|
 |
|
Физика процесса
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКАЯ КАРТИНА ПРОЦЕССА ТРЕНИЯ НА ПРИМЕРЕ
ПАРЫ МАТАЛЛ-МЕТАЛЛ.
Технология создания органно-металлокерамического покрытия заключается
в использовании эффектов и закономерностей, возникающих в паре трения
в присутствии систем, включающих:
- керамику, упрочняющие дисперсные системы способные компенсировать
собственные дисперсионно упрочняющие системы дифундирующие с поверхности
в подповерхностные слои;
- металлы, легирующие матрицу поверхностного и подповерхностного
слоев пары трения;
- модификаторы, снижающие скорость диффузии дисперсионно упрочняющих
систем с поверхностных слоев в подповерхностные;
- органику, лиганды, обеспечивающую связывание атомарного водорода,
выделяющегося при g Ю a переходах в сплавах на Fe и/или Ni основе;
- металло-органику, стабилизирующую процессы предокисления и формирования
легированного кислородом сплава.
Эффекты шаржирования, сверхтекучести сплавов на основе Ni и Fe,
дисперсионная донорная подпитка поверхностного слоя, связывание
излишнего атомарного водорода при снижении его парциального давления,
что позволяет отсасывать его из объема металла, и другие эффекты
позволяют повышать ресурс узла трения в 3~10 раз.
Так технология "KNOW-HOW" позволяет обеспечивать донорную
подпитку поверхностного слоя не только системами IV A группы в системах
Nb - Me IV A - C,N,O, но и Nb - Me III A (IIA) -O. Надо отметить,
что теплота образования Me III A группы Me2O3 ~ в два раза выше
теплоты образования Me IV A группы MeС2 . Так соответственно Me2O3
для Al=400,5; Sc=458,2; Y=420,1; La=428,9; а для MeC2 Ti=225,5;
Zr=263; Hf=272; Th=294 (для MeCn MeN IVA группы соответственно в
5 и 3 раза для Ti, Zr, Hf, а для Th MeC=29,6 ккал/моль).
Если условно разделить протекающие процессы на этапы, то можно
представить себе картину следующим образом:
I. За счет высокой энергии образования прочных фаз внедрения металлов
II A; III A; IV A групп периодической системы элементов, используемых
в органо-металлокерамическом покрытии (сервовитной пленке), в дальнейшем
ОМК - компонент керамики, в местах контакта выполняются как суперфинишные
операции обработки поверхностей трения: очистка от нагаров, оксидов,
лакообразований, так и подпитка поверхностного слоя непрерывно дифундирующими
из нее дисперсионно упрочняющими системами. Компонент органика принимает
участие в ускорении этого процесса, а так же восстановлении металлов
из оксидов, связывании атомного водорода и синтезе углеводородов
из СО и/или СО2 + Н. Компонент металл обеспечивает легирование поверхностного
и подповерхностного слоев.
Протекание этих процессов обеспечивается при эффектах: микроканавок,
обеспечивающих сверхтекучесть сплавов на основе Fe и Ni при парциальном
давлении атомарного водорода более 0,02Мпа (например, при ~ 500
циклов термоциклирования перехода Fe g Ю a); дифундировании дисперсионно
упрочняющих систем из зоны трения в подповерхностные слои, а из
подповерхностных слоев диффундировании некарбидообразующих (например,
Fe, Ni) в поверхностные слои.
В местах локального контакта в микрообъемах температуры, например,
хромосодержащих сплавов достигает 900ОС, что при скоростях охлаждения
10-4 ~ 10-5 секунды ведет к эффекту легирования кислородом сплавов
(ЛКС), формированию кластеров, не являющихся оксидами, но с энергией
ковалентной связи. Высокопрочные ЛКС кластеры "плавают"
в матрице в полуклатратной связи (не достаточно прочно связаны с
матрицей).
Процесс связывания и синтез атомарного водорода обеспечивает: снижение
парциального давления водорода в металле, защищая его от водородных
износа и старения, не только в поверхностном слое, но и по всей
толщине конструкции.
Наличие каталитических систем, дисперсноупрочняющих систем и лигандных
систем обеспечивают так же за счет диффузионных процессов и значительных
локальных температур, давлений и циклов этих воздействий (глюонные
импульсные воздействия - низкотемпературная плазма - электро-магнитно-гравитационное
воздействие переходов квазисистем в диполи плюс глюоны), переструктурирование
не смешиваемых в обычных условиях систем Nb - MeIIIA(IIA) - O.
В процессах шаржирования обеспечивается не только массоперенос,
обеспечивающий активное перемешивание не смешиваемых в обычных условиях
систем, но и появление новых дислокаций в подповерхностном слое,
повышая электросопротивление (понижая плотность низкотемпературной
плазмы), препятствующее движению блуждающих токов, что способствует
стоку атомарного водорода из металла в зону повышенной диффузионной
активности, т.е. к зоне третьего тела.
Переходные металлы IVA группы при наличии C, N, O в вышеперечисленных
условиях способны сами формировать дисперсионно-упрочняющие системы
Nb - Me(IVA) - C, N, O, поддерживая прочность, а значит износостойкость
поверхностей пары трения.
