Файл: Евдокимов, В. Д. Экзоэлектронная эмиссия при трении.pdf

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 19.10.2024

Просмотров: 109

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

-4° oiL

lia 1"

а

5

в

Рис. 26. Электрические схемы подключения детектора при трении

ния, минус которого подсоединен к неподвижному или подвижному об ­ разцу в зависимости от наличия токосъемника. Отметим, что токосъем­ ник желателен, но не обязателен, так как напряжение необходимо для создания электростатического поля, а не тока. Как показали контроль­ ные опыты, подключение минусовой клеммы к неподвижному образцу или,при его изоляции, к станине (т.е. фактически к наружным обоймам подшипников качения) практически не влияет на характер экзоэлектрон­ ной эмиссии и изнашивания по сравнению с подключением напряжения к подвижному образцу через рутный токосъемник. В схеме на рис. 26,а необходима обязательная изоляция корпуса заземленного трехфазного электродвигателя привода от станины машины. Это достигается уста­

новкой изолирующих шайб и втулок под крепящие двигатель стяжные болты. Если изоляция двигателя или станины машины от массы нежела­

тельна, то можно применить схему рис. 26,6. По этой схеме вся меха­ ническая система установки заземлена, так же как и отрицательная клемма источника напряжения сетки. Но корпус детектора не з а з е м ­ лен, не заземлена и термостатирующая детектор жидкость, что обяза­ тельно для схемы рис. 26,а. Так как перекачиваемая по трубкам через детектор жидкость должна быть изолирована от массы, то даже дистил­ лированную воду следует заменить на трансформаторное масло или гли ­ церин и принять меры к электрической изоляции корпуса и двигателя термостата. В этой схеме есть еще одно неудобство, которое заклю­ чается в необходимости применения двухштекерных разъемов и соот­ ветствующих проводов под высокое напряжение. От некоторых недостат­ ков схемы рис. 26,6 можно избавиться, если использовать схему рис. 26,в с предусилителем и емкостью. К предусилителю идет двухпровод­ ная высоковольтная подводка, а с его выхода сигнал снимается одноштекерным разъемом. Таким образом входные клеммы предусилителя изолированы от земли по постоянному напряжению, а во избежание наводок на входе минусовый провод заземлен через большую емкость. При монтаже схем рис. 26,б,в необходимо тщательно оградить корпус детектора и высоковольтные провода от случайных соприкосновений с экспериментатором. Эти схемы имеют немаловажноепреимущество над той, что приведена на рис. 26,а. Они позволяют проводить исследова­ ния на заземленных деталях. Например, без всяких переделок подхо­

дят многие металлообрабатывающие станки и различные механизмы,

а

вся подготовка сводится к установке кронштейна с детектором над

 

изучаемой поверхностью.

с о

Глава IV.

ЭКЗОЭЛЕКТРОННАЯ ЭМИССИЯ И ТРЕНИЕ СКОЛЬЖЕНИЯ

При трении скольжения поверхностные слои сопряженных пар под­

вергаются определенным изменениям

[ 1 - 5 ] ,

характер которых зависит

от режимных факторов, материалов,

смазки

и формируется непосред­

ственно в динамике трения. При этом происходят сложные процессы упруго-пластических деформаций, диспергирования, сопровождаемые различными физико-химическими явлениями и непрерывным поглощени­ ем и выделением энергии. Поэтому изучение свойств поверхностных слоев в динамических условиях трения представляет особый интерес для прогнозирования износостойкости. Решение многих актуальных проб­

лем, связанных с износостойкостью

и качеством

реальных деталей м а ­

шин, не обходится без применения

современных

методов физики

твердо^

го тела, в связи с чем использование экзоэлектронной эмиссии для

оценки свойств поверхностных слоев металлов может оказаться

перспек­

тивным, особенно в динамических условиях испытаний.

 

Изучению экзоэлектронной эмиссии при деформации металлов

посвя­

щено немало публикаций, однако, несмотря на широкий круг поднимае­

мых

вопросов [13], исследования экзоэмиссии

при трении скольжения

еще

не получили должного развития и к началу

наших работ ( 1965 г.)

в литературе практически отсутствовали данные, относящиеся к этому направлению. Указанное обстоятельство побудило разработать методику измерения экзоэлектронной эмиссии при трении на воздухе, а получен­ ные результаты сообщались впервые [107-119]. Не останавливаясь на

различных теоретических

предпосылках

экзоэмиссии

(экзотермические

акты, фазовые переходы,

хемосорбция

кислорода,

вольта-потенциал м е ­

таллов и пр.), изложенных в главе

 

приведем

некоторые

соображе­

ния, побудившие нас использовать

этот метод для оценки состояния

I,

 

 

 

 

поверхностных слоев металлов при трении.

 

 

 

Независимо от характера стимулирующих факторов

вылет

электрона

и,з металла свидетельствует о преодолении им работы выхода. Иными словами, электрон, находясь на определенном энергетическом уровне в потенциальной яме, при вылете совершает работу против сил двойного электрического слоя и сил электрического поля внутри металла, а так ­ же против сил электрического изображения. Чем выше энергетический

уровень, занимаемый

электроном,

тем меньше потенциальный барьер

и тем легче вырвать

электрон из

металла.

