Лекция №6 (4ч) Электрические и трибохимические явления при трении

При трении механическая энергия превращается в другие виды энергии. Это обусловливает возникновение специфических явлений, сопровождающих трение. Из них наиболее важны для триботехники электрические и трибохимические явления.

Электризация

Электризация — возникновение избытка зарядов одного знака на поверхности или в объеме тела при относительном перемещении контактирующих тел.

У металлов, полупроводников и диэлектриков степень заполнения разрешенных зон электронами неодинакова. Зона проводимости в металлах перекрывается с валентной зоной, поэтому электроны могут свободно переходить с одного энергетического уровня на другой. В полупроводниках и диэлектриках валентная зона отделена от зоны проводимости запрещенной зоной. Только сильные электрические поля могут сообщить электронам энергию, достаточную для перехода через запрещенную зону в зону проводимости.

При трении зона проводимости твердого тела пополняется носителями заряда не за счет внутренних переходов, а вследствие перехода носителей из контртела. Переход происходит из-за разной концентрации носителей в поверхностных слоях деталей. В зоне контакта возникает двойной электрический слой, обусловливающий контактную разность потенциалов трущихся тел. При разрыве контакта происходит разделение зарядов, и поверхность одного тела оказывается заряженной положительно, а вторая — отрицательно. Фрикционный нагрев обусловливает увеличение подвижности частиц, превращение молекул поверхностного слоя в ионы.

Для определения знака электризации пользуются эмпирическими правилами, суть которых состоит в следующем: при трении металла по диэлектрику знак заряда на металле определяется природой диэлектрика; в паре диэлектрик-диэлектрик материал с более высокой диэлектрической проницаемостью заряжается положительно и положительный заряд получает более плотное тело, а у жидкостей — то вещество, которое имеет более высокое поверхностное натяжение.

По результатам экспериментов составлены так называемые электростатические ряды. В них перечислены материалы в порядке уменьшения склонности к приобретению положительного заряда электризации. Вот один из таких рядов:

(+) стекло, волос человека, нейлон, шерсть, шелк натуральный, хлопок, бумага, сталь, эбонит, резина, полиэтилен (-).

Электризация влияет на параметры трения и износа, а также на ход технологических процессов, связанных с трением. Так, электростатическое заряжение нитей и волокон делает невозможным нормальное проведение операций ткачества и прядения при плотности зарядов 10^-7 Кл/м². Прилипание заряженных нитей к заземленным деталям машин мешает устранению обрывов нитей. Электризация затрудняет переработку сыпучих материалов из-за налипания частиц на стенки бункеров, трубопроводов, конвейерных лент, а также вследствие агломерации — слипания частиц в более крупные образования (агломераты). Агломерация порошкообразного фторопласта при пересыпании и формировании вызывает притяжение частиц пыли, агломераты которых видны после спекания изделий в виде черных пятен. Электростатические заряды, генерируемые при производстве и переработке полимерных пленок и волокон, создают опасность для производства и здоровья работающих людей.