PRACE WYBRANE: Spis treści Wojskowy Instytut Techniki Pancernej i Samochodowej (WITPiS) Wyższa Szkoła Inżynierska Radom Polskie Towarzystwo Tribologiczne   Płk w st. spocz. prof. dr hab. inż., dr hc. Ryszard Marczak Marczak Ryszard Józef urodził się 16 czerwca 1927 roku w Wicherniku pow. Wieluń. Studia wyższe odbył na Wydziale Chemicznym Politechniki Gdańskiej w latach 1947-1952. Doktorat obronił na Wydziale Budowy Maszyn Politechniki Poznańskiej w 1971r.; kolokwium habilitacyjne - tamże w 1978r.; Tytuł profesora nadzwyczajnego uzyskał w październiku 1983r. Od 1992r. jest profesorem zwyczajnym Politechniki Radomskiej (stanowisko). W 1999r. - dr h.c. Dońskiego Państwowego Uniwersytetu Technicznego w Rostowie nad Donem, FR. Prace zawodowa rozpoczął w 1949r. jako nauczyciel fizyki, następnie młodszy asystent w Zakładzie Fizyki Politechniki Gdańskiej. Od 16.08.1952 do 1.11.1983 był zatrudniony w wojsku, w tym: 4 lata w Dowództwie Warszawskiego Okręgu Wojskowego w Wydziale Materiałów Pędnych i Smarów jako kierownik Sekcji Technicznej i 27 lat w Wojskowym Instytucie Techniki Pancernej i Samochodowej. Irena Marczak W Politechnice Radomskiej pełnił: od 1983r. funkcje dyrektora Centrum Uczelniano-Przemysłowego Eksploatacji Pojazdów i Maszyn, od 1986r. - dyrektora Instytutu Eksploatacji Pojazdów i Maszyn, od października 1999r. jest zatrudniony na stanowisku profesora zwyczajnego. W latach 1974-1978 jako Przewodniczący Zespołu Problemowego ds. Ochrony przed Korozja, przy UGM kierował opracowaniem ,,Raportu o stanie ochrony przed korozją w Polsce oraz dwoma projektami państwowych aktów normatywno-prawnych z tej dziedziny. Jest autorem (współautorem) ponad 200 publikacji (w tym 35 za granica). Wypromował 21 doktorów nauk technicznych. Jego zainteresowania naukowe koncentrują się na badaniach zjawisk i procesów zachodzących na powierzchni ciała stałego, prowadzących do chemicznego lub mechano-chemicznego niszczenia ciała jako materiału oraz na zapobieganiu niszczącym skutkom tych procesów (tribologia, ochrona przed korozja, inżynieria powierzchni). Oryginalnym osiągnięciem prof. Ryszarda Marczaka jest koncepcja wspólnej genezy tribologii i korozji, co pozwala na wykorzystanie formalnego aparatu fizykochemii do opisu procesów tribologicznych. Zainicjował organizacje szkół tribologicznych w Polsce, które przyczyniły się do rozwoju tribologii jako nauki; jest wieloletnim Przewodniczącym Zespołu Tribologii Sekcji Podstaw Eksploatacji KBM PAN. Jest członkiem kilku organizacji naukowych i technicznych, w tym: Członkiem Akademii Problemów Jakości Federacji Rosyjskiej. Jest członkiem rad programowych: Zagadnień Eksploatacji Maszyn, Tribologii, inżynierii Powierzchni oraz członkiem - założycielem Polskiego Towarzystwa Tribologicznego. Prof. Ryszard Marczak otrzymał wiele nagród i wyróżnień za prace naukowo-techniczną, badawczą i organizacyjną m. in.: - kilka nagród zespołowych MON, w tym za przystosowanie silników wysokoprężnych W2 do pracy na wielu paliwach; otrzyma również Złoty Krzyż Zasługi, Krzyż Kawalerski i Oficerski Orderu Odrodzenia Polski oraz Medal Edukacji Narodowej. Prace wybrane Spis treści ZUŻYCIE TRIBOLOGICZNE JAKO MECHANOCHEMICZNY PROCES NISZCZENIA METALI l. Wprowadzenie 2. Oddziaływanie środków smarowych z powierzchnią metali 3. Eksploatacyjna warstwa wierzchnia (EWW) 4. Zakończenie 5. Literatura OCHRONA PRZED KOROZJĄ W PRACACH WITPiS - WCZORAJ I DZIŚ l. Wprowadzenie 2. Charakterystyka przeciwkorozyjnej działalności WITPiS w dobie gospodarki sterowanej centralnie 2.1. Stan ochrony przed korozją w powojennej Polsce 2.2. Rola WITPiS w rozwoju metod zabezpieczania UiSW przed korozją 3. Transformacja gospodarcza w Polsce a stan ochrony przed korozją w wojsku 3.1. Uwarunkowania prawne 3.2. Dostosowywanie metod OPK UiSW do standardów NATO 3.3. Rozwój metod czasowej OPK uzbrojenia i sprzętu wojskowego 4. Wnioski BADANIA MATERIAŁÓW TRIBOLOG1CZNYCH 1. WPROWADZENIE 2. FIZYKOCHEMICZNE l TR1BOLOGICZNE WŁAŚCIWOŚCI MATERIAŁÓW 3. STRUKTURA A WŁASNOŚCI MATERIAŁÓW 4. BADANIA TRIBOLOGICZNYCH WŁAŚCIWOŚCI MATERIAŁÓW 5. PODSUMOWANIE 6. ZAKOŃCZENIE 7. LITERATURA TRYBOLOGIA l. Wprowadzenie 2. Geneza i przedmiot trybologii 3. Tarcie a smarowanie 4. Problemy materiałowe w trybologii 4.l. Funkcja i struktura systemu trybologicznego 4.2. Właściwości użytkowe materiałów systemu trybologicznego 4.3. Rola smaru w parze trącej maszyny 4.4. Kryteria oceny materiałów systemu trybologicznego 5. Kierunki rozwoju trybologii 6. Literatura TRYBOLOGIA JAKO NAUKA - KIERUNKI I PERSPEKTWY JEJ ROZWOJU 1. Wprowadzenie 2. Geneza i przedmiot trybologii 3. Stan trybologii w Polsce 4. Kierunki i perspektywy rozwoju trybologii 4.1. Kadra naukowa i techniczna 4.2. Placówki naukowo badawcze 4.3. Kierunki rozwoju trybologii 5. LITERATURA S Ł O W O    O    E K S P L O A T A C J I l. Tribologia 2. Niezawodność 3. Eksploatacja 4. Diagnostyka 5. Zakończenie 6. Rysunki Rys.1. Trzy fazy występowania obiektu technicznego. Rys.2. Model topologiczny usytuowania problematyki eksploatacji wśród innych nauk. Rys. 3. Schemat powiązań tribologii i tribotechniki z innymi naukami. Rys. 4. Model hierarchicznego układu struktur materii. WARSTWA WIERZCHNIA. WSPÓŁCZESNY STAN WIEDZY I KIERUNKI PRZYSZŁYCH BADAŃ 1. WPROWADZENIE 2. MODELE WARSTWY WIERZCHNIEJ 3. PODSUMOWANIE 4. WNIOSKI 5. LITERATURA PRAWDA w BADANIACH NAUKOWYCH 1. WPROWADZENIE 2. Podstawowe pojęcia 3. Metoda naukowa 4. Przykłady Podsumowanie Bibliografia

*ZUŻYCIE TRIBOLOGICZNE JAKO MECHANOCHEMICZNY PROCES NISZCZENIA METALI R. Marczak Instytut Eksploatacji Pojazdów i Maszyn Politechniki Radomskiej, 26-600 Radom ul. Chrobrego 45 słowa kluczowe: styk tarciowy, zużycie, smarowanie, eksploatacyjna warstwa wierzchnia Streszczenie: W pracy przedstawiono potrzebę łącznego rozpatrywania wpływu wymuszeń mechanicznych i chemicznych na zużycie tribologiczne oraz konstytuowanie się na roboczych powierzchniach par trących warstw ochronnych tzw. - eksploatacyjnej warstwy wierzchniej. Abstract: The paper presents necessity of global consideration of mechanical and chemical inputs influence on tribological wear and constitution of protective layers so-called - service generated layer on working surfaces of friction pairs. *Praca publikowana : Ochrona przed korozją (Wydanie specjalne) XLII, 496-503 (1999)   1. Wprowadzenie Problemy tarcia i zużycia towarzyszą rozwojowi cywilizacji ludzkiej prawie od jej zarania. Skutki tarcia zmniejszające trwałość wyrobów metalowych wytworzyły potrzebę zmniejszania zużycia. Ta potrzeba jest nadal aktualna, a jej zaspokajanie polega głównie na smarowaniu kinematycznych węzłów maszyn, podwyższeniu twardości tych elementów, które stanowią najsłabsze ogniwo i decydują o trwałości maszyny oraz stosowaniu ogromnej liczby indywidualnych rozwiązań konstrukcyjnych, materiałowych i technologicznych. Towarzyszy temu bardzo bogata infrastruktura naukowa, badawcza, normalizacyjna, materiałowa itp. W bardzo bogatej literaturze tribologicznej występują co prawda publikacje dotyczące łącznego oddziaływania wymuszeń tribologicznych i korozyjnych na niszczenie metali, natomiast do rzadkości należą prace traktujące o synergiźmie tego współoddziaływania. Potrzebę uwzględniania wpływu przemian chemicznych zachodzących w obszarze tarcia na zużycie bardzo wcześnie dostrzegł prof. Michał Śmiałowski. W 1975 r. zorganizował Seminarium "Niektóre aktualne problemy chemicznego i mechano-chemicznego niszczenia metali". Zaproponował mi wygłoszenie referatu