t0= –43[єC] – температура, при якій весь мастильний шар можна рахувати квазітвердим тілом.

Температура t0= –43єC лежить на температурній шкалі нижче tзаст.= –18 єC – температури застигання оливи МС-20. Таким чином, =25 єC, що відповідає [24].

На рис.3 приведена залежність реологічного параметру И0 від температури t за рівнянням (26). Як видно з рис.3, при t?300 єC реологічний параметр майже не змінюється: И0 (300є)=5,75·10-11 с; И0 (400є)=4,21·10-11 с; И0 (475є)=3,60·10-11 с, а між t= –18 єC і –43 єC реологічний параметр И0 змінюється на кілька порядків: И0 (–18є)=2,57·10-3 с; И0 (–28,1є)= 1·103 с; И0 (–40є)=8,35·1057 с; И0 (–42,897є)=1·102000 с, тобто при t= –43єC И0 >?. Таким чином, можна стверджувати, що в цьому проміжку мастильна плівка знаходиться в перехідних формах квазітвердого тіла.

Перевіримо розрахунки (18) за формулою [24] (тут тиск р01?НВу, а далі тиск рk розраховується за dз).

За співвідношенням (24) товщина мастильної плівки при дорівнює , що відрізняє значення , що отримане за (18), на 6,84% при і на 9,66% при .

6.Знайдемо , переходячи до рівняння

(27)

в якому врахуємо залежність , де - п’єзокоефіцієнт в’язкості в МПа, через апроксимацію:

, (28)

де =0,497; =19,7; =0,15; =0,51; =0,19 [17];

- кінематична в’язкість при Т=423 К.

Розрахунки за (27) для начальних умов , де – діаметр плями за Герцем, дали такі результати: , що відрізняє від , отриманого за (18), на 5,49% під час дії і на 8,14% під час дії . Розрахунки за (27) дали такі результати: 180 нм під час дії , що відрізняє розрахунок

за (24) на 6,67%, і 170 мкм під час дії , що відрізняє розрахунок за (24) на 2,35%.

Таким чином, формула (18) для розрахунку товщини мастильної плівки найшла підтвердження в контактно-гідродинамічній теорії і тому її можна використовувати у подальших розрахунках з високою надійністю.

7. Для мінімізації гідродинамічних ефектів і підтримання граничних навантажень на початку і в кінці тертя необхідно виконання умов [25]:

h<hкр.;

, (29)

що досягається при малій швидкості, високому навантаженні та обмеженому мащенні.

8. Якщо пружно-гідродинамічна плівка мастила утворюється при товщині більше 100-200 нм [26], то перехід до граничного тертя відбувається при товщині менше 10 нм [27], що можливо під час утворення щільно упакованого мономолекулярного шару мастила. Наприклад, за даними [28] товщина мономолекулярного шару, що утворюється зі стеаринової кислоти на рівній поверхні дорівнює 3нм, а з 3-п-крезилфосфату – 1,2 нм, так що граничне тертя можливе при утворенні полімолекулярного шару з ~3 молекул стеаринової кислоти та ~8 молекул 3-п-крезилфосфату (при умові їх прямовисної позиції на поверхні твердого тіла).

Таким чином, під час обрання схеми контакту «сфера-площина» тонка мастильна наноплівка на суміжних поверхнях буде знаходитися в граничному або перехідному від граничного до пружно-гідродинамічного режимах тертя:

10 нм<h<hкр.<Ra0.

Для останнього режиму гідродинамічні ефекти будуть мінімізовані, що дозволяє виявити вплив полімерної матриці, наповнювачів і мастильного середовища на зносостійкість пари «полімер-метал» або «композит-метал».При цьому треба врахувати, що товщина мастильної плівки залежить від швидкості ковзання, кочення, обертання, а також оливного «голодування» контактної пари або спеціально створеного обмеженого мащення [29].

1. У формули для визначення гідродинамічних ефектів при терті твердих тіл і наявності на їх поверхнях плівок мастильних матеріалів введено коефіцієнт стисливості рідин і врахована багатопараметрична залежність в’язкості, п’єзокоефіцієнту в’язкості та коефіцієнту стисливості від тиску, температури, вихідної в’язкості при нормальних умовах та швидкості руху суміжних поверхонь.

2. Знайдено вираз для розрахунку товщини мастильних плівок через гідродинамічні ефекти і за допомогою формул контактно-гідродинамічної теорії доведено, що обидва методи розрахунку збігаються в межах 2,35-9,66%.

3. На прикладі контакту термостійкого полімеру ароматичного поліаміду зі сталлю при 1-10% обмеженому мащенню мінеральним маслом показано, що мастильні плівки на суміжних поверхнях мають нанорозміри.

4. Доведено, що в контакті «сфера-площина» при змінному високому навантаженні і обмеженому мащенні мастильна наноплівка знаходиться у перехідному режимі від граничного тертя до пружно-гідродинамічного. При певних умовах (низька температура, високий тиск тощо) мастильні наноплівки знаходяться у квазітвердому стані.

Сіренко Г.О. – доктор технічних наук, професор, завідувач кафедри теоретичної та прикладної хімії;

Кузишин О.В. – аспірант кафедри теоретичної та прикладної хімії.