60

В механически устойчивом свободном состоянии потенциальная энер­ гия атомов в решетке металлов является минимальной и атомы нахо­

дятся на дне потенциальных

ямок [196, 197] В соответствии с теори­

ей микроупругих деформаций

при внешнем воздействии на металл нару­

шается устойчивое положение атомов - они поднимаются в своих по­ тенциальных ямках - и, как следствие, увеличивается потенциальная энергия деформированной решетки. Когда потенциальная энергия до ­ стигнет определенной величины, происходит выброс атома на вершину потенциального барьера из потенциальной ямки и смещение его в на ­ правлении вектора поля напряжений. Этот элементарный акт пластиче­ ской деформации характеризуется значительным возрастанием потенци­ альной энергии в слое и возбужденным состоянием атомов решетки.

При трении скольжения, когда имеют место упругие и пластические сдвиговые деформации, образование дефектов решетки и диспергирова­ ние металла, слабосвязанные электроны в возбужденных атомах забра­ сываются на более высокие энергетические уровни, а кинетическая энергия свободных электронов при этом увеличивается. Таким образом,

процесс трения, повышая энергию решетки,

должен снижать работу в ы ­

хода электронов. Реверсивное трение, в отличие от одностороннего

скольжения, приводит к постоянной разориентации блоков

и зерен м е ­

талла, к их более сильному искажению и раздроблению.

Увеличивая

поверхность металла и число разнообразных

его дефектов, реверсивное

трение, на наш взгляд, в большей степени,

чем одностороннее, вызыва­

ет повышение свободной поверхностной энергии и снижение работы вы ­ хода электронов.

Поэтому можно ожидать возникновения экзоэлектронной эмиссии с металлических поверхностей трения в зависимости от режимных факто­

ров

трения и среды. Результаты проведенных исследований

[107, 109,

П О ]

изложены ниже. При статических испытаниях образцы

в

виде ко­

лец

6 0 х 5 0 х 15 мм сначала подвергались одностороннему или

реверсив­

ному скольжению о бруски 20 x20x50 мм на машине трения

[198] по

схеме тормозной пары, а идентичность условий одностороннего

и ре ­

версивного скольжений достигалась по методике, изложенной

в

[199].

Затем образцы помещались в установку (рис. 24,6) под торцовый счетчик. Время начала измерения экзоэлектронной эмиссии отсчитывалось по секундомеру с момента прекращения трения и строго выдержи­ валось равным одной минуте. Опыты повторялись по 5-8 раз на отож­ женных образцах, после чего выводились усредненные кривые экзоэмиссии и определялась их достоверность.

На рис. 27 показаны кривые экзоэлектронной эмиссии

соответствен­

но для стали 25

(рис. 27,а), стали 45 (рис. 27,6),

чугуна

СЧ15-32

 

(рис. 27,в) и алюминия (рис. 27,г)

после реверсивного (кривая 1)

и

одностороннего

(кривая 2) трения о бруски из стали 40 со скоростью

скольжения 1,5

м/сек, нагрузкой 13,2 кГ. Из этих

данных

видно, что

кривые 1 реверсивного трения лежат выше кривых 2, т . е .

эмиссия

элек­

тронов с поверхности металла после

реверсивного

трения

оказывается

выше эмиссии после одностороннего скольжения. Во всех случаях для стимулирования экзомиссии образцы освещались ультрафиолетовым осве ­ тителем ОИ-18 через светофильтр УФС1 для сталей и чугуна и через

61

/Ѵ/t, Un77/'flUH

Рис. 27. Ход экзоэлектронной эмиссии с поверхности образцов из стали 25 ( а ) , стали 45 (б),чугуна СЧ15 _ 32 (в) и алюминия (г) после реверсивного (1) и одностороннего (2) трения без смазки

дополнительный фильтр БС12 для алюминия. Кривые 1 и 2 на рис. 27,г

для алюминия отвечают гиперболическому закону

и характеризуют р е з ­

кий спад эмиссии со временем.Экзоэмиссия для

сталей 25, 45 и чугу­

на сначала возрастает, а затем круто снижается

(рис. 27,а-в). Для

стали 25 получены кривые эмиссии с начальным

пиком;

для алюминия

при измерении эмиссии после минутной выдержки

пик не

наблюдается.

Образование перегибов на кривых эмиссии можно объяснить хемосорб-

цией

кислорода и влиянием его соединений с металлом на работу

вы ­

хода

электронов. Так, для алюминия и железа работа

выхода

состав ­

ляет

соответственно 4,23 и 4,77 эв (200]; для А12 03

_ 4,7

эв, а

для

закиси железа FeO - 3,85 эв, т.е. ювенильная поверхность

алюминия

после трения сразу же начинает окисляться с увеличением

работы вы ­

хода. Для

стальных образцов в начале окисления работа

выхода умень­

шается и,

как следствие,

происходит

временное увеличение

эмиссии

электронов. Для стали 25

(рис. 27,а)

пик возрастающей

экзоэмиссии

6?

Смотрите также файлы