Regimes da Lubrificação e Investigação da Fricção Em Pressões Ultra Baixas do Contacto Usando O Tribometer Nano Dos Instrumentos do CSM

Assuntos Cobertos

Fundo

Regimes Diferentes da Lubrificação

Lubrificantes

Definições

Testes Nano de Tribometer

Espessura de Filme Mínima do Lubrificante

Equação da Lei de Potência

Aumente no Coeficiente da Fricção

Elastohydrodynamic às Transições Hidrodinâmicas

Nano, Micro e Escalas do Macro

Velocidades de Deslizamento Mais Altas

Fundo

A Medida do tribology nas micro e escalas nano foi limitada pela falta de instrumentação dedicada. O Microscópio da Força da Exploração (SFM) foi o instrumento da escolha para a fricção, o desgaste e a lubrificação de investigação em tais pequenas escalas. Contudo, o SFM produz frequentemente pressões do contacto na escala gigapascal devido às dimensões pequenas da ponta. O Tribometer Nano dos Instrumentos do CSM permite uma variação muito maior em condições do contacto, e conseqüentemente é serido mais ao estudo dos lubrificantes em cargas muito baixas.

Regimes Diferentes da Lubrificação

Um estudo recente pôde mostrar a transição com os regimes de deferimento da lubrificação porque a carga aplicada é variada em um contacto lubrificado.

Lubrificantes

Os lubrificantes investigados eram de dois tipos diferentes. O primeiro era compostos aromáticos consistindo (MO) de óleo mineral de um 3%, naphthenes de 31% e 66% parafina, com viscosidades cSt 40 de cSt, 96 cSt e 200. O segundo era um petróleo sintético compor do polyalphaolefine (PAO) com uma viscosidade baixa de cSt 6, a que dois aditivos foram adicionados: O ` Irgalube 63' aditivo contem o dithiophosphate e é usado como uma pressão extrema, um aditivo antiusura para lubrificantes industriais e umas graxas. O aditivo do ` o Irgalube211' contem o phosphorothionate triphenyl alkylated e é usado como um aditivo antiusura em líquidos da metalurgia e em petróleos de motor automotivo.

Definições

A fim descrever inteiramente a interacção de duas superfícies e uma camada intermediária do lubrificante sujeitada a normal e a deslizar forças, uma deve olhar as definições que descrevem não somente os parâmetros geométricos e hidrodinâmicos mas igualmente as deformações elásticas que ocorrem em torno da zona da interacção. A lubrificação Elastohydrodynamic (EHL) entre uma esfera e um fl na placa pode ser descrita por uma lei de potência que relacione vários parâmetros à espessura de filme mínima do lubrificante (hmin) no ponto de contacto:

onde R é o raio do sócio esférico, U está a uma velocidade deslizante, W é a carga normal e o α e η0 são propriedades do lubrificante que relacionam a mudança da viscosidade sob a pressão crescente. E é o módulo elástico reduzido da superfície como descrito pela teoria Hertzian.

Testes Nano de Tribometer

Os testes Nano de Tribometer foram realizados usando uma bola 100Cr6 de aço do diâmetro 2mm como o sócio esférico com um disco de aço Estanho-revestido como a placa em que os petróleos do teste poderiam ser aplicados usando um micropipette. Cada teste foi executado com exactamente o 30μl do petróleo e a placa foi girada a uma taxa de 20 RPM que dão uma velocidade linear eficaz de 4,2 mms-1 no ponto do contacto. Sete cargas constantemente aplicadas de 250μN, de 500μN, de 1mN, de 2mN, de 4mN, de 10mN e de 25mN (que representam pressões Hertzian do contacto de aproximadamente 110MPa, de 140MPa, de 180MPa, de 225MPa, de 280MPa, de 385MPa e de 520MPa respectivamente) foram usadas para cada ciclo do teste. A força de fricção (f) foi medida sobre 200 revoluções da placa e conseqüentemente o coeficiente de fricção (μ) poderia ser calculado como o μ = o F/W, com o W que representa a carga normal como aplicado pelo conjunto de vidro do modilhão da mola (mostrado em Fig. 1).

AZoNano - O A a Z da Nanotecnologia - opinião do Close-up do sensor de vidro Nano da força da mola de Tribometer que reserva carregar através da escala 20μN - 1N.

Figura 1.

Um grupo completo de dados medidos do coeficiente da fricção para um dos petróleos do teste (200cSt) é mostrado em Fig. 2 para a escala 250μN da carga - manganês 25. Pode-se ver que como a carga é aumentada, a interacção da bola, superfície da amostra e queda do lubrificante entre três regimes distintos. Para cargas de 250μN e de 500μN o lubrificante inibe o movimento de deslizamento da bola na superfície que conduz a uma resistência de fricção mais alta. Em 1mN, o coeficiente da fricção é ainda alto mas a curva diminui gradualmente sobre a duração do teste, característica do “executar-em” das superfícies.

