Ribnikov Y. S.

УДК 621

Электрофизическая основа взаимодействия тел при трении И электромеханическая природа самоорганизующегося режима электроизноса и электроразрушения материалов трибопар при трении скольжения.

Рыбников Ю.С. КТН

Московский_государственный институт Радиотехники Электроники и Автоматики (МГТУМИРЭА), Москва, Россия.

 

ELECTROPHYSITION BASE INTERACTION BODYS OF FRICTION AND ELECTRO MECANICAL NATURE ORGANIZATION ELECTRO DESTRUCTION AND ELECTRO WEAR AUT MATERIALS OF FRICTION SLIDCAL.

Ribnikov Y. S.

The Moscow state institute of a radio engineering, electronics and automatics, Moscow, Russia

Рассмотрены самоорганизующиеся процессы электроизноса и электроразрушения материалов трибопар Электродонор – Электродонор (ЭД-ЭД), Электроакцептор – Электроакцептор (ЭА - ЭА), Электроакцептор – Электродонор (ЭА - ЭД). Разработан метод электрозащиты материалов трибопар от электроизноса и электроразрушения карданных валов за счёт применения электроизолирующего композитного покрытия из твёрдого полимера, снижающего коэффициент трения. Разработаны физическая и математическая модели на основе равенства работ по перемещению А пер = А вых. выхода электроатома (электрозаряда).

Processes of a natural mode of electro deterioration and electro destruction of materials friction two co-operating materials the Electro donor – Electro donor (ED-ED), the Electro acceptor – the Electro acceptor (EА - EА), the Electro acceptor – the Electro donor (EА - ED) are considered. friction two co-operating materials from electro deterioration and electro destruction the method of electro protection of materials is developed for a sliding friction for the account of application of an electro isolating composite covering from firm polymer. Physical and mathematical models of direct transition of electro substance in a constant electric current are develop.

Ключевые слова: трибоэлектричество, электродонор, электроакцептор, электроизнос, электроразрушение, электровещество, трибоэлектрет.

Spring words: electro donor, electro acceptor, electro deterioration, electro destruction, electro substance, friction electrets, electro friction

Износ (потеря материалов) при эксплуатации узлов трения (трибопар) в механике определяется, как правило, измерениями линейных размеров и веса деталей, этих параметров оказалось недостаточно, чтобы объяснить механизм износа при трении, так как видимый материал исчезает и невидимо, поэтому был необходим поиск «видимых», контролируемых параметров. Ближе всех к решению проблемы трения и износа подошёл А.Д. Дубинин,[1] который провёл огромный комплекс исследований электрических явлений, но увязать электрические параметры с механическими параметрами не сумел и предложил энергетическую теорию трения и износа, основанную на энергетических переходах явлений при трении. Он основательно исследовал, качественные, характеристики: термоэлектронные, акустические, термические, световые явления при трении и попытался выразить количественно механическими методы расчёта (коэффициент и величину силы трения и износ поверхности). Коэффициент трения и сила трения, величины пригодные лишь для решения инженерных задач, так как оба значения лишь математические расчётные величины, не отражающие существа вопроса, потому, что не включают величины контактной поверхности трения и электромагнитных взаимодействий, определяющих механизм и характеристики процессов трения.

В разделе физики электричество – «трибоэлектричество» вообще не рассматривается, явления прямого перехода вещества (электровещества) исключительно в постоянный электрический ток ни кем не признаётся. В школе нас учили, что трение явление «вредное», а при решении задач трением всегда «пренебрегали». Кроме того, артефакт первоисточник трибоэлектричества и электрических электроатомов (электрозарядов) трибогенератор Ван дер Граафа исключён из программы школьного и вузовского образования, а это наносит серьёзный ущерб в науке и образовании при познании электровещества, электричества и процессов, происходящих в объёме электровеществ и на поверхностях между электровеществами при различных видах взаимодействий.

ЭЛЕКТРОИЗНОС материала (электровещества) при трении – это потеря электроатомов Всеродов (электрозарядов, электрополей, стоячих электроволн, электрохимических элементов и т.д.) в процессе трибоэлектризации (трении) трибопар в виде постоянного электрического тока. При этом электроизнос материала становится видимым и контролируемым. Электроизнос – следствие принудительного разрушения предыдущего электромагнитного контактного взаимодействия (трения покоя) трибопар при одновременном совершении работы выхода электроатома (электрозаряда), зависящей от электроструктуры материала и условий, при которых протекает процесс трения, самоорганизации накопления и релаксации избыточного электрического потенциала (электрической объёмной плотности) без электроискровых разрядов.

ЭЛЕКТРОВЕЩЕСТВО это самоорганизованное совокупное и/или дискретное состояние (взаимодействие) электрических объёмных плотностей, единичных и совокупных электроатомов (электрозарядов, электрополей, стоячих электроволн, электрохимических элементов, и т.д.) в форме шаров (сфер) и тел любой формы во всех агрегатных состояниях [2,3,4].

