Regimi di Lubrificazione e Ricerca di Attrito Alle Pressioni Ultra Basse del Contatto Facendo Uso Del Tribometer Nano Dagli Strumenti di CSM

Argomenti Coperti

Sfondo

Regimi Differenti di Lubrificazione

Lubrificanti

Definizioni

Prove Nane di Tribometer

Spessore di Pellicola Minimo del Lubrificante

Equazione di Legge Esponenziale

Aumenti di Coefficiente di Attrito

Elastoidrodinamico alle Transizioni Idrodinamiche

Nano, Micro e Disgaggi di Macro

Più Alte Velocità di Scivolamento

Sfondo

La Misura di tribologia ai micro e disgaggi nani è stata limitata dalla mancanza di strumentazione dedicata. Il Microscopio della Forza di Scansione (SFM) è stato lo strumento della scelta per attrito, usura e lubrificazione studianti a tali piccole scale. Tuttavia, lo SFM produce spesso le pressioni del contatto nell'intervallo gigapascal a causa di piccole dimensioni del suggerimento. Il Tribometer Nano dagli Strumenti di CSM permette una variazione molto maggior negli stati del contatto e quindi di più è adatto allo studio dei lubrificanti ai caricamenti molto bassi.

Regimi Differenti di Lubrificazione

Uno studio recente ha potuto mostrare la transizione con i regimi differenti di lubrificazione poichè il caricamento applicato è variato su un contatto lubrificato.

Lubrificanti

I lubrificanti esaminatori erano di due tipi differenti. Il primo era un olio minerale (MO) che consiste delle piante aromatiche di 3%, nafteni di 31% e 66% paraffina, con le viscosità cSt 40 del cSt, 96 cSt e 200. Il secondo era un petrolio sintetico composto di polyalphaolefine (PAO) con una viscosità bassa del cSt 6, a cui i due additivi si sono aggiunti: Il ` Irgalube 63' l'additivo contiene il dithiophosphate ed è usato come una pressione estrema, un additivo antiusura per i lubrificanti industriali e grassi. L'additivo del ` il Irgalube211' contiene il phosphorothionate trifenilico alchilato ed è utilizzato come additivo antiusura nei liquidi della metallurgia e nei petroli del motore per veicoli.

Definizioni

Per ampiamente descrivere l'interazione di due superfici e un livello intermedio del lubrificante sottoposto sia a normale che a fare scorrere le forze, una deve esaminare le definizioni che descrivono i parametri non solo geometrici ed idrodinamici ma anche le deformazioni elastiche che si presentano intorno alla zona di interazione. La lubrificazione Elastoidrodinamica (EHL) fra una sfera e una Florida alla zolla può essere descritta da una legge esponenziale che collega i vari parametri allo spessore di pellicola minimo del lubrificante (hmin) al punto di contatto:

dove la R è il raggio del partner sferico, U è la velocità scorrevole, W è il caricamento normale e il α e η0 sono beni del lubrificante che collegano il cambiamento della viscosità sotto la pressione aumentante. La E è il modulo elastico diminuito della superficie come descritta dalla teoria Hertziana.

Prove Nane di Tribometer

Le prove Nane di Tribometer sono state effettuate facendo uso di una sfera d'acciaio 100Cr6 del diametro 2mm come il partner sferico con un disco d'acciaio Stagno-rivestito come la zolla su cui i petroli della prova potrebbero essere applicati facendo uso di una micropipetta. Ogni prova è stata eseguita esattamente con 30μl di petrolio e la zolla è stata girata ad un tasso di 20 giri/min. che danno un'efficace velocità lineare di 4,2 sistemi di gestione dei materiali-1 sul punto del contatto. Sette caricamenti costantemente applicati di 250μN, di 500μN, di 1mN, di 2mN, di 4mN, di 10mN e di 25mN (che rappresentano le pressioni Hertziane del contatto di approssimativamente 110MPa, di 140MPa, di 180MPa, di 225MPa, di 280MPa, di 385MPa e di 520MPa rispettivamente) sono stati usati per ogni ciclo di prova. La forza frizionale (F) è stato misurato oltre 200 giri di motore della zolla e quindi il coefficiente di attrito (μ) potrebbe essere calcolato come μ = F/W, con W che rappresenta il caricamento normale come applicato tramite l'assembly a mensola della sorgente di vetro (indicato nella Fig. 1).

AZoNano - A - Z di Nanotecnologia - visualizzazione del Primo Piano del sensore di forza di vetro Nano della sorgente di Tribometer che concede caricare attraverso l'intervallo 20μN - 1N.

Figura 1.

Un insieme completo dei dati misurati di coefficiente di attrito per uno dei petroli della prova (200cSt) è indicato nella Fig. 2 per l'intervallo 250μN - 25 mn del caricamento. Può essere veduto che mentre il caricamento è aumentato, l'interazione della palla, superficie del campione e caduta del lubrificante fra tre regimi distinti. Per i caricamenti di 250μN e di 500μN il lubrificante inibisce il moto di scivolamento della palla sulla superficie che piombo all'più alta resistenza frizionale. A 1mN, il coefficiente di attrito è ancora alto ma la curva diminuisce gradualmente sopra la durata della prova, caratteristica “del rodaggio„ delle superfici.

