Экстремальная трибология - Extreme tribology

Трибология в экстремальных условиях труда

Экстремальный трибология относится к трибологический ситуации в экстремальных условиях эксплуатации, которые могут быть связаны с высоким грузы и / или температуры, или серьезный окружающая среда. Кроме того, они могут быть связаны с условиями длительного переходного контакта или с ситуациями с практически невозможным мониторингом и поддержание возможности. В целом, экстремальные условия можно классифицировать как связанные с аномально высоким или чрезмерным воздействием, например: холодный, высокая температура, давление, вакуум, Напряжение, разъедающий химикаты, вибрация, или же пыль.[1] Экстремальные условия должны включать любое устройство или система требуя смазка работает при любом из следующих условий:[2]

  • Помимо оригинала машины технические характеристики конструкции.
  • За пределами исходных параметров окружающей среды.
  • Применение в экологически чувствительном месте.
  • Помимо оригинала смазка проектная спецификация.

Эксплуатация в таких экстремальных условиях является сложной задачей для трибологов. трибосистемы которые могут удовлетворить эти экстремальные требования. Часто только многофункциональные материалы выполнить такие требования.[3]

Проблемы трибологии

Прогресс человечества подсказал новые технологии, устройства, материалы и обработка поверхности что требовало романа смазочные материалы и смазка системы. Точно так же развитие скоростные поезда, самолет, космические станции, компьютер жесткие диски, искусственные имплантаты и биомедицинский и многие другие инженерные системы стали возможны только благодаря достижениям в трибология. Проблемы трибологии, включая устойчивость, изменение климата и постепенная деградация окружающей среды требуют новых решений и новаторских подходов.[4]

Трибология при экстремальных температурах

Во многих трибологических приложениях компоненты системы подвергаются воздействию экстремальных температур (очень высоких или сверхнизких температур). Примеры таких приложений можно найти в аэрокосмический, добыча полезных ископаемых, выработка энергии, металлообработка промышленности и сталелитейные заводы. В трибологии можно считать, что приложение работает при повышенных температурах при использовании обычных смазочных материалов, т.е. масла и смазки больше не эффективен из-за их быстрого разложения при температуре около 300 ° C. Интеллектуальные смазочные материалы и многофункциональные смазочные материалы разработаны как материалы нового класса с повышенной безопасностью, долговечностью и минимально возможными затратами на ремонт. Такие материалы предназначены для самодиагностика, самостоятельный ремонт, и самонастраивайтесь. Эти материалы включают конструкционный / смазочный интегрированный материал, анти-радиация смазочный материал, проводящий или изоляционного смазочного материала и т. д. при низких температурах и криогенный В окружающей среде жидкие смазочные материалы могут затвердеть или стать очень вязкими и неэффективными. На другом конце твердые смазки обычно оказываются лучше жидких смазок или смазки. Самый распространенный твердые смазки за криогенная температура находятся политетрафторэтилен, поликарбонат, дисульфид вольфрама (WS2), и дисульфид молибдена (MoS2). Кроме того, лед может быть возможной смазкой для деформации в криогенный окружающей среде, которая обеспечивает метод самосмазки в том смысле, что не требуется никакого активного механизма для подачи смазки.

Трибология в микро / наномасштабе

Принципиальное отличие, отличающее микро /нано трибология из классического макрос трибология в том, что микро / нанотрибология учитывает трение и носить двух объектов в относительном скольжении, размеры которых варьируются от микромасштабов до молекулярный и атомные весы. МЭМС Ссылаться на микроэлектромеханические системы которые имеют характерную длину от 100 нм до 1 мм, а NEMS являются нано-электромеханические системы имеющие характерную длину менее 100 нм.[5] Есть большие проблемы в развитии фундаментального понимания трибология, поверхность загрязнение и окружающая среда в МЭМС /NEMS. Одной из этих проблем в таких экстремальных трибологических ситуациях является адгезия сила который может быть в миллион раз больше, чем сила притяжения. Это связано с тем, что адгезия сила уменьшается линейно с размером, тогда как сила гравитации уменьшается с размером в кубе. Низкий поверхностная энергия, гидрофобный покрытия нанесенные на оксидные поверхности, перспективны для минимизации адгезия и накопление статического заряда.[6]

Трибология в условиях вакуума

Под вакуум окружающей среды, проблема достижения приемлемого срока службы трибологический компонентов из-за того, что смазка может замерзнуть, испариться или разложиться и, следовательно, стать неэффективной. Трибологические свойства материалов проявляют разные характеристики на космический вакуум по сравнению с атмосферное давление. Клей и усталость носить два важных типа носить встречается в вакуум среда. Вакуум не только радикально влияет на носить поведение металлы и сплавы в контакте, но также имеет выраженное влияние на неметаллы также.[7][8] Разрабатываются различные новые виды материалов для работы в условиях вакуума. Например, CuZn
39Pb
3 и Ni
3(Si, Ti) сплавы обладают отличными противоизносными свойствами во всех вакуум условия.[9][10][11] Виды твердые смазки используется в Космос Приложения:

Наиболее распространенный способ использования твердой смазки - это нанесение ее на металлическую поверхность в виде пленки или поверхностного покрытия тонкого слоя мягкой пленки, обычно дисульфид молибдена, искусственно нанесенные на поверхности. Покрытия из твердая смазка построены атом атомом, приводящим к механически прочному поверхностный слой с длинным срок службы и минимальное количество твердая смазка.

