A súrlódás és a kopás következménye

A súrlódás és a kopás következménye

Nincs kopás súrlódás nélkül. Azonban nem mindegy, hogy mennyi idő alatt és milyen mértékben történik az alkatrészek sérülése. Létezhet súrlódás kopás nélkül? A kérdés jó, azonban ahhoz, hogy ezt kiderítsük néhány dolognak utána kell járnunk.

Mi történik például az autóversenyek alatt? A Hungaroringen futó versenyautók gumiabroncsai és a pálya burkolata közötti súrlódás egyenlő, azonban különböző a kopásuk mértéke. Míg a gumikat többször is cserélik egy-egy verseny alatt addig az aszfalton szemmel nem látható a kopás mértéke.

A saját autónkkal is hasonlót tapasztalhatunk. Egy satufék vagy túl gyors startolás után a guminkról akár több milliméternyi is elfüstölhet, míg az úton a fekete csíkon kívül semmi nyomát nem látjuk sérülésnek, elhasználódásnak. Viszont egy nyári hőségben fordulhat a kocka. Az olvadt aszfalton centiméteres barázdát húzhat a fékező autó súrlódáskor, míg a kerékgumikon csak egy kis bitumenszennyeződés lesz.

Más a súrlódás és kopás aránya akkor is, ha a gumiabroncsunk zúzott kővel borított úton fut. Amíg aszfalton az általános gumik kb. 40 ezer kilométert bírnak ki, egy minőségi pedig mintegy 80 ezer kilométert, addig a murván 10 ezret sem.

Kimondhatjuk, hogy minél alacsonyabb a súrlódás annál jobb? Attól függ honnan nézzük. Az aszfalt és a gumiabroncs szempontjából igen. Azonban az autónk szempontjából nem. Ugyanis, ha nincs súrlódás akkor az autónk csak egy helyben áll. Ezt akkor is tapasztalhatjuk, ha hóban, csúszós útszakaszon felpörögnek, siklanak a kerekek, de a járművünk mozdulatlan marad, vagy a vizes, jeges útszakaszon, ahol sokkal hosszabbra nyúlik a fékút.

Mindezek alapján azt már biztosan kimondhatjuk, hogy a kopás és a súrlódás elválaszthatatlanok egymástól. Viszont azt is, hogy akkor is nőhet a kopás, ha mérsékeljük a súrlódást. Mert a kopás nagysága nemcsak a súrlódás erősségétől függ, hanem többi között az anyag ellenállóságától, üzemi hőmérsékletétől is. Azt is tudjuk, hogy a súrlódásra szükség van. A kopás elleni küzdelemben a súrlódáscsökkentésen alapuló eljárásoknak viszont vannak természetes korlátai, további sikereket csak sajátos módszerek alkalmazása eredményezhet. Ez igaz a bonyolultabb mechanikai rendszerekre is.

A súrlódás akkor jelenik meg, amikor két érintkező tárgy egymáshoz képest elmozdul. A súrlódási erő mindkét testnél az elmozduláshoz képest ellentétes irányú. Akár nyugalmi állapotban, akár elmozduláskor vagy állandó mozgás közben, a súrlódás minden esetben kopást eredményez, amely megváltoztatja a felület alakját, méretét, szerkezetét. Ennek súlyossága attól függ, milyen súrlódásformák (külső-belső, tapadó-csúszó-gördülő, száraz-folyadék-vegyes stb.) és kopásfajták (adhéziós, abráziós, eróziós, fáradásos, mechanikai-kémiai stb.) uralkodnak a konkrét alkatrészfelületek között az adott üzemi körülményeknél. Az is előfordul, hogy az alacsonyabb kopásállóságú alkatrészeknél amíg a súrlódás csekély, addig a kopás nagyságrendekkel intenzívebb. A súrlódó pár élettartamát mindig a gyengébb résztvevő határozza meg. A sérülést fokozhatja, hogy a lekopott törmelékek és azok oxidrétegeinek leválásai, illetve a levegővel hozott homokpórusok is erős felületi karcolódásokat, bemaródásokat és egyéb „tervezetlen” károsodásokat okozhatnak, csakúgy, mint a hőmérséklet pillanatnyi váltózásából eredő termikus repedések is.

