|
A. G. Zheleznov, V. А. Godlevskiy
THE ANALYSIS OF BOUNDARY POLYMOLECULAR PHYSICALLY ADSORBTED
LUBRICATION LAYER’S FORMATION
Keywords:
bountary lubrication, mathematical model,
additives, adsorption.
Abstract:
In the work the kinetic theory of additives concentration change in lubrication
volume on which basis the likelihood model of formation of the boundary polymolecular physically
adsorbed lubricant layer is analysed is considered.
Введение
Адсорбция молекул присадок играет существенную роль в процессе трения, так
как создаѐт необходимую повышенную концентрацию молекул присадок в зоне
фрикционного контакта. Кинетика формирования и структура адсорбционного слоя в
различных аспектах исследована достаточно подробно в работах [1, 2, 3], однако в
них основное внимание уделено структурному состоянию поверхности и механизмам
формирования адсорбированных слоѐв на поверхностях трения. Изменение же соста-
ва самого смазочного материала изучено недостаточно, в связи с чем представляется
интересным рассмотрение вопроса об изменении состава смазочного материала в
процессе трения.
1.
Постановка задачи
Под трибоактивными присадками будем понимать химические соединения,
вводимые в качестве присадок в смазочный материал, способные к формированию
физически или химически адсорбированных слоѐв на поверхностях трения и улуч-
шающие триботехнические характеристики смазочного материала.
©
98
Железнов А. Г., Годлевский В. А., 2020
Проблемы износа в машинах и механизмах
________________________________________________________________________________
357
Уравнения кинетики адсорбции отражают физико-химическую природу ад-
сорбционного процесса и устанавливают временную связь между концентрациями
веществ в составе адсорбента и подвижной фазе [4]. Кинетика адсорбции какого-либо
i-го компонента зависит от следующих основных независимых факторов [5]: от кон-
центрации всех компонентов как в составе подвижной фазы, так и в составе адсор-
бента; от параметров, определяющих диффузионную стадию процесса адсорбции
(скорость потока, температура и плотность подвижной фазы); от параметров, опреде-
ляющих химическую стадию кинетики адсорбции (непосредственное взаимодействие
адсорбента и взаимодействующих частиц).
Особенность уравнений изотерм адсорбции – отсутствие многих параметров, от
которых зависит кинетика адсорбции, например параметров, определяющих диффу-
зию. В уравнениях изотерм адсорбции содержатся только параметры, характеризую-
щие энергию взаимодействия адсорбата и адсорбента [5].
В работах [6, 7] рассмотрен вопрос об изменении с течением времени концен-
трации введѐнной в смазочный материал трибоактивной присадки в изотермических
условиях трения. Скорость изменения концентрации i-ой трибоактивной присадки в
объѐме смазочного материала в зоне трения однородных материалов в изотермиче-
ских условиях представим в виде уравнения баланса:
С
, (1)
где
– темп адсорбции,
– темп десорбции,
– темп термического разло-
жения i-ой трибоактивной присадки в смазочном материале.
При определении темпов адсорбции, десорбции и термического разложения
будем учитывать следующие предположения:
1. примем, что состав смазочной композиции оптимизирован таким образом,
что присадки, вводимые в неѐ, термически стойки в тех условиях трения, для которых
предназначен рассматриваемый смазочный материал. Поэтому вероятность процесса
химического разложения присадки мала, что позволяет нам устремить к нулю темп
термического разложения присадки
;
2. темпы адсорбции и десорбции прямо пропорциональны плотности активных
поверхностных адсорбционных состояний в зоне фрикционного контакта N;
3. темпы адсорбции и десорбции прямо пропорциональны вероятностям ад-
сорбции и десорбции, которые, в соответствии с [3 5], аппроксимируются темпера-
турными зависимостями типа активационной зависимости Аррениуса:
, (2)
где
– энергии активации адсорбции и десорбции соответственно;
4. темп адсорбции пропорционален вероятности того, что данное активное по-
верхностное адсорбционное состояние n в зоне фрикционного контакта свободно, ко-
торая, в свою очередь, пропорциональна текущей объѐмной концентрации i-ой трибо-
активной присадки С;
5. темп десорбции пропорционален вероятности того, что данное активное по-
верхностное адсорбционное состояние в зоне фрикционного контакта n занято, кото-
рая, в свою очередь, пропорциональна разности между начальной и текущей объѐм-
ными концентрациями i-ой трибоактивной присадки (С
С).
НАДЕЖНОСТЬ И ДОЛГОВЕЧНОСТЬ МАШИН И МЕХАНИЗМОВ
________________________________________________________________________________
358
2.
Построение модели
Исходя из вышеизложенного, темпы адсорбции и десорбции могут быть запи-
саны в виде:
, (3)
где
и
– размерные коэффициенты адсорбции и десорбции соответственно.
С учѐтом выражений (3) и предположения 1 уравнение изотермы концентрации
(1) примет вид:
С
(4)
Интегрируя уравнение (4) с начальным условием С
, получим вы-
ражение для изотермы концентрации i-ой трибоактивной присадки в объѐме смазоч-
ного материала в зоне трения однородных материалов в виде:
С
,
-
(5)
3. Обсуждение результатов и заключение
При достаточно больших временах процесса трения устанавливается динамиче-
ское равновесие процессов адсорбции и десорбции, в результате чего стационарная
объѐмная концентрация i-ой трибоактивной присадки, в соответствии с уравнением
(5), оказывается равной:
С
(6)
и зависит от микроскопических параметров процессов адсорбции-десорбции для кон-
кретных адсорбента и адсорбата.
Введѐм безразмерный параметр запаса трибологической активности i-ой трибо-
активной присадки в объѐме смазочного материала следующим образом:
(7)
При проведении оптимизации состава смазочного материала по параметру кон-
центрации вводимой трибоактивной присадки следует понимать, что еѐ стационарная
концентрация в Z раз меньше, чем изначально введѐнная. Параметр запаса триболо-
гической активности присадки является количественной вероятностной характери-
стикой сорбционных процессов и зависит от физико-химической природы поверхно-
стей трения, присадки и специфического взаимодействия молекул присадки с мат-
ричным смазочным материалом.
Таким образом, уравнение изотермы концентрации (5), с учѐтом введѐнного па-
раметра (7) примет вид:
С
,
-
, (8)
где введено обозначение
.
В уравнении (8) первое слагаемое представляет собой стационарную объѐмную
концентрацию введѐнной присадки, а второе – активную действующую объѐмную
концентрацию, отвечающую формированию граничного адсорбированного молеку-
лярного слоя, снижающего интенсивность фрикционного взаимодействия.
Параметр
представляет собой характерное время убывания активной
действующей объѐмной концентрации и является характеристикой формирования
граничного смазочного адсорбционного слоя.
Do'stlaringiz bilan baham: |
