасштабов до молекулярных и атомных масштабов . МЭМС относятся к микроэлектромеханическим системам с характерной длиной от 100 нм до 1 мм, тогда как НЭМС представляют собой наноэлектромеханические системы с характерной длиной менее 100 нм. ^[5] Существуют большие проблемы в развитии фундаментального понимания трибологии , поверхностного загрязнения и окружающей среды в MEMS / NEMS . Одной из таких проблем в таких экстремальных трибологических ситуациях является сцепления сила , которая может в миллион раз превышать силу гравитации . Это связано с тем, что сила сцепления уменьшается линейно с размером, тогда как сила гравитации уменьшается с кубом размера. с низкой поверхностной энергией , Гидрофобные покрытия наносимые на оксидные поверхности, перспективны для минимизации адгезии и накопления статического заряда. ^[6]

Трибология в условиях вакуума

В условиях вакуума компонентов является проблемой достижение приемлемой долговечности трибологических из-за того, что смазка может замерзнуть, испариться или разложиться и, следовательно, стать неэффективной. Трибологические свойства материалов проявляют различные характеристики в космическом вакууме по сравнению с атмосферным давлением . Адгезионный и усталостный износ — два важных типа износа , встречающихся в вакуумной среде. Вакуум не только радикально влияет на износ оказывает на заметное влияние контактирующих металлов и сплавов, но также неметаллы . ^[7]^[8] Разрабатываются различные новые виды материалов для потенциальной работы в вакууме. Например, CuZn
₃₉ Пб
₃ и Ни
_{Сплавы 3} (Si,Ti) обладают превосходными противоизносными свойствами во всех условиях вакуума . ^[9]^[10]^[11] Виды твердых смазочных материалов, используемых в космической технике:

Пленки мягких металлов: золото , серебро , свинец , индий и барий .
Пластинчатые твердые вещества: дисульфид молибдена , дисульфид вольфрама , йодид кадмия , йодид свинца , диселенид молибдена , интеркалированный графит , фторированный графит и фталоцианины.
Полимеры : политетрафторэтилен , полиимиды , фторированный этилен-пропилен, сверхвысокомолекулярный полиэтилен СВМПЭ , полиэфирэфиркетон , полиацеталь , эпоксидные смолы.
Другие низкой прочностью на сдвиг материалы : фториды кальция лития , с , бария и редких земель; сульфиды висмута и кадмия ; оксиды свинца , кадмия , кобальта и цинка .

Самый распространенный способ использования твердой смазки — это нанесение ее на металлическую поверхность в виде пленки или поверхностного покрытия из тонкого слоя мягкой пленки, обычно дисульфида молибдена , искусственно нанесенного на поверхности. Покрытия из твердой смазки создаются атом за атомом, образуя механически прочный поверхностный слой с длительным сроком службы и минимальным количеством твердой смазки .

Геотрибология

Термин « геотрибология » впервые был сформулирован Харменом Блоком без существенного обсуждения. ^[12] Позже методы геотрибологии были использованы для анализа механики течения зернистого песка. ^[13] Несмотря на то, что трибологические концепции могут быть использованы для решения многих явлений в науках о Земле , эти два исследовательских сообщества разделены. В о Земле науках многие трибологические концепции последовательно применялись, особенно при анализе трения горных пород . Механизм неровностей с неровностями контакта в был применен в горных пород экспериментах по трению зависимости от состояния , что привело к закону трения , который преобладает при землетрясений анализе . ^[14]

Трибология в условиях повышенной запыленности и загрязненности

с высоким пыли Площадки и загрязнением содержанием могут серьезно повлиять на смазочный материал из-за высокого риска загрязнения частицами . Эти загрязнения легко образуют шлифовальную пасту, вызывая выход из строя трибосистем и последующее повреждение оборудования. Этот тип загрязнения чаще всего возникает при попадании взвешенных по воздуху или застоявшихся частиц в систему смазки через открытые порты и люки, особенно в системах с отрицательным давлением . Половину потери работоспособности подшипника можно отнести на счет износа . Этот износ , который происходит в результате поверхности истирания , усталости и адгезии , часто является результатом частицами загрязнения .

Трибология в радиационной среде

В радиационной среде смазочные жидкие материалы могут разлагаться . Подходящие твердые смазочные материалы могут продлить срок службы систем более чем на 10 ⁶ рад при сохранении относительно коэффициентов трения . низких

Трибология для приложений с ограниченным весом

с ограниченным весом В космических кораблях и вездеходах твердая смазка имеет то преимущество, что весит значительно меньше, чем жидкая смазка . Отказ от жидких смазочных материалов (или ограниченное их использование) и замена их твердыми смазочными материалами приведет к снижению космического корабля веса и, следовательно, окажет существенное влияние на масштабы миссии и маневренность корабля .