ТРЕНИЕ это фундаментальное явление, где происходят все виды контактов, перемещений и взаимодействий в объёме и по поверхности тел электровеществ, при которых самоорганизованно осуществляется обмен электроатомов.

ТРЕНИЕ СКОЛЬЖЕНИЕ это совокупность процессов, происходящих при принудительном перемещении, совершении работы по перемещению Апер. по поверхностям трибоконтактирующих тел (электровеществ), относительно друг друга: разрушение, ранее существовавшего электромагнитного взаимодействия (состояния), при одновременном совершении работы выхода электроатомов Авых. разрушении равноколичественного зарядообмена при трении покоя трибопары, самоорганизация трибосистемы с образованием недостатка электроатомов всерод (электрозарядов) на электродоноре (ЭД) (статический заряд) и накопление, ушедших электроатомов из электродонора, в виде избытка электроатомов всерод (электрозарядов и т.д.) на электроакцепторе (ЭА) (динамический заряд), характеризуемого образованием разницы электрической объёмной плотности (электропотенциала) на поверхностях; нейтрализация электропотенциала в электроискровых разрядах в точках контакта; электроизнос и электроразрушение электровещества трибопар[5,6,7,8,9]. Трение скольжения имеет три режима: 1. безызносный режим трения - исключает электроизнос за счёт трибоэлектретного состояния диэлектрического твёрдого электроизолирующего композитного покрытия на поверхности, сохраняющего электроатомы в трибосистеме;

2.режим с электроизносом без электроразрушения материала (электровещества) при самоорганизации разно количественного электроатомного обмена, релаксации накопления избытка электроатомов (электропотенциала), обеспечивая нейтрализацию электроискровых разрядов; 3. режим с электроизносом, с последующим электроразрушением материала (электровещества), когда трибосистема самоорганизованно сохраняет разно количественный зарядообмен, т.е. количество электроатомов в электровеществе рассматриваемого объёма не остаётся постоянным, идёт накопления избытка электроатомов (электропотенциала) и нейтрализация его в электроискровых разрядах.

ЭЛЕКТРИЧЕСТВО это взаимодействие электроатомов (электрополевых, электрозарядовых, и т.д.) плотностей, в форме шаров (сфер), жидких и твёрдых тел любой формы, как единичных электроатомов, так и совокупных электроатомов (электрозарядов, электрополей, стоячих электроволн, электрохимических элементов, и т.д.) с самоорганизацией в зависимости от условий эксперимента, собственного конкретного электромагнитного поля, обладающего конкретной электрической объёмной плотностью и свойствами проявляющимися в виде: постоянного атомарного электрического тока, электроискровых разрядов, электродуговых разрядов, электроплазм, электрошумов, электросвета, электромагнитов, электротепла, электрогазов, электрожидкостей, твёрдых электротел, электро радиоизлучений всех диапазонов с разуплотнением и переходом из скомпенсированного электронейтрального состояния электровещества (материала), в разуплотнённое электронейтральное и/или разкомпенсированное заряженное состояние совокупных электроатомов, и наоборот[4].

 

 

ЭЛЕКТРИЧЕСТВО это взаимодействие электрических плотностей (электроатомов, электрозарядов, электрополей, стоячих электроволн, электрохимческих элементов и т.д.) в форме шаров (сфер) в виде газообразных, жидких и твёрдых тел любой формы в собственном самоорганизованном электромагнитном поле [4].

 

ЗАРЯД ЕДИНИЧНЫЙ это электронейтральный электроатом ВСЕРОД (электрополе, электровещество, электроволна, электрохимический элемент и т.д.), имеющий равномерно распределённую полеобразную электрическую объёмную плотность, минимальную в любых, но конкретных условиях в форме шара (сферы). [3]

 

ЗАРЯД НЕСКОМПЕНСИРОВАННЫЙ (избыточный и/или недостаточный) это избыток и/или недостаток электроатомов Всерода в объёме и/или на поверхности заряженного тела (электровещества), характеризуемый объёмной и/или поверхностной разностью объёмных плотностей электроатомов (электрозарядов, электропотенциалов) [4]

ЗАРЯД СКОМПЕНСИРОВАННЫЙ это электроструктура электровещества замкнута в количественном и качественном взаимодействии электроатомов, электронейтральное состояние, отсутствие разности электрической объёмной плотности электроатомов (электрозарядов, электропотенциалов) электровещества[4].

ЗАРЯД СТАТИЧЕСКИЙ это недостаток электроатомов Всерод в объёме и/или поверхностности электровещества (электродонора) и/или избыток электроатома Всерод в объеме и/или поверхности тела электровещества (электроакцептора), характеризуемый объёмной и/или поверхностной разностью электрической объёмной плотности электроатомов (электрозарядов, электропотенциалов).[7]

ЗАРЯД ДИНАМИЧЕСКИЙ это избыток электроатомов Всерод на поверхности электровещества (электроакцептора), характеризуемый поверхностной разницей электрической объёмной плотности зарядов (потенциалов) на поверхности тела электроакцептора, который при отводе на (землю) и/или потребителю образует постоянный электрический ток.[7]

ЭЛЕКТРОАТОМ ЕДИНИЧНЫЙ это далее не делимая единственная элементарная частица, электроатом (электрохимический элемент и т.д.) ВСЕРОД Вс (РУС 1), обладающий минимальной электрической объёмной полевой плотностью, равномерно распределённой в форме шара (сферы) в конкретных условиях не зависимо от размера, первый электроатом (электрохимический элемент и т.д.), расположенный в нолевом ряду нолевого периода Периодической системы 1906г. Д.И. Менделеева под символом «Х» [10], математически описываемый в двоичной системе счета ПС 1997г. [2,3,4].