traktującego o problematyce rodzącej się wtedy nowej dyscypliny naukowej - tribologii [l]. Kolejne moje wystąpienie na forum korozyjnym z tematem tribologicznym miało miejsce podczas IV Krajowej Konferencji Korozyjnej "KOROZJA' 93" w Warszawie. W referacie omawiałem fizykochemiczne podstawy tribologii oraz wyprowadziłem genezę obydwu tych nauk tj. korozji i tribologii [2] z pojęcia systemu fizykochemicznego zdefiniowanego w [3,4]. Procesy korozyjne cechują rozliczne procesy fizyczne i chemiczne wymiany masy (sorpcja, dyfuzja, utlenianie itp.), wymuszane wymianą energii cieplnej pomiędzy metalem a środowiskiem; w procesach tribologicznych pomiędzy elementami systemu zachodzi dodatkowo wymiana energii na sposób pracy. Transformowana energia kinetyczna powoduje powstanie nowego procesu niszczenia materiałów - zużycia. Procesy korozji i zużycia mogą zachodzić równocześnie, wzajemnie się wzmacniać lub zmniejszać. Jak wynika z powyższego nie ma wyraźnej granicy pomiędzy obszarami nauk - korozji i tribologii. Istnieje pewien obszar wspólny, do którego zalicza się: pitting, erozję (i jej gazową, wysokotemperaturową odmianę - ablację), kawitację, freeting korozję itp. Wydaje się, że do tego zbioru należy włączyć zużycie tribologiczne, szczególnie w aspekcie zmniejszania go na skutek smarowania. Oddziaływaniem środków smarowych z powierzchnią metalu będę zajmował się w dalszej części mojego wystąpienia. Tytuł referatu częściowo nawiązuje do nazwy seminarium pana prof. M. Śmiałowskiego. 2. Oddziaływanie środków smarowych z powierzchnią metali Na temat zawarty w tytule rozdziału wykonano wiele tysięcy prac, opublikowano natomiast znacznie mniej (lub niepełnie). Stan ten wynika z faktu, że najbogatsze laboratoria koncernów naftowych takich informacji raczej nie publikują. Uszlachetnianie olejów ma stosunkowo krótką historię; można ją datować od roku 1922, kiedy to dwaj Francuzi Maureau i Düfraise stwierdzili, że pewne związki chemiczne zwiększają trwałość użytkową olejów. Pierwsze dodatki do olejów wyprodukowano na skalę przemysłową w 1935r. pod nazwą "Castrol". Dzisiejsze oleje silnikowe mogą zawierać do 30 procent dodatków uszlachetniających. Do najważniejszych procesów obszaru tarcia należą: a) utlenianie powierzchni (lub powstawanie na niej innych związków chemicznych), b) adsorpcja i chemisorpcja, c) docieranie. Skutkiem tych procesów jest uplastycznienie warstwy wierzchniej i wytworzenie na jej powierzchni tzw. warstwy granicznej. Zainteresowanych odsyłam do prac zawartych m.in. w [5-13]. Tutaj przedstawię skrótowo rolę utleniania i sorpcji w procesie tarcia. Szczególną rolę w procesie tarcia odgrywają warstwy tlenkowe. Powszechnie przyjmuje się, że zarówno warstwy tlenkowe, jak i warstwy sorbowane zmniejszają wartość więzi tarciowej trących się powierzchni wskutek ograniczenia głębokości wzajemnego oddziaływania tych ciał do obszaru stref przypowierzchniowych [5]. J.J. Caubet i C. Amsallem [7] uważają, że fakt powstawania warstw tlenkowych umożliwia działanie urządzeń mechanicznych. Bez warstw tlenkowych współczynnik tarcia metali osiągnąłby olbrzymie wartości i np. "koło lokomotywy nawijałoby szynę na swoją obręcz". B. I. Kostecki [8] uważa, że proces zużywania (usuwania) warstw tlenkowych i ciągłego ich odtwarzania jest naturalnym procesem zużycia trących się metali. W pracy [9] wykazał on, że podczas normalnego zużycia metali na powierzchni trących powstają tzw. "wtórne struktury" dwóch typów: - pierwszego - plastyczne, homogeniczne, łatwo przemieszczające się po powierzchni tarcia, - drugiego - bardziej wytrzymałe, mniej plastyczne, dobrze zwilżalne środkami smarnymi. Zjawiska sorpcji fizycznej i chemicznej mogą występować oddzielnie lub razem, przy czym sorpcja fizyczna poprzedza sorpcję chemiczną. Sorpcja fizyczna jest procesem odwracalnym, natomiast chemiczna może zachodzić w części w sposób nieodwracalny [10]. Stwierdzono, że metale, których powierzchnie posiadały nalotowe warstwy tlenków sorbowały kwas n- nonadekanowy proporcjonalnie do wzrostu jego stężenia. Procesy sorpcyjne można rozpatrywać także w ujęciu termodynamicznym. Zagadnienie sprowadza się do analizy zmian potencjału termodynamicznego układu: metal - ciecz smarna, rozpatrywanego jako układ reagujących ze sobą ciał: sorptyw + sorbent ® sorbat Zależność sorpcji od stężenia sorptywu i jego aktywności (na znanej ilości sorbentu) określa równanie izotermy van't Hoffa, które można przedstawić następująco [14,15]: DG = -RT ln Ka + RT ln m ; (1) gdzie: DG - zmiana potencjału termodynamicznego układu, Ka - stalą równowagi chemicznej, niezależna od zmiany stężeń reagentów; m - stosunek aktywności lub stężenia produktów sorpcji (sorbatu) do aktywności lub stężenia jej substratów(sorptywu i sorbentu); R - stała gazowa; T - temperatura w skali bezwzględnej. Izotermę van't Hoffa można po przekształceniu przedstawić w postaci: DG = RT ln( m/Ka) ; (2) Równanie izotermy umożliwia przewidywanie kierunku przebiegu sorpcji w określonych warunkach. W stałej temperaturze i w przypadku stałego stężenia aktywnych składników środka smarowego (dla m < Ka) zmiana potencjału termodynamicznego ma wartość ujemną (DG < 0). Reakcje sorpcji przebiegają samorzutnie w kierunku powstawania produktów sorpcji (sorbatu). Analiza procesów sorpcji w ujęciu termodynamicznym pozwala na wyciągnięcie bardzo istotnego wniosku. Chodzi tu o stwierdzenie, że zmniejszenie potencjału termodynamicznego układu: metal - warstwa graniczna, będące efektem zjawisk sorpcyjnych, musi przejawiać się także w zmniejszeniu stanu naprężeń w powierzchniowej strefie warstwy wierzchniej. W wyniku omówionych powyżej procesów utleniania i sorpcji powstają na powierzchniach metali trwałe i wytrzymałe warstewki, złożone z zaadsorbowanych cząsteczek powietrza i wilgoci, polarnych cząsteczek związków organicznych, pochodzących ze środka smarnego oraz produktów ewentualnych przemian chemicznych, zachodzących w tym obszarze (katalityczny wpływ metali), nazywane w literaturze ze względu na tworzenie się na granicy faz metal - otoczenie - warstwami lub filmami granicznymi. Budowa warstwy granicznej ma charakter uporządkowany, przypominający krystaliczną budowę ciała stałego. Z tego względu nazywa sieją niekiedy quasikrystaliczną. Grubość filmu granicznego i gęstość upakowania cząsteczek adsorbatu nie są jednakowe we wszystkich punktach powierzchni, lecz zależą od stanu energetycznego i kształtu mikroelementów tej powierzchni. Pewną rolę odgrywa tu także rodzaj adsorbatu. sposób wiązania jego cząsteczek z podłożem i kąt orientacji ich momentów dipolowych. Miarą "upakowania" warstwy granicznej może być lokalna wartość potencjału międzyfazowego (Rys. l). Rys. l. Zależność potencjału międzyfazowego od stopnia koncentracji molekuł i kąta ich momentów dipolowych [13] Fig. l. Dependence of interfacial potential on degree molecules concetration and angle oftheir dipole moments Przedstawiony wyżej model warstwy granicznej, uwarunkowań jej powstawania i opis własności jest w zasadzie użyteczny do dnia dzisiejszego. W takim ujęciu nie jest łatwo "przyswajalny" przez konstruktorów, technologów i użytkowników maszyn. 