Ссылки

^ «Инженерные системы для экстремальных условий» . Studylib.net . Проверено 13 октября 2023 г.
^ Пинчук Д. и др. Трибология и смазка в экстремальных условиях (два тематических исследования). 2002.
^ «Многофункциональность полимерных композитов» . 2015. дои : 10.1016/c2013-0-13006-1 . {{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется |journal= ( помощь )
^ Стаховяк, Гвидон В. (01 сентября 2017 г.). «Как трибология помогает нам развиваться и выживать» . Трение . 5 (3): 233–247. дои : 10.1007/s40544-017-0173-7 . hdl : 20.500.11937/59306 . ISSN 2223-7704 .
^ Милваганам, К.; Чжан, LC (01.01.2011), Давим, Дж. Пауло (редактор), «4 - Микро/нано трибология» , Трибология для инженеров , Woodhead Publishing, стр. 121–160, doi : 10.1533/9780857091444.121 , ISBN 978-0-85709-114-7 , получено 13 октября 2023 г.
^ де Бур, MPM, TM Трибология МЭМС. 2001. DOI: 10.1557/mrs2001.65.
^ Бакли, Дональд Х. (1 января 1974 г.). «Адгезия, трение, износ и смазка в вакууме» . Японский журнал прикладной физики . 13 (S1): 297. doi : 10.7567/JJAPS.2S1.297 . ISSN 1347-4065 .
^ Радчик В. и А. Радчик, О деформациях поверхностного слоя при трении скольжения. член палаты представителей акад. наук, СССР, 1958. 119(5): с. 933-935.
^ Кучукемероглу, Тевфик; Кара, Левент (15 января 2014 г.). «Трикционные и износостойкие свойства сплавов CuZn39Pb3 в атмосферных и вакуумных условиях» . Носить . 309 (1): 21–28. дои : 10.1016/j.wear.2013.10.003 . ISSN 0043-1648 .
^ Лю, Коннектикут; Джордж, EP; Оливер, WC (1 января 1996 г.). «Зернограничное разрушение и влияние бора в сплавах Ni3Si» . Интерметаллики . 4 (1): 77–83. дои : 10.1016/0966-9795(95)96901-5 . ISSN 0966-9795 .
^ Ню, Муйе; Чжан, Синхуа; Чен, Цзяцзюнь; Ян, Сяоюань (01 марта 2019 г.). «Трикционные и износостойкие свойства сплава Ni3Si в различных условиях вакуума» . Вакуум . 161 : 443–449. дои : 10.1016/j.vacuum.2019.01.015 . ISSN 0042-207X .
^ Блок, Х. (1 ноября 1963). «Концепция температуры вспышки» . Носить . 6 (6): 483–494. дои : 10.1016/0043-1648(63)90283-7 . ISSN 0043-1648 .
^ Дав, Дж. Э. и Дж. Б. Джарретт, Поведение расширяющихся границ раздела песка в рамках геотрибологии. Журнал геотехнической и геоэкологической инженерии. 128(1): с. 25-37. http://www.worldcat.org/oclc/926205493
^ 20. Боуден, Ф.П. и Д. Табор, Трение и смазка твердых тел. 1950, Великобритания: Clarendon Press Oxford.

Внешние ссылки

[1] «Инженерные системы для экстремальных условий» . Studylib.net . Проверено 13 октября 2023 г.

[2] Пинчук Д. и др. Трибология и смазка в экстремальных условиях (два тематических исследования). 2002.

[3] «Многофункциональность полимерных композитов» . 2015. дои : 10.1016/c2013-0-13006-1 . {{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется |journal= ( помощь )

[4] Стаховяк, Гвидон В. (01 сентября 2017 г.). «Как трибология помогает нам развиваться и выживать» . Трение . 5 (3): 233–247. дои : 10.1007/s40544-017-0173-7 . hdl : 20.500.11937/59306 . ISSN 2223-7704 .

[5] Милваганам, К.; Чжан, LC (01.01.2011), Давим, Дж. Пауло (редактор), «4 - Микро/нано трибология» , Трибология для инженеров , Woodhead Publishing, стр. 121–160, doi : 10.1533/9780857091444.121 , ISBN 978-0-85709-114-7 , получено 13 октября 2023 г.

[6] де Бур, MPM, TM Трибология МЭМС. 2001. DOI: 10.1557/mrs2001.65.

[7] Бакли, Дональд Х. (1 января 1974 г.). «Адгезия, трение, износ и смазка в вакууме» . Японский журнал прикладной физики . 13 (S1): 297. doi : 10.7567/JJAPS.2S1.297 . ISSN 1347-4065 .

[8] Радчик В. и А. Радчик, О деформациях поверхностного слоя при трении скольжения. член палаты представителей акад. наук, СССР, 1958. 119(5): с. 933-935.

[9] Кучукемероглу, Тевфик; Кара, Левент (15 января 2014 г.). «Трикционные и износостойкие свойства сплавов CuZn39Pb3 в атмосферных и вакуумных условиях» . Носить . 309 (1): 21–28. дои : 10.1016/j.wear.2013.10.003 . ISSN 0043-1648 .

[10] Лю, Коннектикут; Джордж, EP; Оливер, WC (1 января 1996 г.). «Зернограничное разрушение и влияние бора в сплавах Ni3Si» . Интерметаллики . 4 (1): 77–83. дои : 10.1016/0966-9795(95)96901-5 . ISSN 0966-9795 .

[11] Ню, Муйе; Чжан, Синхуа; Чен, Цзяцзюнь; Ян, Сяоюань (01 марта 2019 г.). «Трикционные и износостойкие свойства сплава Ni3Si в различных условиях вакуума» . Вакуум . 161 : 443–449. дои : 10.1016/j.vacuum.2019.01.015 . ISSN 0042-207X .

[12] Блок, Х. (1 ноября 1963). «Концепция температуры вспышки» . Носить . 6 (6): 483–494. дои : 10.1016/0043-1648(63)90283-7 . ISSN 0043-1648 .

[13] Дав, Дж. Э. и Дж. Б. Джарретт, Поведение расширяющихся границ раздела песка в рамках геотрибологии. Журнал геотехнической и геоэкологической инженерии. 128(1): с. 25-37. http://www.worldcat.org/oclc/926205493

[14] 20. Боуден, Ф.П. и Д. Табор, Трение и смазка твердых тел. 1950, Великобритания: Clarendon Press Oxford.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]