AZoNano - A - Z di Nanotecnologia - coefficienti Sperimentalmente misurati di attrito in funzione dei rivestimenti rotazionali per un olio minerale di elevata purezza di cSt 200, per i caricamenti applicati nel μN dell'intervallo 250 - 25 mn.

Figura 2.

Per i caricamenti maggiori di 2mN, le curve sembrano avere un periodo di rodaggio dopo di che uno stato di stabilità è raggiunto dove il coefficiente di attrito si stabilizza ad un valore costante.

Spessore di Pellicola Minimo del Lubrificante

Lo spessore di pellicola minimo del lubrificante può essere calcolato dalla legge esponenziale per varie viscosità differenti del petrolio, secondo le indicazioni della Fig. 3. I risultati qui sono indicati in funzione del caricamento normale, sebbene l'equazione indichi che la velocità scorrevole ed il raggio della sfera hanno un'influenza molto più significativa sullo spessore di pellicola che il caricamento applicato.

AZoNano - A - Z di Nanotecnologia - spessori di pellicola Calcolati del petrolio in funzione del caricamento normale per quattro viscosità differenti del petrolio (un raggio della sfera di 1 millimetro).

Figura 3.

Equazione di Legge Esponenziale

L'equazione di legge esponenziale mostra quella per tutto il sistema palla-su-piano dato, diminuisce nel caricamento normale o gli aumenti nella velocità di scivolamento piombo agli aumenti nello spessore di pellicola del lubrificante. Ad un certo punto lo spessore di pellicola sarà così grande quanto a completamente separato le asperità di superficie delle due superfici avversarie. Una Tal circostanza si riferisce a come pellicola piena o la lubrificazione idrodinamica e, perché non c' è più alcun'interazione fra l'accoppiamento delle superfici del materiale, lo spessore di pellicola del lubrificante è governati dalla viscosità, dalla velocità e dal caricamento normale.

Aumenti di Coefficiente di Attrito

Un aumento esponenziale nel coefficiente di attrito è indicato nella Fig. 4 (a) come lo spessore di pellicola aumenta. Questo comportamento è evidente per tutte e quattro le viscosità tracciate. Per i caricamenti bassi in cui le pressioni Hertziane del contatto cadono intorno a 110MPa, l'attrito è ad un massimo. Mentre il caricamento successivamente è aumentato, l'attrito diminuisce (veduto come la diminuzione iniziale di ogni curva). In caso delle viscosità 40cSt e 96cSt, è chiaramente visibile che c'è uno spessore di pellicola ottimale/caricamento normale che causa un coefficiente minimo di attrito.

Elastoidrodinamico alle Transizioni Idrodinamiche

La transizione fra i regimi differenti di lubrificazione può essere veduta se il coefficiente di attrito è tracciato in funzione del numero di Stribeck, L, dove L = ηU/W. I risultati per le stesse quattro viscosità sono indicati nella Fig. 4 (b) dove la transizione da elastoidrodinamico ai regimi idrodinamici può essere veduta chiaramente. Per studiare il regime di lubrificazione di limite, una velocità di scivolamento molto più bassa sarebbe richiesta al contatto. A tali velocità basse, non c'è accumulazione di pressione nel lubrificante e quindi il caricamento completamente è portato dalle asperità nell'area di contatto.

Figura 4.

Nano, Micro e Disgaggi di Macro

Sebbene il Tribometer Nano sia adatto idealmente alla caratterizzazione dei beni del lubrificante ai micro e disgaggi nani, può anche essere di interesse correlare tali risultati con le misure effettuate al macro disgaggio su uno strumento differente. Usando tre strumenti differenti è stato possibile mappare i tre regimi di lubrificazione di un olio minerale 200cSt. Un commputer standard del perno-su-disco è stato utilizzato per misurare il coefficiente di attrito dal termine di limite con μ che è inizialmente stabile a circa 0,3 (per la L i valori di 0,15 - 1) dopo di che cade ad un μ minimo di 0,11 (a L = 20). Il Tribometer Nano poi è usato per misurare il μ dalla L i valori di circa 10 fino a 5000. Ciò riguarda la transizione da misto ai regimi idrodinamici (gli stati del contatto sono il raggio di 1mm e fare scorrere la velocità 4.2mms).

Più Alte Velocità di Scivolamento

Per le più alte velocità di scivolamento, il Tester Nano del Graffio è usato con un raggio del contatto di μm 20 e una velocità scorrevole di 1cms-1

Sorgente: Strumenti di CSM

Per ulteriori informazioni su questa sorgente visualizzi prego gli Strumenti di CSM

Date Added: Dec 6, 2006 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 13. June 2013 12:39

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