ЭЛЕКТРОАТОМ СОВОКУПНЫЙ это локальное совокупное центрально- симметричное взаимодействие объёмно структурированных разноразмерных электроатомов Всеродов – (электрозарядов, электрополей, стоячих электроволн, электрохимческих элементов и т.д.), обладающих приобретённым свойством локального устойчивого взаимодействия электровещества с максимальной электрической плотностью и нолевым потенциалом в центре, описываемый в двоичной системе счёта ПС 1997г.[4].

ЭНЕРГИЯ это способность электромагнитного поля (электровещества) Вселенной реагировать, релаксировать, перераспределять результаты всех взаимодействий до равновесного состояния (нолевого электропотенциала) [4].

ЭЛЕКТРОВОЛНА это оптимальная форма - шар (сфера) сохранения и распространения электроатомов, (электрозарядов, электрополей, стоячих электроволн, электрохимческих элементов и т.д.) [4].

Всем известен факт трибоэлектризации (трибоэлектричество), возникающий при перемещении относительно друг друга диэлектрических материалов различного химического состава или различной химической природы. Установлено, что трибоэлектризуются все материалы, включая однородные трибопары, но сохраняют заряд только диэлектрики и полупроводники, а проводники быстро релаксируют заряды, поэтому его трудно измерить. Однако процесс трибоэлектризации хорошо просматривается по токовым (амперным) и электрозарядовым (трибоэлектретным) характеристикам, легко контролируется и поддаётся расшифровке по электретной методике[6].

Используя экспериментальные результаты исследований, можно определять оптимальные параметры системы трибозарядки на установках напыления в производстве диэлектрических, антифрикционных, противокоррозионных, защитно-декоративных, светотехнических и других видов покрытий в электронике и тонких плёнок с заданной толщиной, электропроводностью равномерностью, высокой адгезией, определяемых величинами «массы» (количеством) m и значением поверхностного заряда q. Любая трибосистема в неподвижном состоянии практически равновесна, т.е. материал (электровещество) трибопары сохраняет своё состояние без значительных изменений продолжительное время, зарядообмен и/или переходы зарядов происходят в динамическом равновесии, поэтому процессы деструкции протекают весьма медленно. При механическом перемещении (скольжении, качении) двух и более тел в поверхностном слое процесс выхода зарядов протекает интенсивно, так как постоянно разрушается точечное электрическое контактное взаимодействие и равновесие, исключающее равновесный зарядообмен между электровеществами. Заряды из объёма материала Электродонор ЭД, с меньшей работой выхода переходят на поверхность материала электроакцептора ЭА, с большей работой выхода, при этом материал ЭД разуплотняется и на поверхностях самоорганизуется разница объёмных электрических плотностей (электропотенциалов). При накоплении трибосистемой критической (пробойной) разности потенциалов происходит электроискровой саморазряд, приводящий к электроизносу и электроразрушению электропроводящего материала. При механических перемещениях одновременно производится, как работа А_пер так и работа А_вых выхода электроатома, генерация постоянного (атомарного) тока, накопление и нейтрализация разности электропотенциалов в электроискровых пробоях, приводящих к различным видам электроизноса и электроразрушению материалов (электровещества)[7].

В общем виде в узлах трения при эксплуатации происходит множество процессов: трибоэлектризация, генерация постоянного (атомарного) электротока (переход в разуплотнённое дискретное состояние) электровещества электронагрев, электронамагничивание, электрополяризация, электрохимические преобразования, электроискровая обработка, электро радио излучения всех диапазонов, электрошумы,

Исследования показали, что в процессе трения по проводнику происходят явления характерные направленному движению зарядов - электрическому постоянному току. Процесс трения (трибоэлектризация) с зарядовых позиций показывает, что механизм накопления электрозарядов (электропотенциалов) для всех материалов одинаков, тогда как процесс нейтрализации зарядов в трибосистеме зависит от того, какие электровещества (материалы) взаимодействуют и в каких условиях. Исследования поставили под сомнение наличие электронов в природе, так как согласно современной теории электричества в диэлектриках отсутствует электронная проводимость, а снимаемые с диэлектрика электроатомы (электрозаряды, электрополя, электрохимические элементы и т.д.) в виде постоянного электрического тока, великолепно переходят на токосъёмник из проводника и отводятся на «землю» или потребителю. Известно, что в постоянном электрическом токе отрицательная составляющая отсутствует, протоны не перемещаются.