3. Eksploatacyjna warstwa wierzchnia (EWW) Na potrzebę wprowadzenia pojęcia eksploatacyjna -warstwa wierzchnia zwracał uwagę - chyba jako pierwszy - profesor StefanZiemba.Starał się jezaszczepićtribologompodkreślającwdyskusjach: - "Przecież w eksploatacji, po tarciu będzie tam (tj. w obszarze tarcia) zupełnie coś innego niż było na początku". Potrzeba taka wynikała także z analizy procesu docierania przeprowadzonej w pracy R. Marczaka [16]. J. Kaczmarek wprowadza określenie technicznej warstwy wierzchniej i sugeruje potrzebę wprowadzenia innych pojęć, między innymi - strefy nadpowierzchniowej [17]; T. Burakowski rozróżnia techniczną i fizyczną warstwę wierzchnią i je definiuje (podobnie jak wprowadzone przez siebie pojęcie technologicznej warstwy wierzchniej) [ 18,19]. Eksploatacyjna warstwa wierzchnia powstaje w procesie docierania z udziałem środka smarowego. Na skutek sorpcji i chemisorpcji aktywnych cząstek smaru zmniejsza się energia powierzchniowa metalu, czego skutkiem jest uplastycznienie warstwy wierzchniej pary trącej. Sprzyja to wzajemnemu "dopasowaniu się" jej roboczych powierzchni, a więc - dotarciu. Wg R. Marczaka [16,20] bardzo złożony proces, jakim jest "docieranie", można podzielić na dwa prostsze, tj. na: Proces wzajemnego dopasowywania się geometrycznych kształtów współpracujących powierzchni, polegający na intensywnym ścieraniu lub plastycznym odkształceniu występów ich makronierówności, kończący się z chwilą, gdy wielkość pola konturowej powierzchni styku (Ak), zrówna się z wielkością pola nominalnej powierzchni styku (An). Można to zapisać: Ak ® An Proces powstawania na powierzchni roboczej ciał trących warstwy tlenków lub innych związków metali (siarczków, chlorków itp.; lub w przypadku żeliwa - warstwy grafitu), prowadzący do zmniejszenia wielkości udziału powierzchni styku metal - metal (a) w rzeczywistej powierzchni styku suchego, co przejawia się uzyskaniem niższej i po dotarciu - stałej wartości współczynnika tarcia (µ). Kierunek tego procesu można więc zapisać następująco: (a, m) ® (0; m = const) Para trąca jest dotarta, gdy: Ak = An i µ = const. Omówione powyżej procesy na ogół zachodzą równocześnie, współoddziaływują i nakładają się na siebie. Wyróżnia się cztery modelowe przypadki różniące się rodzajem tarcia lub budową warstwy wierzchniej współpracujących części (rys. 2) [21]. W wyniku współpracy obu trących powierzchni obserwuje się dla stałych, zadanych wartości p, v i T w maszynie tarciowej jeden z trzech możliwych przypadków przebiegu zależności p = f (t). Pokazano je na rysunku 3. Możliwość (zobrazowana charakterystyką c) tzw. "docierania się" pary trącej jest korzystnym przejawem (skutkiem) przebiegu procesu tribologicznego. W wyniku dotarcia powstaje eksploatacyjna warstwa wierzchnia, której model pokazano na rysunku 4. Rys.2. Współpracujące elementy systemu tribologicznego (ST); a, b - na początku współpracy, c, d - podczas normalnej eksploatacji, a, c - tarcie płynne; b, d - tarcie mieszane [21] Fig.2. The co-operate elements of tribological system (ST); a, b - in the earły stage ofco-operation; c, d - during the normal exploitation; a, c - liquid friction, b, d - mixed friction [21] Rys.3. Zmiany przebiegu zależności µ = f(t): a - wzrost wartości µ prowadzący do zatarcia, b - µ = const, c - przykład docierania się pary [16] Fig.3. The change ofthe dependence µ = f(t): a - increase of µ value leading to the seizure, b - µ = const, c - example of running-in of the friction pair [16] Rys.4. Makroskopowy model pary trącej [22] 1,11 - materiały konstrukcyjne, III - "ciało pośredniczące": 1,7- strefa związków chemicznych (np. tlenków), 2,6- monomolekularna strefa związków chemisorbowanych, 3, 5 - wielomolekularna strefa sorbowana fizycznie, 4 - strefa dynamiczna (olej) Fig.4. Macroscopic model offriction pair [22] I, II - constructional materials, III - intermediary medium: 1,7- zone of chemical compounds (e.g. oxides) 2, 6 - monomolecular zone of chemisorbe compaund, 3, 5 - multimolecular zone of physisorbe compaund, 4 - dynamic zone (oil) Założono, że w eksploatacyjnej warstwie wierzchniej występują trwale związane związki chemiczne i chemisorbowane na metalu (bezpośrednio lub np. przez tlenki).] Przemiana technologicznej warstwy wierzchniej (TWW) w eksploatacyjną warstwę wierzchnią (EWW) zachodzi w strefie tarcia pod wpływem wymuszeń (p, v, T) przy udziale aktywnych składników materiału smarowego (MS) w atmosferze powietrza: TWW   wymuszenia (p, v, T)   ® EWW ľľľľľľľľľ MS (dodatki), atmosfera) Przedstawiona wyżej definicja EWW odzwierciedla istniejący, deterministyczny pogląd na związki występujące pomiędzy działaniem czynników zewnętrznych a reakcją materiału. W. Leszek podkreśla, że "możliwość przewidywania reakcji struktury na działanie otoczenia i sterowanie tą reakcją przez odpowiednie ukształtowanie struktury stanowi o możliwości zakwalifikowania dowolnego obiektu fizycznego do grupy materiałów" [23]. Identyfikacji rodzaju tarcia występującego w danej chwili w węzłach trących można dokonywać za pomocą pomiaru wartości rezystancji elektrycznej strefy styku elementów tego węzła. J. Guzik w opracowanej metodzie [24] uwzględnia jednoczesny wpływ nacisku jednostkowego oraz prędkości ślizgania na granicę występowania tarcia mieszanego. Uzyskał w ten sposób nowe narzędzie porównywania systemów tribologicznych. Badania tarciowe przeprowadził w maszynie MT-1. Każda krzywa (rys.5.) jest zbiorem punktów odpowiadających stałej, umownie wysokiej, wartości rezystancji elektrycznej. Badania rozpoczyna się przy małej prędkości ślizgania; dla zadanego nacisku jednostkowego dokonuje się pomiaru rezystancji elektrycznej, po czym zwiększa się nacisk aż do momentu, w którym nastąpi "przebicie" warstwy granicznej (dielektryka). Powrót do pierwotnej (wyjściowej) wartości rezystancji wymaga zwiększenia prędkości ślizgania (wzrostu udziału tarcia płynnego). Wyznaczanie kolejnego punktu odbywa się w podobny sposób. Rys.5. Porównanie granic rodzajów tarcia dla modelowego ST MT-1 z olejem smarowym [24]; a - bazowym, b, c - z dodatkami smamościowymi; b - bez docierania, c - po 24 h docieraniu (p = 24 MPa, v = 0,38 m/s) Fig.5. The comparison of the limit offriction type for model of tribological ST MT-1 with lubricating oil [24]; a - base, b, c - with lubricate additieves, b - without running - in stage, c - after 24 h running - in stage (p = 24 MPa, v = 0,38 m/s) Zależności pokazane na rysunku 5 potwierdzają zasadność posługiwania się modelem EWW. Wynika z nich, że: - dodatki smamościowe (przeciwzużyciowe oraz przeciwzatarciowe) powodują przesunięcie granicy rodzajów tarcia w stronę większych wartości nacisków jednostkowych i mniejszych wartości prędkości w porównaniu z olejem bazowym nie zawierającym aktywnych substancji. Fakt ten należy tłumaczyć szybko zachodzącą chemisorpcją lub reakcją chemiczną aktywnych składników oleju (dodatków) z atomami na powierzchni metalu; - docieranie węzła tarcia z olejem zawierającym aktywne składniki powoduje dalsze przesunięcie granicy rodzajów tarcia w stronę większych wartości nacisku jednostkowego od 12 MPa do około 50 MPa (jak widać na rysunku) oraz ostre załamanie linii granicznej. Świadczy to o wykorzystaniu potencjalnych możliwości danego zestawu aktywnych składników do trwałego wiązania się z powierzchnią metalu. Podczas docierania usuwane są z powierzchni związki słabiej wiązane, a ich miejsce na powierzchni zajmują związki organiczne łączące się silniejszymi wiązaniami. Zgodnie z termodynamiczną regułą przekory tworzącą się EWW cechuje zdolność zmniejszania skutków zadawanych bodźców. Zewnętrznym przejawem takiego biegu procesu są obserwowane w maszynach tarciowych ewolucyjne zmiany wartości współczynnika tarcia (µ), intensywności zużycia (Iz) i stosowne do nich zmiany chropowatości powierzchni (Ra); zmiany