The calculation of the temperature field for the tribosystem of wheel - composition brake shoe of the rolling stock has shown that the maximum temperature in the wheel is not on the surface, but at 200-1000 micron distance from the friction surface. Under friction, as a result of the thermomechanical destruction of the polymer shoe there evolves hydrogen that is absorbed by the contact surface of the wheel. At that, the maximum hydrogen concentration coincides with the maximum temperature. The research results of the segregation phenomena of alloying and impurity elements in the iron grain boundaries are presented. It is shown that the consistency of the rates of the transfer film formation and its destruction is the kinetic condition of self-organization on the antifriction tribo-contact. The atomic-binding energy of different elements to the grain surface is a periodic function of the atomic numbers of the elements. This may serve as a theoretical basis for predicting the strength properties of steel with a different composition of alloying and impurity elements. The obtained results indicate the promising application of XPS and AES of quantum chemistry in solving tribological tasks.
temperature, diffusion, segregation, transfer film
Выяснение особенностей поведения поверхностных слоев, как металлического, так и металлополимерного трибоконтакта — одна из центральных задач в триботехнике. Поэтому для процессов, происходящих в местах контактирования металлополимерных сопряжений необходимо разработать не только методы диагностики, но и более полные теоретические модели, специфическое назначение которых, с одной стороны — учитывать изменения, происходящие в объеме и в пограничном слое, а с другой — приводить к простым инженерным расчетам.
Поэтому на первом этапе наших исследований была разработана методика расчета температурного поля — температуры и температурного градиента в поверхностных слоях фрикционного сопряжения. Установление теоретических представлений о механизме возникновения температурного градиента дает возможность выяснить закономерности его влияния на трибоэлектрические, диффузионные и сегрегационные процессы, протекающие на фрикционном контакте.
Желание определить температурное поле в поверхностных слоях трибоконтакта классическим методом приводит к необходимости решения краевых сингулярно возмущенных задач — задач с малым параметром при старшей производной [1]. Для асимптотического решения сингулярно возмущенных задач обычно используют метод Вишика-Люстерника или методы сращиваемых многомасштабных разложений [2]. Авторами для нахождения температурного поля в погранслоях трибосистемы применен метод регуляризации сингулярно возмущенных задач, разработанный С.А. Ломовым [3]. Этот метод, объединяющий в себе идеи двух вышеназванных методов, обладает рядом преимуществ по сравнению с каждым из них в отдельности и является, естественно, более прогрессивным. Суть его — в регуляризации сингулярно возмущенных задач с помощью перехода в пространство безрезонансных решений, которое индуцируется исходной задачей. Это индуцированное пространство определяется по спектральным характеристикам исходного оператора, что дает возможность использовать спектральную теорию операторов. Сингулярность исходной задачи влечет за собой появление ненулевого ядра у главного оператора индуцированной задачи.
1. Де Брейн, Н. Г. Асимптотические методы в анализе / Н. Г. де Брейн. - Москва : ИЛ, 1961. - 247 С.
2. Вишик, М. Н., Асимптотическое поведение решений линейных дифференциальных уравнений с большими или быстроменяющимися коэффициентами и граничными условиями / М. Н. Вишик М. Н., Л. А. Люстерник // Успехи математических наук. - 1960. - Т. 15. - № 4. - С. 27-95.
3. Ломов, С. А. Введение в общую теорию сингулярных возмущений / С. А. Ломов. - Москва : Наука, 1981. - 399 с.
4. Колесников, В. И. Теплофизические процессы в металлополимерных трибосистемах / В. И. Колесников. - Москва : Наука, 2003. - 279 с.
5. Совместимость химических элементов на границах зерен в стали и ее влияние на износостойкость стали / В. И. Колесников [и др.] // Трение и износ. - 2015. - Т. 36. - № 1. - С. 1-8.
6. Взаимодействие атомов примесных и легирующих элементов с поверхностью зерен в стали / В. И. Колесников [и др.] // Вестник Южного научного центра РАН. - 2012. - Т. 8. - № 4. - С. 27-33.
7. Разработка гибридных наполнителей для антифрикционных композиционных материалов / В. И. Колесников [и др.] // Вестник РГУПС. - 2014. - № 4. - С. 14-19.
8. Исследование процессов трения и износа с помощью методов рентгеноэлектронной, оже-электронной спектроскопии и квантовой химии / В. И. Колесников [и др.] // Вестник Южного научного центра РАН. - 2013. - Т. 9, юбил. вып. - С. 29-36.
9. Te Velde G., Bickelhaupt F.M., van Gisbergen S. J. A., Fonseca Guerra C., Baerends E. J., Snijders J.G., Ziegler T. Chemistry with ADF // J. Comput. Chem., 2001, vol. 22, pp. 931-967.
10. Seah, M. P. Adsorption-induced interface decohesion // Acta Metallurgica, 1980, vol. 28, pp. 955-962.
11. Mosey, N. J. Atomistic Modeling of Friction / N. Y. Mosey, M. H. Műser, K. B. Lipkowitz, T. R. Cundari // Reviews in Computational Chemistry, 2007, vol. 25, 67-124 pp.
