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

доминирующим и определяться рядом условий и свойств, приобретаемых рабочей поверхностью непосредственно в динамике трения скольжения.

Дальнейшие исследования влияния режимных факторов трения на экзоэлектронную эмиссию с поверхности стальных образцов были про­ ведены при различных нормальных нагрузках [112, 114].

На рис. 34,а представлены кривые экзоэмиссии, полученные непо­ средственно при трении без смазки колец из стали 45 при различных

билизируется после трех минут трения. При нагрузке 26,4 кГ (кривая 2) происходит более интенсивная экзоэмиссия в начале трения, в даль­

ния при безостановочно вращающемся кольце, т.е. при холостом ходе, дает для всех кривых (рис. 34,а) медленное уменьшение экзоэмиссии во времени. При трении более пластичного материала стали 25 наблюдает­ ся аналогичная зависимость экзоэлектронной эмиссии от нормальной нагрузки (рис. 34,6). При нагрузке 52,8 кГ (кривая 3) происходит резкое возрастание эмиссии в первую минуту трения, после чего наблю­ дается ее значительный спад. В отличие от кривой 3, кривые 1 и 2 (рис. 34,6), полученные при нормальных нагрузках 13,2 и 26,4 кГ, не имеют такого перегиба и свидетельствуют о постепенном возрастании экзоэмиссии при трении с дальнейшей стабилизацией ее интенсивности.

Для определения аналитической зависимости интенсивности экзо ­ электронной эмиссии от времени непрерывного трения конструкционных сталей при различных скоростях скольжения и нормальных нагрузках В.И.Рябошапченко в нашей лаборатории были проведены специальные опыты и сделаны соответствующие расчеты. Экспериментальные дан­ ные аппроксимировались им следующей функцией:

ким образом, изменение интенсивности экзоэлектронной эмиссии в ди­ намике трения описывается в общем виде параболической функцией не ­ зависимо от выбранных нагрузок и скоростей скольжения.

69

торого наступает разупрочнение со снижением мнкротвердости, что и подтверждается проведенными нами измерениями. Так, после четырех минут трения образцов из стали 45 при нормальных нагрузках 13,2, 26,4 и 52,8 кГ (кривые экзоэмиссии показаны на рис. 34,а) были соот­ ветственно получены следующие значения микротвердости рабочих по­

так и для стали 25 большему наклепу поверхности трения отвечает по­ вышенная интенсивность эмиссии электронов.

В зависимости от выбранного режима трения меняется и вид осцил­ лограмм экзоэмиссии. Для примера на рис. 35 приведены участки осцил­ лограмм, полученные для различных условий трения. Обычно процесс трения обезжиренных стальных поверхностей при малых и средних на­ грузках дает осциллограммы, аналогичные рис. 35 а. Однако, если на­ грузка достаточно велика, то вид осциллограмм резко меняется. Чуть ли не с начального момента трения на них появляются острые вспле­ ски, пики, и осциллограммы приобретают пилообразный характер. От­ метим, что для стали 25 (рис. 35,в) экзоэмиссия сначала возрастает

70

Рис. 35. Осциллограммы экзоэмиссии лри трении ста лей без смазки при различ­ ных нагрузках; скорость 1,5 м/сек

круче, а затем уменьшается стремительнее, чем для стали 45 (рис. 35,6). При этом меняется и вид поверхностей трения (рис. 36). Обыч­ но равномерно грубая, характерная для трения без смазки при средних нагрузках поверхность стали 25 (рис. 36а) становится при больших давлениях вся в оспинах, вырывах. Так, на рис. 366 видны глубокие оспинки, следы шелушения поверхности от перенаклепа. Такому состоя­ нию поверхности соответствовала пилообразная осциллограмма, что свидетельствует о локально-мощных актах разрушения поверхности трения.

Как уже указывалось, повышенной микротвердости поверхностного слоя отвечала большая экзоэмиссия. В связи с этим представляло ининтерес проследить взаимосвязь между интенсивностью экзоэмиссии и

происходит идентичный процесс увеличения экзоэмиссии и микротвер­ дости в период приработки с дальнейшей стабилизацией их значений при наступлении установившегося режима. Увеличение нормальной на­ грузки до 26,4 кГ вызывает сначала коротішй "всплеск" эмиссии, после чего наступает ее уменьшение (участок I I ) . При нагрузке 52,8 кГ повторяется та же закономерность. Падению эмиссии экзоэлектронов отвечает аналогичное снижение микротвердости поверхности трения. Наблюдаемые на рис. 37 пики экзоэмиссии могут быть объяснены тем, что в момент приложения нагрузки в дополнительную пластическую деформацию вовлекаются новые, как бы резервные, микрообъемы, ко ­ торые способны еще упрочняться, достигать предельного состояния, а

затем разупрочняться. Таким образом, разупрочнение должно наступать через стадию дополнительного упрочнения. На кривой микротвердости 2 (рис. 37) эти пики не всегда обнаруживаются, что связано со с к о ­ ротечным протеканием процессов упрочнения и разупрочнения и объяс­ нимо меньшей чувствительностью метода микротвердости и дискретно­ стью ее измерения.