te są odpowiedziami systemu obserwowanymi w skali makro, w skali mikro odpowiedzią systemu jest zmiana składu chemicznego warstwy wierzchniej. Autorzy pracy [25] omawiają m.in. konstytuowanie i badania EWW. Badania procesu konstytuowania się EWW przy ruchu posuwisto-zwrotnym przeprowadzono za pomocą maszyny tarciowej 77 MT-1 [26] pokazanej na rys.6. Rys.6. Schemat kinematyczny maszyny 77MT-I; l - próbka, 2 - przeciwpróbka, 3 - sanie robocze, 4 - prowadnica, 5 - głowica, 6 - cylinder roboczy, 7 - dźwignia obciążenia, 8 - zaczep, 9 - układ korbowy, 10 - reduktor, 11 - sprzęgło, 12 - silnik napędowy, 13 - smarownica, 14 - element grzejny, 15 - obciążnik, 16 - zbiornik środka smarnego Fig.6. Kinematic scheme of friction machine 77MT-I; l - sample, 2 - countrsample, 3 - slider, 4 - slide, 5 - head, 6 - piston, 7 - weight lever, 8 - joint, 9 - crank system, 10 - gear box, 11 - ciutch, 12 - driving motor, 13 - lubricator, 14 - heating element, 15 - wieght, 16 - oil tank Maszyna ta służy do prowadzenia badań tribologicznych symulujących współpracę pary: tuleja - pierścień tłokowy silnika spalinowego. Próbki do badań stanowiły - wycinek żeliwnej tulei cylindrowej w skojarzeniu z chromowanym pierścieniem. Badania tarciowe przeprowadzono stosując zmienne obciążenia pierścienia (max do 200 N) przy stałej liczbie skoków ruchu roboczego - 100 na minutę; czasokres próby 100 h. Smarowanie - olejem silnikowym z dodatkiem X. Wyniki zmian intensywności zużycia i parametru chropowatości R, przedstawiono na rys. 7. Rys.7. Ewolucyjne zmiany parametru Ra i intensywności zużycia tulei żeliwnej Fig.7.Evolutional changes of Ra parameter and wear intensity of castiron cylinder sleeve Badania są długotrwałe. Zwraca uwagę fakt, że wartość I; ustabilizowała się dopiero po 500 h pracy maszyny. Badania składu chemicznego EWW wytworzonej na roboczych powierzchniach pary trącej przeprowadzono metodą FT1R w Instytucie Technologii Eksploatacji w Radomiu. Analiza widm odbiciowych FT1R po pierwszym 100 h okresie pracy wykazała na powierzchni próbek i przeciwpróbek (pierścieniach), że: - w widmach powierzchni próbek są dość małe piki (max 2-3% transmisji); w widmach powierzchni pierścieni piki są znacznie większe (max 5-40% transmisji); - w widmach tulei i pierścieni występuje charakterystyczny szeroki pik wiązań wodorowych; - wszystkie widma wykazują obecność różnych tlenowych związków organicznych; różnice widm z różnych punktów tych samych próbek świadczą o zróżnicowanym składzie ilościowym EWW w poszczególnych obszarach. Różnice wielkości pików pomiędzy widmami powierzchni próbek i pierścieni świadczą o znacznie intensywniejszym wiązaniu się związków organicznych z powierzchnią pierścieni. Wynika to prawdopodobnie z różnej gęstości energii tarcia przypadającej na jednostkę powierzchni obu tych partnerów. Stan "wysycenia" zostaje więc najpierw osiągnięty na pierścieniu, dopiero później na gładzi cylindra. Badania składu chemicznego EWW trwają. Dzisiaj można tylko domniemywać, że ustabilizowanie się wartości intensywności zużycia po piątym 100 h cyklu pracy tarcia świadczy, że podobny stan "wysycenia" zaszedł także na powierzchni wycinka tulei. 4. Zakończenie Badania dotyczące zużycia i własności ochronnych warstwy tworzonej na roboczych powierzchniach pary modelowej maszyny tarciowej 77 MT-1 dowiodły, że procesy chemiczne aktywowane są tarciem. Stwierdzono, że na skutek silnej zależności pomiędzy gęstością energii tarcia przypadającą na jednostkę powierzchni a stanem jej "wysycenia" związkami organicznymi ochronna warstwa tworzy się najpierw na pierścieniu, a dopiero później na gładzi tulei. Oddziaływanie twardego pierścienia (powłoka Cr) z powierzchnią żeliwną zostaje złagodzone powstającą na jego powierzchni EWW. Zmienia się charakter zużycia obu powierzchni na bardziej korzystny. Wykrycie takiego biegu procesu konstytuowania się EWW pozwala na dokonywanie oceny procesów tribologicznych w warunkach rzeczywistych w silniku. Wszelkie zmiany efektów użytkowych uzyskiwane na skutek zmian materiałowych, stosowania różnych nowych składników dodatków do olejów można będzie odnosić do stanu i składu EWW na powierzchni pierścienia. Kończąc przegląd prac związanych z tribologicznym zużywaniem zdaję sobie sprawę z tego, że nie dokonałem wyboru doskonałego. Mam jednak nadzieję, że zaprezentowane Państwu podejście powinno zainteresować także i korozjonistów. 5. Literatura R.Marczak, Trybologia.Materiały seminarium "Niektóre aktualne problemy chemicznego i mechanochemicznego niszczenia metali", Ossolineum, 213-236, Wrocław 1975 R.Marczak, Fizykochemiczne podstawy tribologii. Materiały IV Krajowej Konferencji Korozyjnej - "Korozja'93", 457-466, Warszawa 1993 W. Leszek, T.Rożnowski, S.Ziemba, Niektóre aspekty cybernetyczne w trybologii, ZEM (1974) W. Leszek, R.Marczak, System trybologiczny jako system fizykochemiczny. Materiały X Sympozjum Trybologicznego, Biuletyn WITPiS, 258-281, Sulejówek 1977 F. P. Bowden and D. Tabor, The Friction and Lubrication, London 1956, Tłumaczenie polskie: Tarcie i smarowanie, PWN, Warszawa 1962 E. F. Finkin, Science and technology of Surface Coating, Academic Press, 411, (1974) J. I. Caubet, C.Amsallem, Interacion entre le frottement et la corrosion, Corrosion 19, nr 6, 313-324, (1971) B. J. Kosteckij. Trenie, smazka i iznos w masinach, Technika, Kijów 1970 B. J. Kosteckij, A. K. Kuraułow, N. B. Kosteckaja, W. S. Romanów, Struktura powierchnosti trenija, Metałłofizika, Wyp. 65. Kijew 1976 A. W. Adamson. Chemia fizyczna powierzchni (tłum. polskie), PWN, Warszawa 1963 W. B. Hardy, Phil. Trans. A-3=230, l, (1931) W. B. Hardy, Boundary Lubrication, The Paraffin Series, Proc. Roy. Soc., vol. A100. p. 550, London 1922 R. S. Achmatow. Molekulamaja fizika granicznogo trenija, GlF-ML-Moskwa 1963 M. Dębicki, R.Marczak, Przyczynek do istoty efektu Rebindera, Informator WITPiS, (1976) M. Dębicki. Technika Smarownicza, Tribologia nr l, (1977) R. Marczak, Badania tribologicznych właściwości materiałów łożyskowych. Informator WITPiS, nr 21/77, Sulejówek 1977 J. Kaczmarek, Nowy sposób diagnozowania chropowatości powierzchni elementów maszynowych. Wybrane prace z zakresu inżynierii powierzchni, IMP, Warszawa 5 V 1995 T .Burakowski. Kierunki rozwoju inżynierii powierzchni, Wybrane prace z zakresu inżynierii powierzchni, IMP, Warszawa 5 V 1995 T. Burakowski. T.Wierzchoń, Surface Engineering of metals, CRS Press, Boca Raton - London - New York - Washington D.C.,(1999) R. Marczak, Istota tribologicznych właściwości materiałów łożyskowych, Informator WITPiS 100-82, Sulejówek 1982 J. Guzik, Badania tribologicznych właściwości olejów przekładniowych. Rozprawa doktorska. Radom (1994) R. Marczak, Postęp w badaniach zjawiska Garkunowa, materiały konferencji Problemy bezzużyciowego tarcia w maszynach. Wydawnictwo WSI Radom maj 1993 W. Leszek, Jeszcze raz i nieco inaczej o trybologii, MCNEMT, Radom 1994. J. Guzik. Metoda wyznaczania charakterystyk tribologicznych olejów przekładniowych, Tribologia 5 (1992) T. Burakowski. R. Marczak, Eksploatacyjna warstwa wierzchnia, ZEM 23 (103), (1995) R.Marczak. i inni. Sprawozdanie Nr 1553/07/P, IEPiM, Wydz. Mechaniczny PR, praca niepublikowana. Radom 1998 Praca wykonana w ramach projektu KBN nr 7 T08C03515