Использование антиоксидантов в многокомпонентных составах необходимо
для восстановления оксидов, а кислородосодержащих для формирования
ЛКС.
II. За счет вязких и пластических свойств металлов (преимущественно
некарбидосодержащих) обеспечивается снижение охрупчивания матрицы
поверхностного и подповерхностного слоев. Матрицу можно сравнить
с волокнистой системой, формирующейся путем образования дислокаций,
туннелей, процессов шаржирования и иных неплотностей. Матрица способна
удерживать в своих неплотностях дисперсионно упрочняющие системы:
кластеры различных типов, а так же катализаторы и лиганды. Катализаторы
инициируют цепные химические реакции, направленные на диффузионные
и сегрегационные процессы в металле до глубины 0,2мм. В зоне контакта
формируются клатраты, система типа дисульфокислоты фталоцианина
кобальта, причем лиганды дисульфокислот замещаются на, например,
N-оксиметилциануровую кислоту, что наделяет клатрат тиксотропными
и иными свойствами (за счет нестабильности обеспечивается протекание
окислительно-восстановительних процессов в требуемых направлениях
и с требуемыми скоростями). Таким образом, обеспечивается управление
химическими процессами в зоне трения путем введения катализаторов,
определенным способом лигандированных.
Матрица - пористая система (волокнит), обладающая эффектом сверхтекучести
при термоциклировании (Fe сплава g Ю a переходах уже 500 циклах)
ведет себя, как жидкий монокристалл в зоне контакта.
Керамика - дисперсионно упрочняющая система нашаржирует поверхность,
заполняет поры, туннели, дислокации и иные неплотности, предохраняя
вязкие системы от истирания, эффектов микросхватывания при малых
энерговзаимодействиях. За счет очень слабого взаимодействия керамики
с матрицей, особенно Nb - Me(IIA, IIIA) - O обеспечивается: снижение
диффузии с поверхности в подповерхностную зону керамики, что снижает
расход керамики при трении. Наличие в зоне контакта антиоксидантов
обеспечивает восстановление оксидов до металлов, а кислородосодержащих
- формирование ЛКС.
Растекание жидкого монокристалла изменяет микрогеометрию поверхностей
трения до энергетически более выгодной, образуя при этом пористую
пленку матового цвета, легко удерживающую масло, что значительно
эффективнее шероховатости от хонингования. В качестве керамики используются
природные иглы и фибриллы, лигандированные биологически и состаренные
в автоклавах.
Вышеперечисленные процессы протекают параллельно не только в зоне
контакта. В зоне контакта система активируется, а в масле происходят
процессы на гомогенно-гетерагенных катализаторах, находящихся в
масле.
Примечание. Масло является носителем, при его отсутствии процессы
протекают эффективнее.
Можно сделать вывод, что в природе непрерывно протекают следующие
реакции:
- ядерные цепные реакции;
- ядерные реакции синтеза;
- химические цепные реакции;
- химические реакции синтеза (открытие академика Семенова Н.Н.).
Используемые многокомпонентные составы в масле в зоне пары трения
должны иметь определенную концентрацию компонентов (керамика, металлы,
органика), обеспечивающих протекание конкретных химических реакций
в требуемом направлении и скорости, в определенный промежуток времени.
Сформированный жидкий монокристалл (рис 3.1, 3.2, 3.3) имеет сложную
физико-химическую структуру.
Ассоциация минералов, металлов и органических веществ биологически
и гидротермально обработанных обеспечивает необходимые условия не
только формирования и поддержания поверхностного и подповерхностного
жидкокристаллических слоев в течение заданного рецептом времени,
но и обеспечивает формирование саморегулируемой "живой"
системы, в которой идут непрерывные процессы массопереноса и преобразования
кинетической энергии в потенциальную и наоборот (физические Ы хемосорбционные
Ы химические процессы).
Кратко:
Керамика - микрочастицы (@20~60нм), например, MeIIIA группа ME2O3
- энергия связи более 400 ккал/моль, химически стойки, скользят
относительно друг друга, нашаржируя матрицу, заполняя ее дислокации,
туннели и пустоты, т.к. имеют практически 6 степеней свободы и вступая
только в слабое взаимодействие с матрицей энергией @ 3~10 ккал/моль.
Керамика в матрице за счет эффекта микроканавок и наличия 6 степеней
свободы "полирезанирует" (процесс автоколебаний). Данная
активация снижает коэффициент трения, но увеличивает скорость диффузионных
процессов.
Для снижения скорости диффузионных процессов матрица модифицируется,
например, Мо и катализаторами платиновой группы при непрерывном
лигандировании.
Управление процессами наращивания обеспечивается путем изменения
соотношений керамики, металла и органики ("KNOW-HOW")
с обязательным учетом: формы движения, материалов пары трения, относительной
скорости, температуры масла, типа масла, окружающей среды (при отсутствии
масла донорные системы размещаются в шероховатости поверхностей
трения).
|
 |