Геотрибология

Период, термин "геотрибология"был впервые высказан Харменом Блоком без существенного обсуждения.[12] Позже для анализа механики течения зернистого песка была использована структура геотрибологии.[13] Хотя трибологический концепции могут быть использованы для многих науки о Земле явления, два исследовательских сообщества разделены. В земной шар наука, много трибологический концепции применялись последовательно, особенно в рок трение анализы. В неровность -неровность контакт механизм был применен к камень трение эксперименты, которые привели к трение закон, который преобладает в землетрясение анализы.[14]

Трибология в сильно запыленных и грязных помещениях

Высоко пыль области и грязь окружающая среда может серьезно повлиять на смазка из-за высокого риска попадания частиц загрязнение. Эти загрязнения легко образуют шлифовальную пасту, вызывая отказ трибосистем и последующее повреждение оборудования. Этот тип загрязнения чаще всего происходит, когда переносимые по воздуху или застойные частицы попадают в смазка система через открытые порты и люки, особенно в системах с отрицательным давление. Половина несущий потерю полезности можно отнести к носить. Этот носить, который происходит через поверхность истирание, усталость и адгезия, часто является результатом частица загрязнение.

Трибология в радиационных средах

В радиация окружающая среда, жидкость смазочные материалы может разлагать. Подходящий твердые смазки может продлить срок службы систем за пределы 106 рад при сохранении относительно низкого коэффициенты из трение.

Трибология для приложений с ограниченным весом

В ограниченном по весу космический корабль и вездеходы, твердый смазка имеет то преимущество, что весит значительно меньше, чем жидкая смазка. Устранение (или ограниченное использование) жидкости смазочные материалы и их замена на твердые смазки уменьшит космический корабль масса и, следовательно, имеют огромное влияние на масштабы миссии и мастерство маневренность.

Рекомендации

  1. ^ Клаттербо, Г.В. и др. Инженерные системы для экстремальных сред. Технический дайджест Johns Hopkins APL, 2011. 29. https://studylib.net/doc/14309357/engineering-systems-for-extreme-environments
  2. ^ Пинчук Д. и др. Трибология и Смазка в экстремальных условиях (два тематических исследования). 2002 г.
  3. ^ 3. Фридрих, К., У. Брейер, Л. Дизайн пластмасс, Многофункциональность полимерных композитов: проблемы и новые решения. 2015 г. https://doi.org/10.1016/C2013-0-13006-1
  4. ^ Стаховяк, Г.В., Как трибология помогает нам продвигаться и выживать. Трение, 2017. 5 (3): с. 233-247. https://doi.org/10.1007/s40544-017-0173-7
  5. ^ Милваганам К. и Л.С. Чжан, 4 - Микро / нанотрибология, в Трибология для инженеров, Дж. П. Давим, редактор. 2011, издательство Woodhead Publishing. п. 121-160. https://doi.org/10.1533/9780857091444.121
  6. ^ де Бур, М.П.М., Т.М. Трибология МЭМС. 2001. DOI: 10.1557 / mrs2001.65
  7. ^ Бакли Д.Х. Адгезия, трение, износ и смазка в вакууме. Японский журнал прикладной физики, 1974. 13 (S1): с. 297. https://iopscience.iop.org/article/10.7567/JJAPS.2S1.297
  8. ^ Радчик В., Радчик А. О деформациях поверхностного слоя при трении скольжения. Rep. Acad. наук, СССР, 1958. 119 (5): с. 933-935.
  9. ^ Кючюкёмероглу, Т. и Л. Кара, Свойства трения и износа сплавов CuZn39Pb3 в атмосферных и вакуумных условиях. Wear, 2014. 309 (1): с. 21-28.https://doi.org/10.1016/j.wear.2013.10.003
  10. ^ Лю, C.T., E.P. Джордж и У. Оливер, Разрушение границ зерен и эффект бора в сплавах Ni3Si. Интерметаллиды, 1996. 4 (1): с. 77-83. https://doi.org/10.1016/0966-9795(95)96901-5
  11. ^ Ниу М. и др. Фрикционные и износостойкие свойства сплава Ni3Si в различных условиях вакуума. Vacuum, 2019. 161: с. 443-449. https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2019.01.015
  12. ^ Блок Х. Концепция температуры вспышки. Wear, 1963. 6 (6): p. 483-494.https://doi.org/10.1016/0043-1648(63)90283-7
  13. ^ Дав Дж. Э. и Дж. Б. Джарретт, Поведение расширяющихся границ раздела песков в рамках геотрибологии. Журнал геотехнической и геоэкологической инженерии. 128 (1): с. 25-37.http://www.worldcat.org/oclc/926205493
  14. ^ 20. Bowden, F.P. и Д. Табор, Трение и смазка твердых тел. 1950, Великобритания: Clarendon Press Oxford.

внешняя ссылка