"Ніде немає повної досконалості",
Граничне тертя спостерігається в тих випадках, коли дуже тонкий шар мастила (третього тіла або третьої фази), за своїми властивостями відрізняється від її об'ємних властивостей, розділяє контактують поверхні.
Це найбільш поширений вид тертя в більшості загальномашинобудівного вузлів. На незмазаних поверхнях граничної мастилом служить шар окислів, адсорбованих газів і природної грязі, а у вузлах, що працюють на гідродинамічної мастилі, граничне тертя настає при пусках і вибігаючи.
На пріработочном початковому етапі контактування в режимі Гранич-ної мастила між дотичними поверхнями тел формується об'єднана молекулярна структура мастильного шару. Полярні молекули поверхнево активних речовин (ПАР) мастила або неполярні, з наведеним твердотілим полем диполем, адсорбуються на поверхні контактуючих-чих тел. При цьому молекули повертаються до поверхні твердого тіла своєю активною частиною: полярної групою (гідроксил, карбоксил), атомами лужних металів, сірки, фосфору, галогенів і т.п. Активні центри молекул ПАР сприяють хорошій смачиваемости контактних поверхонь - першого етапу адсорбції. Паралельно йдуть процеси згладжування мікрогеометрії контактних поверхонь.
Крім екранування, поділу, що труться, мастильна среда, беручи участь в тепловому балансі пари тертя, знижує теплонапряженности контактної зони завдяки теплоотводу і більш повного розподілу тепла по всьому вузлу тертя.
Одночасно, мастило надає пластифікуючі дію на поверхню твердого тіла, що виявляється в зниженні зусиль деформування і мікрорізання (ефект Ребіндера). На етапі підробітки цей ефект відіграє позитивну роль, так як прискорює її.
Отже, тонкі шари мастила, змінюючи свої властивості під впливом поля твердого тіла, в свою чергу, змінюють властивості його поверхні. Таким чином, мастило в вузлі тертя надає змащувальне, що охолоджує і пластифікуючі дію.
У стаціонарному режимі (при стабільних P, V, T) система граничного тертя переходить до динамічно стійкого стану. Плівка мастила руйнується на окремих ділянках контакту (піки тисків на вершинах мікронерівностей); шорсткість згладжується, контактні напруги зменшуються і плівка відновлюється.
Рис.43. Схема будови граничного шару
Граничні шари (масляна плівка) - це шари, що виникають в результаті адсорбції полярних молекул вуглеводнів на поверхні твердих тіл під впливом поля твердої фази (Рис. 43).
Ці шари можуть мати саме різне будова: від твердого кристал-вої до рідкого, включаючи проміжні рідкокристалічні структури. Основними типами структур граничних шарів є шаруваті (ламелярного) і гратчасті (ретикулярні) структури.
Граничні шари формуються на поверхні реальних полікрістал-вих тел. Дія поля цих тіл прямо або побічно поширюється на молекули адсорбованого шару, що знаходяться на відстанях 10 ... 100 нм від твердої поверхні. Характерною особливістю граничних адсорбованих шарів є відмінність в структурі і властивостях (пружності) по товщині цих мультимолекулярних структур, це пояснюється падінням напруги поля твердої фази.
Встановлено, що граничні шари є полікристалічний тілами і в міру віддалення від утворює їх поверхні структура цих шарів поступово переходить в монокристалічних з єдиними паралель-ними твердої поверхні площинами спайності (Рис. 43).
Таким чином, адсорбційна заповнення граничного простору сприяє поступового згладжування поверхні полікристалічних елементів граничного шару.
На властивості і роботу граничних мастильних шарів великий вплив робить температура, що розвивається в процесі тертя. Часто весь вузол тертя працює в теплих середовищ.
Слід зазначити, що всі технічні масла і консистентні мастила різко знижують в'язкість з ростом температури. Крім того, підвищення температури призводить до зрушення динамічної рівноваги при утворенні граничних мастильних шарів в сторону десорбції, тобто шар мастила перестає розділяти поверхні тертя. Тому важливо знати температурні межі працездатності граничних мастильних шарів.
Мінімальна температура, при якій для даного поєднання мастильної середовища і матеріалів, що труться відбувається руйнування граничних структур, називається критичною температурою граничного мастильного шару. Її величина визначається відповідно до Держстандарту експериментально методом температурної стійкості мастила на машинах тертя (найчастіше чотирьохкулькові). Критерієм температурного руйнування граничних шарів є різке зростання коефіцієнта тертя і зносу (Рис. 44).
Ріс.44. Визначення критичної температури
Основною особливістю граничного тертя є формування граничних екранують шарів мастила. Чим товщі такий шар, тим він стійкіший і повільніше руйнується на піках тисків. Остання обставина сприяє збереженню коефіцієнта тертя на низькому рівні. В 3,5 рази довше чинить опір зносу шар мастила в 0,1 мкм в порівнянні з шаром в 0,01 мкм (Рис. 45, а).
Товщина граничних мастильних шарів (рис.45, б) впливає на їх спосіб-ність нівелювати шорсткість контактуючих поверхонь. Ліва гілка кривої 2 падає пропорційно. а права - зростає з ростом деформационной складової.
Істотний вплив на процес граничного тертя надає навантаження. Зростання нормальних контактних напружень сприяє збільшенню коефіцієнта тертя. Причому, цей процес залежить від властивостей застосовуваного мастильного матеріалу (Рис. 45, в).
Зростання швидкості ковзання також викликає збільшення коефіцієнта тертя (рис. 45, г). Це експериментально показано на парі сталь - бронза при мастилі олеїнової кислотою. Збільшення сил тертя викликано зростанням вязкостних характеристик мастильних шарів. Тому несмазанний підшипник кочення часто має більш низьким моментом тертя, ніж змащений. Це пов'язано з вязкостним опором мастила руху.
Рис.45. Вплив на коефіцієнт тертя при граничної мастилі а-товщини мастильного шару (1-0,01мкм, 2-0,1мкм), б-мікрогеометрії (шар мастила 1-2мкм, 2-2 · 10 -3 мкм), в-контактних нормальних напруг (при мастилі маслом 1-годинним, 2-вазеліновим), г-швидкості ковзання (сталь-бронза з олеїнової кислотою)
У заключний період катастрофічного зносу, в результаті накопичення руйнувань граничного шару і контактуючих поверхонь, стають відчутними незворотні процеси (наприклад, виникають вібрації через зростання зазору) і знос різко зростає.