Экспериментальное исследование влияния влажности на структурные изменения «третьего тела» в процессе трения

Трение часто сопровождается локальным разрушением на границе контактирующих тел. Пространство между контактирующими телами обычно содержит движущиеся частицы различной природы, так называемое «третье тело», изменение эффективных условий трения может быть связано с изменением структуры площади контакта. В данной работе представлена новая серия экспериментов, в которых на разных масштабных уровнях моделируется процесс перестроения частиц промежуточного слоя, взаимодействующих с различными упругими материалами (стекло—резина и сталь). Предложена методика визуализации эффекта взаимного влияния, возникающего при вдавливании двух шариков в слой резины. Именно взаимное влияние обуславливает эффект сближения либо сепарации шариков при возвратно-поступательном фрикционном нагружении. Скорость этих процессов зависит от влажности и, в случае контакта с резиновым слоем, от толщины слоя. При большой влажности конфигурация частиц меняется быстрее, а сила трения уменьшается. Замена песка на абразив приводит к резкому росту коэффициента трения и износу с изменением микрорельефа поверхности. Минимальная шероховатость получена для влажности 30 %.

1. Марченко Е. А. О природе разрушения поверхности металлов при трении. — М.: Наука. — 1979

2. Гольдштейн Р.В., Осипенко Н.М. Механизм движений в среде промежуточного слоя между контактирующими телами // Письма о материалах. — 2015 (5), № 4, 414—419. https://doi.org/10.22226/2410-3535-2015-4-414-419

3. Андронов В.В. Механические системы с преобразованным сухим трением // Изв. АН СССР. МТТ. — 1988, № 1, 40—49

4. Miftakhova A.R., Chen Y.Y., and Horng J.H. Effect of Rolling on the Friction Coefficient in ThreeBody Contact //Advances in Mechanical Engineering. — 2019 (11), no. 8, 1687814019872303. https://doi.org/10.1177/168781401987230

5. Horng J.H., Osipenko N.M., Stepanov F.I., and Torskaya E.V. Theoretical and Experimental Study of Changes in the Structure of the Intermediate Layer during Friction between Contacting Bodies // Materials. — 2021 (14), no. 19, 5689. https://doi.org/10.3390/ma14195689

6. Klaffke D. On the Repeatability of Friction and Wear Results and on the Influence of Humidity in Oscillating Sliding Tests of Steel-Steel Pairings // Wear. — 1995 (189), nos. 1-2, 117—121. https://doi.org/10.1016/0043-1648(95)06672-1

7. Lancaster J.K. A Review of the Influence of Environmental Humidity and Water on Friction, Lubrication and Wear // Tribology International. — 1990 (23), no. 6, 371—389. https://doi.org/10.1016/0301-679X(90)90053-R

8. Liew W.Y.H. Effect of Relative Humidity on the Unlubricated Wear of Metals // Wear. — 2006 (260), nos. 7-8, 720—727. https://doi.org/10.1016/j.wear.2005.04.011

9. Bregliozzi G., Ahmed S.U., Di Schino A., Kenny J.M., and Haefke H. Friction and Wear Behavior of Austenitic Stainless Steel: Influence of Atmospheric Humidity, Load Range, and Grain Size // Tribology Letters. — 2004 (17), 697—704. https://doi.org/10.1007/s11249-004-8075-z

10. Reichelt M. and Cappella B. Influence of Relative Humidity on Wear of Self-Mated 100Cr6 Steel // Wear. — 2020 (450), 203239. https://doi.org/10.1016/j.wear.2020.203239

11. Kumar A. and Mukhopadhyay A. Investigation of Reciprocating Wear Characteristics of Carbon Steel at Varying Load, Relative Humidity, and Operating Temperature Using ANN-NSGA Methodology // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part E: Journal of Process Mechanical Engineering. — 2023, 09544089221149404. https://doi.org/10.1177/09544089221149404

12. Chen L. and Qian L. Role of Interfacial Water in Adhesion, Friction, and Wear — A Critical Review // Friction. — 2021 (9), 1—28. https://doi.org/10.1007/s40544-020-0425-4

13. Xiao C., Shi P., Yan W., Chen L., Qian L., and Kim S.H. Thickness and Structure of Adsorbed Water Layer and Effects on Adhesion and Friction at Nanoasperity Contact // Colloids and Interfaces. — 2019 (3), no. 3, 55. https://doi.org/10.3390/col-loids3030055

14. Rong K.J., Xiao Y.L., Shen M.X., Zhao H.P., Wang W.J., and Xiong G.Y. Influence of Ambient Humidity on the Adhesion and Damage Behavior of Wheel–Rail Interface under Hot Weather Condition // Wear. — 2021 (486), 204091. https://doi.org/10.1016/j.wear.2021.204091

15. Shengxin L., Jiaqiang L., Lin L., Shaopeng L., Lizhi H., Guangyao X., and Mingxue S. Response Behavior of Damp-Warm Air to Adhesion and Dam-age of Wheel-Rail Interface at Different Ambient Temperatures // Tribology. — 2022 (43), no. 1, 30—38. doi: 10.16078/j.tribology.2022105