Exchange interaction and models of contact generation of disturbances in tribosystems

Abstract

The physical mechanisms have been investigated that form and transform the corpuscular-vortex-wave thermal complexes of disturbances in contact tribosystems based on the quantum-mechanical exchange interaction. The presence of a contact gap determines the generation of pairs of quasi-particles-disturbances stabilized by wavelength and frequency. Internal instability and collapse processes in such a system of disturbances lead to the formation of defects in a tribopair's material and underlie the emergency friction regimes. This paper gives specific technical examples of the generation of thermal complexes at fretting, during the friction of sliding and rolling, and at cutting. It has been established that the destructive nature of the process of fretting at low values of reverse sliding speeds is caused by the generation and collapse of the corpuscular-vortex-wave thermal complexes. An example of acoustic friction emission in the ultrasonic region of the spectrum has been used to show the quantum nature of the disturbances generated by friction. The high-frequency spectrum of acoustic emission corresponds to the unbalanced composition of the disturbances and leads to the formation of wear particles. The exchange interaction in a tribosystem involving rolling on the plane has been considered. The results of statistical analysis of such rolling showed the existence of the effect of negative friction caused by the quantum generation of longwave disturbances. It has been demonstrated that the collapsed component of the generation of disturbances is significantly increased under the modes of materials destruction, including when cutting the materials. The corpuscular-vortex-wave mechanism of selective transfer and hydrogen wear in tribosystems has been described. It is shown that the properties of a servovite film under the mode of selective transfer are provided by the collapse processes in the system of disturbances. Similar processes at the vortex-wave transfer of hydrogen atoms in metals lead to the wear and destruction of the surface layer of friction.

-

Розглянуто фізичні механізми утворення і трансформації корпускулярно-віхрехвильових термокомплексів збуджень в контактних трибосистемах, засновані на квантово-механічній обмінній взаємодії. Наявність контактного розриву двох термостатів з різними знаками абсолютної температури визначає генерацію пар квазічастинок-збурень, стабілізованих по довжині хвилі і частоті. Внутрішня нестійкість і колапсні процеси в такій системі збурень ведуть до дефектоутворення в матеріалі трибопари і є причиною аварійних режимів тертя. Наведено конкретні технічні приклади генерації термокомплексів при фреттингу, терті ковзання і кочення, різанні матеріалів. Встановлено, що руйнівний характер процесу фреттингу при низьких значеннях швидкостей реверсивного ковзання обумовлений генерацією і колапсом корпускулярно-віхорхвильових термокомплексів. На прикладі акустичної емісії тертя в ультразвукової області спектру показаний квантовий характер збурень, що генеруються тертям. Високочастотний спектр акустичної емісії відповідає нерівноважному складу збурень і призводить до формування частинок зносу. Розглянута обмінна взаємодія в трибосистемі з коченням тіла по площині. Результати статистичного аналізу такого кочення показали наявність ефекту від`ємного тертя внаслідок квантової генерації довгохвильових збурень. Показано, що колапсна складова генерації збурень значно посилюється в режимах руйнування матеріалів, в тому числі при різанні матеріалів. Описано корпускулярно-віхорхвильовий механізм вибіркового перенесення і водневого зношування в трибосистемах. Показано, що властивості сервовітної плівки в режимі вибіркового перенесення забезпечуються колапсними процесами в системі збурень. Аналогічні процеси при віхрехвильовому перенесенні атомів водню в металах призводять до зношування і руйнування поверхневого шару тертя.