AZoNano - O A a Z da Nanotecnologia - coeficientes Experimental medidos da fricção em função dos regaços rotatórios para uma pureza alta do cSt 200 de óleo mineral, para cargas aplicadas no μN da escala 250 - manganês 25.

Figura 2.

Para as cargas maiores do que 2mN, as curvas parecem ter a executar-no período depois do qual um de estado estacionário é alcançado onde o coeficiente de fricção estabiliza a um valor constante.

Espessura de Filme Mínima do Lubrificante

A espessura de filme mínima do lubrificante pode ser calculada da lei de potência para várias viscosidades diferentes do petróleo, segundo as indicações do Figo. 3. Os resultados aqui são mostrados em função da carga normal, embora a equação mostre que a velocidade deslizante e o raio da esfera têm uma influência muito mais significativa na espessura de filme do que a carga aplicada.

AZoNano - O A a Z da Nanotecnologia - espessuras de filme Calculadas do petróleo em função da carga normal para quatro viscosidades diferentes do petróleo (raio da esfera de 1 milímetro).

Figura 3.

Equação da Lei de Potência

A equação da lei de potência mostra aquela para todo o sistema bola-em-liso dado, diminui na carga normal ou os aumentos na velocidade de deslizamento conduzem aos aumentos na espessura de filme do lubrificante. Em algum momento a espessura de filme será tão grande a respeito de completamente separado as asperezas de superfície das duas superfícies de oposição. Tal circunstância é referida como o filme completo ou a lubrificação hidrodinâmica e, porque há já não toda a interacção entre o acoplamento de superfícies materiais, a espessura de filme do lubrificante tornam-se governadas pela viscosidade, pela velocidade e pela carga normal.

Aumente no Coeficiente da Fricção

Um aumento exponencial no coeficiente da fricção está mostrado em Fig. 4 (a) enquanto a espessura de filme aumenta. Este comportamento é evidente para todas as quatro viscosidades traçadas. Para as baixas cargas aonde as pressões Hertzian do contacto caem em torno de 110MPa, a fricção está em um máximo. Enquanto a carga é aumentada subseqüentemente, a fricção diminui (visto como a diminuição inicial de cada curva). No caso das viscosidades 40cSt e 96cSt, é claramente visível que há uma espessura de filme a melhor/carga normal que cause um coeficiente mínimo da fricção.

Elastohydrodynamic às Transições Hidrodinâmicas

A transição entre regimes diferentes da lubrificação pode ser considerada se o coeficiente de fricção é traçado em função do número de Stribeck, L, onde L = ηU/W. Os resultados para as mesmas quatro viscosidades são mostrados no Fig. 4 (b) onde a transição de elastohydrodynamic aos regimes hidrodinâmicos pode claramente ser considerada. A fim investigar o regime da lubrificação do limite, uma velocidade de deslizamento muito mais baixa seria exigida no contacto. Em tais baixas velocidades, não há nenhum acúmulo da pressão no lubrificante e conseqüentemente a carga é levada totalmente pelas asperezas na área de contacto.

Figura 4.

Nano, Micro e Escalas do Macro

Embora o Tribometer Nano seja serido idealmente à caracterização de propriedades do lubrificante nas micro e escalas nano, pode igualmente ser do interesse correlacionar tais resultados com as medidas feitas na escala macro em um instrumento diferente. Usando três instrumentos diferentes foi possível traçar os três regimes da lubrificação de um 200cSt de óleo mineral. Uma máquina padrão do pino-em-disco foi usada para medir o coeficiente da fricção da condição de limite com o μ que é inicialmente estável ao redor de 0,3 (para L valores de 0,15 - 1) depois do qual deixa cair a um μ mínimo de 0,11 (em L = 20). O Tribometer Nano é usado então para medir o μ de L valores de aproximadamente 10 até 5000. Isto cobre a transição de misturado aos regimes hidrodinâmicos (as condições do contacto são raio de 1mm e deslizamento da velocidade 4.2mms).

Velocidades de Deslizamento Mais Altas

Para umas velocidades de deslizamento mais altas, o Verificador Nano do Risco é usado com um raio do contacto do μm 20 e uma velocidade deslizante de 1cms-1

Source: Instrumentos do CSM

Para obter mais informações sobre desta fonte visite por favor Instrumentos do CSM

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

Last Update: 13. June 2013 12:52

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