Nyugalmi állapotban a kenőolaj lefolyása után az érintkező felületek, a megmunkáló szerszám nyomai, karcolások, repedések, kráterek egymásba nyomódnak így hegedéseket hoznak létre. A felület oxidálódhat, korrodálódhat, és elmozduláskor ez a réteg is leválhat, és mint csiszolóanyag, további sérüléseket hozhat létre. Az ütközések és dörzsölések közben a felületi hőmérséklet helyenként akár több száz fokig nőhet, újabb feszültségeket okozva, illetve az anyagok „meglágyítását”, kopásellenállóságának csökkenését, a kenőolaj elégését és a kenőképesség elvesztését okozva. Ezért a „száraz súrlódás” a kopás tekintetében a legkárosabb.

Mikor a kenőrendszer beindul, a súrlódó felületek között elkezd megjelenni a kenőanyag. Részben elválasztja a felületeket egymástól, így azok csak a nagyobb egyenetlenségeknél érintkezhetnek. Ekkor a kopás mértéke fokozatosan csökken. Ezalatt a kenőolaj saját minőségét feláldozva, lehűti az alkatrészeket, és a súrlódó zónából „kimossa” és elszállítja az elkopott és a felületet dörzsölő szennyeződések egy részét. Végül a súrlódó felületek közötti kenőolajjal betöltött rés akkorára nőhet, hogy a felületek közvetlen érintkezése megszűnik, a súrlódás lényegesen csökken. Azonban a fellépő nyomást, ami a kenőolajfilmben létrejön és igen kis területen koncentrálódik, a felületeknek is el kell tudniuk viselni. A leggyengébb pontjai a repedések, karcolások, kráterek és más sérülések, ahol a nagy nyomású olaj hidrodinamikus ékként viselkedik (Rebinder effektus). Ezeknek a számát a súrlódó felületek közé folyamatosan bekerülő idegen anyagok növelik.

Ráadásul az elválasztó filmréteg, például a hirtelen nagy terhelésnek kitett gépszerkezet rezgéséből adódó ütés, vagy az olajnyomás csökkenés miatt, állandóan sérülhet, ezáltal súlyos kenési zavar, illetve kopás keletkezhet. Így kijelenthető, hogy a súrlódáscsökkentő szerek, és adalékok alkalmazása gyakran kevésbé vagy egyáltalán nem befolyásolja, sőt növelheti is a kopás értékét. Ezért az alkalmazandó szer kiválasztását mindig egyeztetni kell az elérni kívánt céllal.

Ha a hungaroringes példánál maradunk, akkor ott az abszolút végsebesség, a motor lóerejének növelése, nem az alkatrészek megóvása a cél. Ezért az alkatrészeket lehetőleg „puhább”, kedvezőbb súrlódási tulajdonságú anyagokból gyártják, néha ráadásul olyan súrlódáscsökkentő olajadalékokat használnak, amelyek kémiai-fizikai úton kiválóan enyhítik a felületi egyenetlenségeket, ezzel még jobban – igaz, a hézagok növelésével – „nemesítik” és simítják a felületeket. Nem ritka, hogy egy-egy verseny után tömeges alkatrészcsere következik. De a gép élettartama, üzemanyag fogyasztása, ára, karbantartási költsége ebben az esetben sokkal kevésbe fontos, mint az elnyert pár század vagy tized másodperc. A hétköznapokban ez azért nem így van.

A kopás szempontjából a legkritikusabb idő a gép indítása és leállítása. A működés, használat közbeni időszakban előfordulható vész tényezők és zavarások egyidejű hatása akár katasztrofális kárt is okozhat, többi között az alkatrészek berágódási, morzsolódási vagy összehegedési formájában. Tehát a súrlódást mérséklő eljárások elég szűk hatásúak a kopás lelassítására. Annak valódi kiküszöbölése csak a súrlódó felületek kopásállóságának erősítésével, valamint az elkerülhetetlen, folytonosan megjelenő sérüléseinek állandó felújításával érhető csak el kellőképpen. Erre a többirányú hatásra a nanotechnológia alkalmazásával kifejlesztett remetallizáló-fémfelújító RiMET termékek, kopásgátlók képesek.