	Ryszard MARCZAK1 *OCHRONA PRZED KOROZJĄ W PRACACH WITPiS - WCZORAJ I DZIŚ 1. Wprowadzenie Korozją nazywa się proces chemicznego, elektrochemicznego lub biologicznego niszczenia materiałów pod wpływem działania środowiska zewnętrznego Z definicji tej wynika, że aby mógł wystąpić proces korozji muszą zaistnieć w jednym układzie dwa elementy: musi być obiekt korozji, tzn. przedmiot (wyrób), na którym zostanie zlokalizowane oddziaływanie zewnętrzne i będą obserwowane jego skutki, oraz musi być wytworzona określona sytuacja korozyjna, tzn. muszą wystąpić czynniki stanowiące środowisko zewnętrzne działające na obiekt. Wśród czynników stanowiących środowisko i kształtujących sytuację korozyjną można wyróżnić czynniki obiektywne, których przy obecnym stanie techniki nie można wyeliminować, oraz czynniki, które przez odpowiednie zabiegi mogą być wyeliminowane. Tym sposobem można zmienić sytuację korozyjną środowiska na mniej agresywną. Ochrona przed niszczeniem korozyjnym może więc odbywać się przez bezpośrednie zabezpieczanie obiektu przed wpływem czynników korozyjnych albo też przez ich eliminację z określonego środowiska stanowiącego zagrożenie dla obiektów. Rozwój gospodarczy każdego państwa bezpośrednio rzutuje na jakość i stan wyposażenia jego sił zbrojnych. Specyfika każdej armii polega na tym, że w czasie pokoju uzbrojenie i sprzęt wojskowy (UiSW) w swej podstawowej ilości nie jest użytkowany, lecz znajduje się w tzw. konserwacji (jest magazynowany, przechowywany). Z problemami ochrony przed korozją UiSW zetknąłem się, trafiając do WP w 1952 r., a więc prawie przed 50. laty. Do Wojskowego Instytutu Techniki Pancernej i Samochodowej2 w Sulejówku przeniesiono mnie l grudnia 1956 r. W instytucie objąłem stanowisko kierownika Wydziału Badań Laboratoryjnych z pracownią ukierunkowaną na badania i opracowywanie metod ochrony przed korozją UiSW. * Praca wydana w zeszycie specjalnym Prac WITPiS z okazji 55 lat Wojskowego Instytutu Techniki Pancernej i Samochodowej 1 płk w st. spocz. prof. dr hab. inż., dr hc. 2 obecna nazwa   2. Charakterystyka przeciwkorozyjnej działalności WITPiS w dobie gospodarki sterowanej centralnie 2.1. Stan ochrony przed korozją w powojennej Polsce Dominującą cechą tego okresu była przede wszystkim produkcja ilościowa, natomiast sprawa jakości zajmowała jedno z ostatnich miejsc, a nawet w pewnym okresie była w kręgach politycznych wstydliwie pomijana. Produkcja przemysłowa biegła więc swoim torem, a badania naukowe - także swoim. Zainteresowanie przemysłu opracowaniami naukowo-badawczymi było niewielkie. Nic dziwnego, że podstawowym celem badań, nawet o znaczeniu technicznym, stała się publikacja. Po 1960 r., wraz z utworzeniem Komitetu ds. Techniki, nastąpiło stopniowe i wyraźne ożywienie działalności antykorozyjnej i jej uporządkowanie. Wydano niezbędne akty normatywno-prawne, centralne i resortowe, stymulujące działalność antykorozyjną. Podstawowym aktem wydanym w tej sprawie było Zarządzenie Nr 136/63 Prezesa Rady Ministrów z 19.12.1963 r. Był to pierwszy w kraju i jeden z pierwszych w Europie akt tego szczebla poświęcony zagadnieniom korozji. Nadawał on walce z korozją wysoką rangę sprawy o znaczeniu państwowym. W 14 resortach przyjęto specjalne programy działania, ustalono jednostki wiodące, utworzono branżę produkcji urządzeń technologicznych, podjęto i rozwinięto regularne kształcenie kadr, uregulowano wiele innych spraw istotnych dla zagadnienia. Zarządzenie to zdezaktualizowało się po kilku latach, gdyż najważniejsze i najbardziej wymierne zadania zostały osadzone w konkretnym czasie, nie przekraczając terminami 1970 r., a także ze względu na zmiany, jakie zaszły w organizacyjnej strukturze resortów i zjednoczeń. Nie sprawdziły się także założenia, iż po inicjującym działaniu zarządzenia resorty będą kontynuować i należycie rozwijać działalność antykorozyjną we własnym zakresie. Impuls nadany szeroko rozumianym działaniom antykorozyjnym dość szybko przyjął formę fali gasnącej i utracił impet na początku lat osiemdziesiątych. Pojawiła się potrzeba nowego spojrzenia na stan ochrony przed korozją. Rozporządzenie Rady Ministrów z dnia 26 maja 1972 r. (Dz.U. Nr 24, poz. 170) nałożyło na Państwową Radę Gospodarki Materiałowej (późniejszy Urząd Gospodarki Materiałowej -UGM) obowiązek opracowania krajowego programu koordynacji ochrony przed korozją. Powołany i działający w latach 1974-1978 przy UGM międzyresortowy Zespół Problemowy ds. Ochrony przed Korozją (któremu miałem zaszczyt przewodniczyć) wykonał, przy licznym udziale ekspertów z placówek n-b i przemysłowych, oceny i analizy: - technicznych i ekonomicznych skutków korozji w Polsce, - osiągnięć n-b z tej dziedziny, - rozwoju metod ochrony i produkcji środków do zabezpieczeń antykorozyjnych, - stanu, potrzeb i rozwoju kadr inżynieryjno-technicznych i n-b, - stanu uregulowań prawnych dotyczących wymagań antykorozyjnych w opracowaniach konstrukcyjnych, projektowych itp. Na podstawie 20 szczegółowych ekspertyz przeprowadzono analizę ochrony przed korozją w wybranych resortach i dziedzinach gospodarki narodowej i opracowano Raport o stanie ochrony przed korozją w Polsce. Patrząc z perspektywy prawie 25 lat, należy stwierdzić, że przeprowadzona wtedy ocena ekonomicznych skutków korozji w gospodarce narodowej, która objęła prawie 2/3 wszystkich działów gospodarczych kraju, już nigdy później nie została wykonana tak szczegółowo. Pierwszy wniosek raportu głoszący, że „zagrożenie korozyjne i systematycznie wzrastające straty, jakie ponosi gospodarka narodowa powodują, że sprawa walki z korozją powinna być traktowana na równi z ważniejszymi działami działalności produkcyjnej i to przez wszystkie czynniki kompetentne poczynając od szczebla centralnego, aż do odpowiednich służb w zakładach produkcyjnych" - do dnia dzisiejszego nie stracił nic ze swojej merytorycznej aktualności. Zawarte w raporcie propozycje kierunków działania w strukturze państwa i projekty aktów normatywno-prawnych były wdrażane w 1978 r. i w latach następnych. Zarządzenie Nr 4 Ministra Gospodarki Materiałowej w porozumieniu z MNSzWiT w sprawie ustalenia jednostek wiodących w zakresie ochrony przed korozją zostało wydane 20 lutego 1978 r. Zgodnie z nim za „ochronę czasową, długookresową" sprzętu techniczno-wojskowego i uzbrojenia odpowiedzialnym został Wojskowy Instytut Techniki Pancernej i Samochodowej w Sulejówku. W praktyce polegało to na testowaniu materiałów, opracowywaniu technologii konserwacji sprzętu techniczno-wojskowego, opracowywaniu odpowiednich norm i instrukcji technologicznych, wdrażaniu nowych metod konserwacji w jednostkach wojskowych, składnicach różnych szczebli i zakładach przemysłowych pracujących na rzecz wojska. Fakt zaliczenia WITPiS do grupy 20 instytucji n-b wiodących w kraju w działalności antykorozyjnej był, w swej istocie, uznaniem dorobku naukowego i technicznego instytutu w zakresie ochrony przed korozją. Zarządzenie Prezesa Rady Ministrów nr 7 w sprawie wzmożenia ochrony przed korozją w Polsce wydano 17 stycznia 1979 r. W ślad za tym poszły odpowiednie zarządzenia resortowe. Problem węzłowy 05.3 wszedł do realizacji w latach 1981-1985. Nie wszystkie idee zawarte w Raporcie i aktach normatywno-prawnych zostały do końca wdrożone. Nie udało się uzyskać spójnego systemu koordynacji ponadresortowej działalności przeciwkorozyjnej. Przyczyny kolejnego wygaszenia „fali" miały, podobnie jak poprzednio, naturę „systemową", a odgórne próby wdrożenia reformy ekonomicznej i usamodzielnienie jednostek gospodarczych przejawiły się w drugiej połowie lat dziewięćdziesiątych znacznie silniejszym zmniejszeniem zainteresowania problematyką antykorozyjną w zakładach przemysłowych i całej strukturze gospodarczej państwa. 