71

Рис. 37. Влияние изменяющейся нормальной нагрузки при трении на экзоэмиссию (1) и микротвердость (2) для стали 25 ( а ) и стали 45 (б)

скорость 1,5 м/сек, I - 13,2 кГ; I I - 26,4 кГ; I I I - 52,8 кГ

ции, упрочнением и плотностью дислокаций для кристаллов и металлов установлена определенная зависимость [206-212], то в начальный пе ­ риод скольжения увеличивающейся микротвердости поверхности трения соответствует все возрастающая плотность дислокаций. Однако в даль­ нейшем при трении процесс генерирования дислокаций постепенно з а ­ медляется и наступает установившийся режим с динамическим равно­ весием свойств рабочей поверхности, что подтверждается стабильными значениями ее микротвердости, силы трения и экзоэмиссии. Одновре­ менно протекающие при этом процессы упрочнения и отдыха характери­ зуются постоянным развитием дефектов структуры при упрочнении и обратным их снятием, "залечиванием" при отдыхе. Дальнейшее же уве­

тенсификацию отдыха и проявляется в снижении упрочнения, плотности дефектов деформированной решетки и в соответствующем уменьшении' уровня экзоэлектронной эмиссии. Как видно, роль дефектов структуры в данном случае является до определенного момента доминирующей для экзоэмиссии при непрерывно деформируемой трением поверхности по сравнению с термоэмиссией, непосредственно возрастающей с повыше­ нием температуры.

73

Остановимся теперь на результатах исследований экзоэлектронной эмиссии при трении, опубликованных другими авторами.

Согласно работе [213] проведено изучение кинетики экзоэлектронной эмиссии при трении на воздухе химически чистых металлов: золота по золоту и золота по платине. Сферический скользящий контакт диаметром 1,5 мм из золота совершал возвратно-поступательное движение со ско­

мерялась экзоэлектронная эмиссия. Из рис. 38 видно, что при трении

нию поверхностных слоев. При этом наблюдались процессы схватывания и окисления. После снятия нагрузки возникает скачок эмиссии (рис. 38), связанный с тем, что подвижный образец отводится в конец дорожки трения и не перекрывает участка поверхности, эмиттирующего электро­ ны. Это является недостатком методики, так как экранирование свето­ вого и эмиссионного потоков постоянно перемещающейся под счетчиком при трении державкой с образцом создает дополнительные трудности при оценке кривых эмиссии после прекращения трения, а также делает необходимым введение поправки к динамическим кривым. Очевидно, эта поправка сделана в работе [75] для случая трения золотого контакта по образцам из платины, золота, палладия и серебра, так как такого скачка экзоэмиссии, как на рис. 38, после снятия нагрузки уже не

Анализируя характер изменения во времени интенсивности экзоэлек­ тронной эмиссии при трении благородных металлов [75, 213], следует под­ черкнуть его идентичность, особенно в приработочный период, с нашими данными по трению сталей и алюминия [109].

Представляют интерес исследования Л.Г.Коршунова [214] по т е р м о - стимулированной экзоэлектронной эмиссии с металлических поверхно­ стей после их трения в вакууме 2'10"5 мм рт.ст., проведенные с и з ­ мерениями износа, коэффициента трения, э.д.с. и переходного кончактного электросопротивления при различных скоростях скольжения. Полу­ ченные им результаты (рис. 39) свидетельствуют о том, что интенсив­ ность экзоэлектронной эмиссии и характер ее изме;:эмия при нагреве образцов из стали 40X10Г10 после трения зависят от скорости сколь­ жения, причем максимальной интенсивности термостимулированной экзо­ эмиссии при скорости скольжения 4,5 м/сек (кривая 1) соответствует и максимальный износ. Такие же параметры, как э.д.с. и контактное электросопротивление, снятые в динамике трения, оказались, с нашей точки зрения, судя по лреаставленным результатам, практически не зависящими от износа [ 214, 215]. Поэтому представляло бы интерес проведение дополнительного исследования экзоэлектронной эмиссии в вакууме непосредственно в динамике трения для сравнения с характе­ ром изменения износа, коэффициента трения, электродвижущей силы и контактного электросопротивления.

Применение термостимулированной экзоэлектронной эмиссии может оказаться перспективным для оценки состояния поверхностей трения

74