АДГЕЗИЯ ТВЁРДЫХ ТЕЛ

Когда поверхности твердых тел сближены на расстояние, достаточное для реализации атомно-молекулярных взаимодействий, между ними возникают силы притяжения, вызывающие их прилипание, адгезию. Это расстояние очень мало и сближение тел на расстояние действия адгезионных сил, обеспечивающих их прочное сцепление, осуществляется прежде всего в зоне пластических деформаций.

При контакте металлов даже при относительно невысоких нагрузках фактическое давление весьма велико и элементарные пятна фактического контакта образуются за счет совместных пластических деформаций вершин отдельных микронеровностей сдавливаемых поверхностей. При этом по площади фактического контакта осуществляется адгезионное взаимодействие контактирующих тел, причем если в процессе пластической деформации из контакта уносятся (или хотя бы повреждаются) пленки оксидов, покрывающие поверхности металлов, то адгезионное взаимодействие будет намного интенсивнее. Прочность адгезионных соединений увеличивается за счет диффузии через границы раздела. В то же время при сдавливании этих твердых тел их приповерхностные области упруго деформируются (рис.1).

Рис. 1. Схема деформирования поверхностей контактирующих твердых тел A и B:    1 – область пластических деформаций; 2 – область упругих деформаций; N – нагрузка на узел трения.

По мере снятия нагрузки соединения растягиваются и разрушаются одно за другим из-за того, что в процессе разрушения в области, окружающей контакт 1, начинают действовать упругие напряжения, а так как соединения металлов А и В в процессе пластического течения предельно наклепаны, то они немедленно разрушаются. Если сдавливаемые металлы имеют высокую пластичность и одновременно они мало наклепываются, то их адгезия будет значительно большей, а изменение формы контакта в результате упругого восстановления будет весьма незначительным. Иначе говоря, соединение будет обладать достаточным запасом пластичности, чтобы выдержать деформацию без разрушения. В этих случаях для разрушения адгезионного соединения надо приложить определенное растягивающее усилие.

Так, если в индий или свинец вдавить твердый индентор, то наблюдается столь большая адгезия, что для разрушения этого соединения после снятия первоначальной нагрузки необходимо приложить растягивающую нагрузку, сравнимую по величине с первоначальной сдавливающей нагрузкой. Можно обеспечить также значительную адгезию у твердых металлов за счет повышения температуры контакта. Это же обеспечит снижение внутренних напряжений [2].

Для получения неразъемных соединений при совместном пластическом деформировании (холодной сварке) металлов необходимо тщательно очистить поверхности от адсорбированных загрязнений и желательно – от окислов. Наиболее прочные адгезионные соединения можно получить в вакууме.

В общем случае коэффициент адгезии (т.е. отношение нагрузки, вызывающей разрушение адгезионного соединения, к первоначальной нагрузке, вызвавшей его образование) снижается с ростом твердости металлов, а для металлов с гексагональной плотноупакованной кристаллической решеткой коэффициент адгезии значительно меньше, чем для металлов с кубической решеткой [2].

Следует иметь в виду, что в общем случае чем выше адгезия, тем выше коэффициент трения, но наглядное проявление этой адгезии зависит от уровня упругих напряжений, действующих после снятия нагрузки.

Литература

  1.  Доценко А.И., Буяновский И.А. / Основы триботехники. Учебник. - М.: Инфра-М, 2014.
  2.  Боуден Ф.П., Тейбор Д. Трение и смазка твердых тел. М.: Машиностроение, 1968.