2.2. Rola WITPiS w rozwoju metod zabezpieczania UiSW przed korozją Wojsko Polskie przyjęło po drugiej wojnie światowej wraz z UiSW Związku Radzieckiego całą związaną z tym sprzętem logistykę. Dotyczyła ona także metod konserwacji i stosowanych do tego celu materiałów. Trzeba stwierdzić, że były to metody oparte na środkach smarowych, w tym smarze działowym używanym do zabezpieczania przed korozją nie tylko sprzętu artyleryjskiego, ale także części zamiennych do czołgów i samochodów, bardziej złożonych agregatów i zespołów, a nawet całych silników. Rozkonserwowanie np. silnika W-2 w zimie trwało w warunkach dobrze wyposażonej składnicy od 4 do 6 h. A co tu mówić o warunkach polowych! Powstało zatem w wojsku zapotrzebowanie na metody konserwacji nie wymagające kłopotliwego rozkonserwowania. Pracownią ochrony przed korozją kierował w tym czasie mgr inż, Tadeusz Czarnecki. Prowadził on w końcu 1956 r. już zaawansowane badania nad inhibitorem powierzchni granicznej, którego roztwory węglowodorowe (np. w oleju napędowym) były obdarzone zdolnością wypierania wody z powierzchni metali czarnych. Tak osuszone elementy maszyn - po zawinięciu ich w papier parafinowany z aktywnym inhibitorem kontaktowym (np. benzoesanem sodu) lub później w papier z LIK i dodatkowo w nie przepuszczający wilgoci, trójwarstwowy papier pakowy - były skutecznie chronione przed korozją przez wiele lat. Rozkonserwowanie wymagało wyjęcia danego elementu z opakowania. Dodatkową zaletą metody było to, że cienki film pokrywający powierzchnię przedmiotu chronił ją zarówno w czasie transportu tych elementów (przed specyficzną korozją, powodowaną drganiami np. kulek łożyskowych, wywoływanymi wstrząsami środków transportowych), jak i przez okres między wyjęciem detalu z opakowania a zamontowaniem go w maszynie. Na przestrzeni lat sześćdziesiątych i siedemdziesiątych opracowano w WITPiS i wdrożono w wojsku następujące środki i metody konserwacji: - koncentraty W-5 i W-68 - przeznaczone do cienkopowłokowej konserwacji powierzchni przedmiotów wykonanych z metali czarnych; - Inchrol i Multakor WD - do konserwacji powierzchni wyrobów z różnych metali (jako jeden z elementów systemu ochrony czasowej - SOC); - Elektrosol - do konserwacji styków elektrycznych w pojazdach mechanicznych i wozach bojowych; - grubopowłokowe środki konserwacyjne na bazie wosków syntetycznych, w tym wosk ochronny III B; - luźnopokrowcową metodę antykorozyjnego zabezpieczania zespołów, agregatów i silników spalinowych ze statycznym osuszaniem wnętrza pokrowca. Metoda ta zawierała elementy, które dzisiaj w armiach USA i NATO są obejmowane pojęciem inspekcyjny system jakości. Instrukcja przechowania wg tej metody przewidywała kontrolowanie poziomu wilgotności powietrza we wnętrzu pokrowca i indywidualnie - stanu zawilgocenia każdego pakietu z wąskoporowatym żelem krzemionkowym. Zapewniała zatem taki poziom jakości zabezpieczenia antykorozyjnego, jakiego dzisiaj oczekuje się przy przechowywaniu podobnych wyrobów wg norm amerykańskich(MIL) lub natowskich porozumień standaryzacyjnych (STANAG); Metoda luźnopokrowcową została dostosowana w latach 1981-1983 do antykorozyjnego zabezpieczania kompletnych pojazdów mechanicznych. Dużą rolę odegrał instytut przy opracowywaniu, badaniu i wdrażaniu folii polietylenowej na pokrowce ochronne. W metodzie tej wykorzystywano statyczne osuszanie wnętrza pokrowca (utrzymywanie wilgotności powietrza poniżej krytycznej wartości wilgotności względnej) oraz inne środki konserwacyjne, zastosowane bezpośrednio na metalowe powierzchnie. Na rysunku 38 pokazano silniki czołgowe chronione metodą luźnopokrowcową i sprzęt artyleryjski w opakowaniu kokonowym; Rys. 38. Metody konserwacji UiSW: a - silniki zakonserwowane metodą luźnopokrowcową.     b - sprzęt artyleryjski zakonserwowany metodą kokonową (foto: archiwum WITPiS) - metodę hermetyzacji wozów bojowych, która polegała na wykorzystaniu pancerza jako bariery wilgoci, po uszczelnieniu go specjalnymi kitami lub pokrowcami (tymi ostatnimi w taki sposób, ażeby w trakcie „oddechu dobowego" ciśnienie atmosferyczne we wnętrzu wozu automatycznie wyrównywało się z zewnętrznym). Zapobiegano w ten sposób wymianie powietrza między wnętrzem wozu bojowego a otaczającą atmosferą i odwrotnie. W latach 1981-1989 została opracowana metoda długookresowego przechowywania wozów bojowych i pojazdów mechanicznych, wykorzystująca system dynamicznego osuszania powietrza. W latach następnych przeprowadzono badania jej skuteczności oraz efektywności, w tym ocenę poszczególnych podsystemów metody (osuszaczy, pokrowców itp.). Jak widać z tego krótkiego przeglądu, opracowane w WITPiS technologie konserwacji (w tym oparte na oryginalnych środkach konserwacyjnych) cechowała prostota, łatwość rozkonserwowania sprzętu i łatwość kontroli zabezpieczenia. W większości były to systemy ochrony czasowej, wykorzystujące inhibitory powierzchni granicznej, inhibitory lotne, przechowywanie w atmosferze osuszonego powietrza metodą statyczną itp. Ogólnie oceniając, były to metody nowoczesne, nie ustępujące rozwiązaniom światowym i, co warte podkreślenia, tanie. Na wyróżnienie zasługuje kompleksowe traktowanie problematyki technologii ochrony przed korozją UiSW. Opracowanie każdej metody konserwacji wymagało, oprócz badań laboratoryjnych, szerokiej współpracy z innymi instytutami n-b, zakładami przemysłowymi, jednostkami wojskowymi i składnicami UiSW różnych szczebli. Prowadzono bardzo obszerne badania technologii zabezpieczeń antykorozyjnych, urządzeń technologicznych, skuteczności i efektywności zabezpieczeń. Przeprowadzano szkolenia personelu sal konserwacyjnych składnic danego sprzętu i kontrolę jakości konserwacji UiSW wykonywanej w zakładach przemysłowych. Opracowywano wiele instrukcji i wymagań technicznych na poszczególne materiały lub elementy - podsystemy zabezpieczeń antykorozyjnych. Oceniając z perspektywy kilkunastu lat, należy stwierdzić, że metody konserwacji i przechowywania UiSW, opracowane w WITPiS, były w latach osiemdziesiątych stosowane powszechnie - od zakładu produkującego dany wyrób poczynając, przez składnice wojskowe, do poszczególnych JW. Pracownicy naukowo-badawczy zajmujący się problematyką ochrony przed korozją byli wysoko oceniani w środowisku polskich korozjonistów, wchodzili w skład różnych organów korporacyjnych naukowych i technicznych, a autor niniejszej pracy Decyzją Przewodniczącego Państwowej Rady Gospodarki Materiałowej z dnia 21.10.1974 r. został powołany na przewodniczącego Zespołu Problemowego do opracowania Krajowego Programu Ochrony przed Korozją. 