Техника - молодёжи 1977-03, страница 22

дали. Подобное явление можно наблюдать в простом «домашнем» опыте со стеклянной пластинкой, стаканом \\ веревочкой. Сделайте петлю, накиньте ее на стакан, стоящий на пластинке, и попытайтесь, не нанося ущерба вашему хозяйству, придать ему движение. Стакан неплохо скользит по поверхности, хотя трение чувствуется. Если же увлажнить пластинку и дно стакана, они при движении слипнутся. внимательно оглядев испытуемые предметы, можно обнаружить даже царапины на трущихся плоскостях. При «промывке» с поверхности удаляются жир и прочие засоряющие вещества и остается чистый контакт стекло — стекло. Нарушить контакт трудней, чем вырвать кусочки стекла: так и возникают царапины.

В вакууме ювенильные поверхности трущихся узлов так плотно входят друг в друга, что между ними начинают действовать молекулярные силы, которые и приводят к заклиниванию механизмов.

Как же это получается: идеально гладкие поверхности входят друг в друга? Все верно, противоречия нет. Любая гладкая поверхность подобна под микроскопом лунному ландшафту, где впадины чередуются с кра-терообразными выступами. Благодаря им и происходит проникновение одного тела в другое.

В атмосфере Земли образование ювенильно чистых поверхностей почти невозможно. Молекулы газа, словно снежинки покрывают всю поверхность твердого тела. Покров этот достаточно надежен, и от него не так-то просто избавиться. Удерживается он за счет сил притяжения, действующих между частицами поверхности твердого тела и молекулами воздуха.

При соприкосновении с атмосферой у металла над ювенильной поверхностью образуются окислы, над ними — адсорбционные слои газов, воды и органических веществ. Получившийся «слоеный пирог» и играет роль смазки, предохраняет трущиеся части от заедания.

В вакууме же металл «беззащитен». Чтобы предотвратить схватывание трущихся деталей во время космического полета, конструкторы стали герметизировать агрегаты, наполнять объем, где расположены узлы, газом или паромасляным туманом. Решение не слишком удачное, ибо герметизация утяжеляет аппарат. Тут-то и вспомнили о сухом смазывании. Применялось оно еще в прошлом веке, пример тому — графитовые щетки на электродвигателях и генераторах. Теперь же в качестве твердых смазок используются такие искусственные материалы, как тефлон, полиэтилен, а также природный молибден. Но как ни хороши твердые смазки, потери на трение у них

все же на один-два порядка выше, чем у жидких.

Механизмы, работающие в вакууме, нашли применение не только в космических программах. В наши дни вакуум стал незаменимым спутником многих технологических процессов. Достаточно вспомнить ва-куумирование бетона, выпаривание влаги из пищевых продуктов, выплавку и прокатку высококачественной стали в вакууме и многое другое.

Трению узлов в разреженном пространстве при низкой температуре и прочих необычных условиях и был посвящен тот обычный эксперимент, когда трение исчезло на глазах исследователей...

Неслучайная случайность

В тот день сотрудники лаборатории долго не расходились по домам: пытались найти ошибку или как-то объяснить случившееся. Удалось это не сразу: нужно было получить стабильные результаты. Кроме того, исследователи хотели иметь более общую картину: ведь вначале образцы облучались атомами гелия. Приняли решение бомбардировать поверхность электронным пучком. Результаты обнадеживали: сила трения исчезла и в этом случае.

Чтобы объяснить — почему? — выдвинули гипотезу, которая пред- ⁾ полагала накопление в зоне контакта металл — диэлектрик одноименных зарядов. При взаимном отталкивании они могли разъединить трущиеся поверхности. Сняли заряды с помощью щеток. Аномальный эффект продолжал проявляться. Тогда начали «винить» газовую подушку. Может быть, в ней кроется объяснение феномена? Такая подушка может появиться за счет выделения водорода из органических соединений под действием облучения. Есть даже формула, по которой можно подсчитать необходимое для такой подушки газовыделение. Однако прямые масс-спектрометрические измерения показали, что количество водорода, образовавшегося из полиэтилена, значительно меньше предполагавшегося.

Не появились ли при электронной бомбардировке полимера жидкие продукты, которые и помогли смазыванию? Как выяснилось, причина не в этом. Эксперименты поставили прямо на испытуемых образцах. Их поверхности предварительно покрыли жидкими смазками. Определили, что жидкие смазки позволяют снизить коэффициент трения всего на несколько сотых. В случае же

эффекта аномально низкого трения он не превышал 1,5-Ю^-3.

Итак, ни одно, ни другое, ни третье. Что же происходит на самом деле? В результате долгой и напряженной работы ученые пришли к выводу, что в вакууме при одновременном действии облучения и трения в тонком поверхностном слое материала (порядка 100 ангстрем) происходит как бы залечивание многочисленных дефектов. Твердые вещества с неупорядоченной структурой переходят в упорядоченное состояние, которому соответствует минимальное межмолекулярное взаимодействие, обусловленное кристаллическим строением контактирующих тел.

Загадка исчезнувшей силы трения была раскрыта. Строго говоря, сила трения ^никуда не исчезала, а просто стала парадоксально малой, меньше чувствительности прибора.

24 октября 1972 года Комитет по делам изобретений и открытий зарегистрировал открытие Е. Духов-ского, В. Онищенко, А. Пономарева, А. Силина, В. Тальрозе. Неизвестное доселе явление получило название эффекта аномально низкого трения (АНТ).

Наука получила еще одно доказательство того, что трение — результат межмолекулярного взаимодействия, неимоверно сложного взаимодействия всех электронов и ядер одной молекулы со всеми электронами и ядрами другой.

Есть ли у открытия практическое приложение?

В статье Нурбея Гулиа «Дайте мне опору» («ТМ», 1975, № 2) автор отмечает громадное значение эффекта АНТ для создания «идеальных» подшипников. У таких подшипников практически нет потерь на трение, стало быть, они не изнашиваются. Конечно, условия, в которых проявляется эффект, необычны. Но как уже говорилось, многие машины и аппараты уже теперь работают в глубоком вакууме как на Земле, так и в космосе. И можно представить, что вместо масленок машины оснастят электронными пушками, создающими тонкий слой твердого вещества с улучшенными фрикционными характеристиками (электронная смазка?). Как только коэффициент трения возрастет, с помощью обратной связи подается сигнал, включается электронный пучок и происходит облучение трущейся поверхности. С уменьшением трения электронный поток прекращается.

Словом, эффект АНТ открывает большие возможности перед учеными и конструкторами машин и механизмов, работающих в тяжелых условиях вакуума. Причем энергия, которую затрачивают, чтобы создать электронный пучок, окупается результатом его действия.

20