3. Transformacja gospodarcza w Polsce a stan ochrony przed korozją w wojsku 3.1. Uwarunkowania prawne Problematyce wpływu transformacji gospodarczej na stan ochrony przed korozją poświęciłem przed kilku laty artykuł opublikowany w czasopiśmie Ochrona przed Korozją. Stwierdziłem w nim, że przywracanie zasad gospodarki rynkowej w Polsce miało wielorakie skutki, także w dziedzinie szeroko pojmowanej ochrony przed korozją. Dla przykładu: akty normatywno-prawne dotyczące ochrony przed korozją (OPK) wydane przed 1990 r. uległy dezaktualizacji, a nowe albo nie zostały wydane, albo ze względu na bardziej ogólny charakter nie utrwaliły się w świadomości środowiska. Państwo przestało odpowiadać za wszystko, ale informacja o tym do wszystkich nie dotarła. Od l stycznia 1994 r. (Dz.U. RP Nr 55 póz. 250 z dnia 1993.04.03) zaczął obowiązywać w Polsce jednolity system zapewnienia jakości wyrobu, procesu lub usługi. Sugerowałem, że przeniesienie tego systemu na obszar OPK pozwala automatycznie, ze zbioru wszystkich problemów ochrony przed korozją istniejących w Polsce, wyłonić obszar gospodarczy poddany prawom rynku. Należy do niego zaliczyć sferę ochrony przed korozją wyrobu, jakości procesu lub usługi z zakresu OPK. Uważałem, że ten obszar OPK jest zatem uporządkowany od strony formalnoprawnej i trzeba się tylko do tych wymagań dostosować i zrozumieć, że sterowanie rozwojem OPK w omawianym obszarze podlega wyłącznie prawom rynku. W sferze wytwarzania wyrobów za stan OPK wyrobu odpowiada właściciel zakładu wytwórczego, bez względu na to, czy jest nim osoba fizyczna, czy prawna. Do pozytywnych skutków oddziaływania ww. ustawy należy zaliczyć stworzenie potrzeby uzyskiwania uprawnień do badań i certyfikacji „jakości wyrobu, procesu lub usługi" z zakresu OPK. Dotyczy to również ochrony przed korozją w WP. Rozporządzenie Rady Ministrów z dnia 21 czerwca 1994 r. w sprawie zakresu i trybu stosowania przepisów ustawy o badaniach i certyfikacji do wyrobów produkowanych w kraju i importowanych wyłącznie na potrzeby obronności i bezpieczeństwa państwa, a także właściwości organów w tych sprawach (Dz.U. Nr 80. póz. 370) spowodowało wydanie Decyzji Nr 16/MON Ministra Obrony Narodowej z dnia 6 lutego 1995 r, i Rozporządzenia MON z dnia 6 lutego 1997 r. w sprawie wyrobów o przeznaczeniu specjalnym, które nie mogą być nabywane bez certyfikatu. W wykazie wyrobów, które nie mogą być nabywane bez certyfikatu od l września 1999 r., WITPiS-owi przypisano certyfikację sprzętu do przechowywania uzbrojenia i sprzętu wojskowego, w tym: urządzenia osuszające powietrze, a od l września 2000 r. - środki ochrony czasowej metali, w tym: kompozycje ochronne, rozpuszczalnikowe. Oznaczało to, że najpóźniej do połowy 1999 r. WITPiS powinien uzyskać uprawnienia certyfikacyjne na ww. wyroby, które zresztą nie wyczerpują listy środków stosowanych do czasowej OPK. Docelowo, ze względów merytorycznych, WITPiS powinien rozszerzyć zakres uprawnień na pozostałe środki (materiały i urządzenia) i metody czasowej OPK, w tym lotne inhibitory korozji (LIK). 3.2. Dostosowywanie metod OPK UiSW do standardów NATO Bardzo dużym osiągnięciem WITPiS było przeprowadzenie analizy metod czasowej OPKUiSW zawartych w amerykańskiej specyfikacji wojskowej MIL-P-116 oraz w obowiązującym w NATO porozumieniu standaryzującym - STANAG 4272, i odniesienie ich do metod obowiązujących w WP. Pracami tymi kierował płk dr inż. Arkadiusz Lenartowicz, który w pracy porównuje wymagania zawarte w trzech podstawowych normach z tej dziedziny(WBN-91/0314-02,WPN-92/H-14001 i WBN-88/05-14-02) i ogólne warunki przechowywania oraz transportu UiSW w Wojsku Polskim z odpowiadającymi im wymaganiami amerykańskimi. Istotna różnica między nimi polega na tym, że norma MIL-P-116, obejmując - ogólnie biorąc - podobne do polskich metody czasowej OPK UiSW, zawiera wyodrębniony tzw. inspekcyjny system jakości (ISJ) każdego ze sposobów konserwacji. W podsumowaniu autor postuluje przyjąć za wzorzec do modernizacji norm WPN i WBN normę MIL-P-116, z zawartym w niej ISJ, gdyż jest ona, jak to wynika z normy STANAG 4272, wiodąca w NATO. 3.3. Rozwój metod czasowej OPK uzbrojenia i sprzętu wojskowego Prace rozwojowe z dziedziny OPK biegły w WITPiS torem niezależnym od przemian ekonomicznych w kraju i to, praktycznie biorąc, do końca XX wieku. Rozwijane były metody luźnopokrowcowe (pokrowiec z folii PE), specjalnych pokrowców wielokrotnego użycia (PWU) oraz hermetyzacji czołgów i samochodów. Badano metody osuszania wnętrza pokrowca metodą statyczną (adsorpcja wilgoci przez wąskoporowaty żel krzemionkowy) i dynamiczną opartą na wymrażaniu powietrza albo adsorpcji pary wodnej. W latach 1991/1992 przeprowadzono badania prototypowych pokrowców PWU, osuszacza produkcji polskiej oraz technologii zabezpieczania czołgów (T-55AM, T-72, 2S1, BWP), armaty plot. i silnika okrętowego. W 1992 r. postawiono na eksperymentalne przechowywanie ok. 50 sztuk UiSW różnych rodzajów wojsk i służb. Na podstawie tych badań opracowano liczne instrukcje przechowywania i konserwacji oraz koncepcje zabezpieczania UiSW różnych służb oparte na dynamicznym osuszaniu powietrza we wnętrzu pokrowca. Na rysunku 39 pokazano sprzęt pancerny w pokrowcach wielokrotnego użytku i dynamiczny osuszacz powietrza. W 1994 r. wspólnie z Zarządem Eksploatacji Sztabu Gen. WP rozpoczęto realizację projektu celowego KBN pt. System przechowywania sprzętu technicznego. W pracach brali udział płk dr inż. A. Lenartowicz i ppłk Andrzej Chachulski. Do osuszania powietrza wykorzystano osuszacze produkcji duńskiej firmy MUNTERS. Okres przechowywania wynosił 5 lat. Niezależnie od powyższego, rozpoczęto prace nad uruchomieniem produkcji polskich osuszaczy powietrza typu DH (wymrażanie) i DOS (adsorpcja wilgoci). Rys. 39. Przykłady konserwacji luźnopokrowcowej: a - sprzęt pancerny w pokrowcu wielokrotnego użycia,     b - jw. z widokiem osuszacza dostarczającego suche powietrze do wnętrza pokrowca (foto: archiwum WITPiS) W latach 1999 - 2001 został zrealizowany w WITPiS projekt celowy KBN Nr 4619 dotyczący uruchomienia w S.P. „CHEMA" produkcji uniwersalnego, lotnego inhibitora korozji (LIK). LIK jest to związek organiczny, który służy do ochrony czasowej wyrobów zbudowanych z różnych metali. Może być stosowany w postaci krystalicznej albo w roztworach olejowych. Uruchomienie produkcji LIK wypełniło lukę w asortymencie środków konserwacyjnych wymaganych np. w porozumieniu STANAG 4272. Umożliwia stosowanie tańszych metod ochrony antykorozyjnej części zamiennych, zespołów i agregatów oraz wewnętrznych powierzchni zamkniętych układów maszyn, jak: silniki, przekładnie, układy hydrauliczne itp. Podstawową cechą LIK jest lotność, a tym samym transport aktywnych cząsteczek inhibitora do powierzchni metalu przez fazę gazową. Wynikają stąd następujące zalety:
	- łatwość stosowania; - ochrona całej powierzchni, również w miejscach, gdzie nie jest możliwe wprowadzenie środków ochrony czasowej zawierających kontaktowe inhibitory korozji (szczeliny, trudno dostępne otwory itp.); - możliwość natychmiastowego użytkowania zabezpieczonego UiSW bez szczególnych zabiegów dekonserwacyjnych. Dalsze zmiany w zasadach konserwacji UiSW powinny być wprowadzane w sposób ewolucyjny - mieć charakter doskonalenia istniejących metod konserwacji i przechowywania, a nie radykalnych przeobrażeń. Rozwijając ten ostatni punkt, należy przyjąć następujący tok postępowania:
	- metody konserwacji uzbrojenia (sprzętu techniczno-wojskowego) kompletnego powinny być poddane wnikliwej analizie pod kątem szerszego wykorzystania lotnych inhibitorów korozji (LIK), szczególnie uniwersalnych, w tym rozpuszczalnych w olejach eksploatacyjnych. Analiza powinna być przeprowadzana wspólnie ze specjalistami ze służb, którym dany sprzęt podlega, i obejmować m.in. wyznaczenie niezbędnych obsług, ich terminów oraz zakresu czynności. W miarę możliwości należy dążyć do zmniejszenia liczby stosowanych środków smarowych (powinna być obowiązkowa certyfikacja wyrobów); - należy wykorzystać posiadane środki finansowe na zakup urządzeń do dynamicznego osuszania wnętrza opakowań sprzętu techniczno-wojskowego lub magazynów. Wydaje się, że w naszych warunkach klimatycznych powinno się raczej stosować technikę odwracalnego uwadniania odpowiednich soli (technika wymrażania może się nie sprawdzić ze względu na dużą liczbę dni w roku ze średnią temperaturą ok. 0°C).
	Zakres wdrażania metod wykorzystujących dynamiczne osuszanie atmosfery otaczającej chroniony sprzęt wojskowy zależy tylko od ilości posiadanych środków finansowych. Jeżeli chodzi o rozwiązania techniczne, to bardzo wysoko należy ocenić doświadczenia WITPiS, na których podstawie opracowano odpowiednie instrukcje konserwacji i przechowywania. 4. Wnioski Dotychczasowe metody zabezpieczenia UiSW przed korozją zachowały swoją przydatność, a nowo opracowana w WITPiS metoda przechowywania czołgów w pokrowcu wielokrotnego użycia z dynamicznym osuszaniem jest nowoczesna, stosowana także w armiach NATO. Uruchomienie produkcji LIK (uniwersalnego) w CHEMIE we współpracy z WITPiS umożliwi rozszerzenie zakresu jego stosowania w formie roztworów w olejach eksploatacyjnych, i to zarówno jako środka konserwacyjnego stosowanego samodzielnie. jak i elementu bardziej złożonego systemu ochrony czasowej. Wejście Polski do NATO powoduje konieczność wprowadzenia metod zabezpieczeń przeciwkorozyjnych, tzw. inspekcyjnego systemu jakości, dzięki któremu wzrośnie ich praktyczna przydatność, a kontrola jakości zabezpieczenia zostanie oparta na wymiernych kryteriach. Z tego względu należy powołać w Siłach Zbrojnych RP „inspekcyjny system jakości" każdego sposobu konserwacji UiSW. Zadaniem WITPiS byłoby zorganizowanie kursu (kursów) w celu przeszkolenia i przygotowania kadr do nadzoru technologii wykonywania zabezpieczeń oraz kontroli jakości zabezpieczeń UiSW pozostającego na tzw. przechowywaniu. Zgodnie z Ustawą o jakości (Dz.U. RP Nr 55, póz. 250) należy rozszerzyć zakres obowiązkowej certyfikacji i wprowadzić metody (technologie) ochrony przed korozją UiSW. Stworzy się wtedy prawny obowiązek wprowadzania w WP inspekcyjnegosystemu jakości. Metody ochrony czasowej zawarte w normie MIL-P-H62 są przyjęte jako wiodącew armiach NATO (pełne porozumienie STANAG 4272). Powinny także być podstawą do opracowania wymagań polskiej normy ujmującej stosowanie w SZ metody konserwacji UiSW. 2) obecnie zastąpiona normą MIL- STD-2073-1C

Ryszard MARCZAK *BADANIA MATERIAŁÓW TRIBOLOG1CZNYCH 1. WPROWADZENIE Ocena polskiej tribologii w zakresie badań materiałów przeznaczonych na zastosowanie tribologiczne nie jest łatwa. Nie miałem zresztą początkowo zamiaru dokonywać szkicu takiej próby, lecz ograniczyć się do przedstawienia uogólnionego modelu procesu tribologicznego: zaproponować definicje niezbędnych pojęć i wyeksponować podstawowe cechy tego procesu. Stanowić to miało, moim zdaniem, wyczerpujące wprowadzenie do rozdziału, w którym prace szczegółowe ilustrowałyby "pole" zainteresowań i osiągnlęć naszej tribologii w zakresie materiałów . Nie mogłem jednak, jak to się okazało, oderwać się od tło, jakim jest aktualny stan wiedzy i krajowy dorobek z tej dziedziny. Stąd wypłynęła potrzeba innego - niż pierwotnie zamierzałem - ujęcia tematu. Trwałość i niezawodność maszyn jest determinowana trwałoscią i niezawodnością jej kinematycznych ogniw i węzłów. Mechanizmy pracujące pod wielkim obciążeniem, przy wysokich wartościach prędkości w parach trących, wymagają materiałów o dużej odporności na zużycie oraz odpowiednio dużej trwałości wymiarowej. Praktykowany nadal sposób zwiększania trwałości maszyn przez poprawianie "najsłabszego ogniwa", dający zresztą - z punktu widzenia wytwórcy maszyn - najszybszy efekt, rozpatrywany pod innymi względami /np. kosztu eksploatacji wcale nie musi być rozwiązaniem optymalnym. Stan ten przyczynił się do wzrostu zainteresowania problematyką tarcia, zużycia i smarowania w świecie, i w konsekwencji -do utworzenia nowej nauki: tribologii, zajmującej się "badaniami oddziaływania i technologią oddziałujących na siebie powierzchni znajdujących się we względnym ruchu"1. Opracowanie jednoznacznych kryteriów oceny tribologicznych właściwości materiałów jest jednym z najbardziej złożonych problemów stojących przed nauką [1-10]. * Praca publikowana: „WYBRANE PROBLEMY TRIBOLOGII” 1Definicja angielska z 1968 r. Dotychczasowe badania materiałów konstrukcyjnych przeznaczonych na zastosowanie tribologiczne mają charakter badań porównawczych. Polegają one na tym, że zmienia się materiał jednego z elementów pary trącej na inny, badany, i w podobnych warunkach wymuszeń tribologicznych dokonuje się pomiarów: oporów tarcia, odporności na zużycie, odporności na zatarcie, zdolności do dotarcia i ewentualnie - Innych cech układu. Uzyskane wyniki są odnoszone do wyników pomiarów układu z materiałem znanym, i na tej podstawie feruje się ocenę, który z tych materiałów jest lepszy. W ubiegłym czterdziestoleciu, w większości przypadków, badania materiałów tribologicznych dotyczyły głównie doboru tworzywa konstrukcyjnego do konkretnych węzłów maszyn. Takich badań przeprowadzonych w licznych instytucjach wykonano wiele tysięcy; publikacji na powyższy temat jest również bardzo dużo. Dotyczą one następujących grup materiałów; tworzyw ciernych, stopów łożyskowych, tworzyw na łożyska ślizgowe, materiałów łożysk tocznych, materiałów na wały, wałki i koła zębate maszyn, materiałów na elementy silników spalinowych, a także konstytuowania warstw wierzchnich w procesach technologicznych [11-25]. Oceny stanu polskiej tribologii dokonywano w minionym okresie kilkakrotnie, i zawsze one - w dużym stopniu - dotyczyły badań materiałowych. Można tu wymienić opracowanie J. Brosia i M. Hebdy z 1964 r.; S. Ziemby, R. Marczaka i W. Leszka z 1973 r.; J. Janeckiego z 1974 r.; J. Janeckiego i S. Pytki z 1976 r.; S. Pytki i Z. Popławskiego z 1979 r. oraz ostatnie, zespołowe opracowanie [26], wykonane pod kierunkiem S. Hofmana i M. Szczerka w 1984 r. Od kilkunastu lat zaczynają pojawiać się prace uzasadniające potrzebę traktowania środka smarowego jako równocennego elementu smarowanej pary trącej oraz prace wskazujące na potrzebę łącznego rozpatrywania oddziaływań wszystkich materiałów kinematycznych węzłów maszyn. Coraz częściej przedmiotem badań stają się związki pomiędzy składem chemicznym i strukturą materiału pary trącej a jej właściwościami cierno-zużyciowymi. Jednocześnie zarysowują się pewne specjalizacje w metodach badań i zainteresowań materiałami. Badania takie połączone z komponowaniem składu chemicznego i struktury materiałów prowadzone były w Wojskowym Instytucie Techniki Pancernej i Samochodowej; w Politechnikach: Wrocławskiej, Łódzkiej, Krakowskiej, Świętokrzyskiej i Warszawskiej; w Wytwórni Łożysk Ślizgowych PZL "Bimet" w Gdańsku, oraz w innych jednostkach naukowych i badawczych [27-45]. Powstają koncepcje metod uzyskiwania materiałów /głównie kompozytów/ o zadanych własnościach. W konfrontacji z osiągnięclami w innych krajach, szczególnie w ZSRR, Anglii, USA, NRD i RFN, rodziła się polska tribologia, którą od innych wyróżnia systemowe ujmowanie procesów tribologicznych. W ślad za tym idzie rozwój metod badawczych oparty głównie na adaptacji metod fizyki i chemii /w tym ciała stałego/ oraz - niezależnym nurtem - rozwój metod badania środków smarowych. Wyniki tych badań są coraz częściej publikowane i przedstawiane w czasopismach i na konferencjach zagranicznych. Wykaz literatury jest - w pewnym sensie - przeglądem prac wykonywanych w tym czasie w kraju i tych z zagranicy, które wpływały na kształtowanie się w Polsce tribologii jako nauki. W makroskopowym, fenomenologicznym opisie procesu tribologicznego należy zawsze uwzględniać : po pierwsze - wiązanie procesów dysypacji energii w systemie tribologicznym ze zmianami struktury materiałów systemu tribologicznego; po drugie - oddziaływanie otoczenia /środek smarowy i otaczająca atmosfera lub środowisko/ na przemiany fizykochemiczne i zużycie materiałów; po trzecie - powstawanie struktur wtórnych nie dających się wcześniej opisać za pomocą wyjściowych, fizykochemicznych cech materiałów. Proponowane podejście powinno stworzyć podstawy do zastosowania w tribologii teorii i formalnego aparatu nierównowagowej termodynamiki, fizyki i chemii ciała stałego oraz innych nauk, a tym samym do dalszego kształtowania jej jako nauki. 2. FIZYKOCHEMICZNE l TR1BOLOGICZNE WŁAŚCIWOŚCI MATERIAŁÓW Pojęcie "właściwości tribologiczne" pojawiło się w nauce bardzo niedawno. Nic więc dziwnego, że do dnia dzisiejszego nie jest ono jednoznacznie rozumiane i stosowane. Znane są liczne przypadki używania określenia "właściwości tribologiczne" do oznaczania zbioru użytkowych cech niektórych materiałów i w związku z tym - niekiedy wręcz kwestionowania zasadności stosowania tego terminu w pracach naukowych. Istnieją dwa podstawowe sposoby opisu próbki substancji. Pierwszy polega na opisie tworzących substancję atomów lub cząsteczek l ich wzajemnych oddziaływań drugi - na opisie własnosci makroskopowych dających się mierzyć. Te mierzalne wielkości /parametry/opisują rozmaite cechy ciała materialnego, ujawniające się przy współoddziaływaniu tego ciała z otoczeniem. Materiałem nazywa się substancję o własnościach umożllwiających zastosowanie jej bezpośrednio lub po przetworzeniu /np. po nadaniu stosownego kształtu/do spełnienia określonych funkcji w maszynie lub innym urządzeniu technicznym. Na użytek niniejszej pracy proponuję przyjąć następujące definicje: 1. W ł a s n o ś ć - charakterystyczny efekt transformacji energii doprowadzanej z zewnątrz do danej próbki substancji /materiału/, obserwowany /mierzony/ makroskopowo. Efekt ten może być wykrywany albo przez pomiar zmian natężenia strumienia energii działającej na próbkę materiału, albo przez pomiar zmian, jakie zaszły w materiale pod wpływem absorpcji części tego strumienia. 2. W ł a ś c i w o ś ć - swoista własność ciała wyróżniająca dane ciało spośród innych o podobnych własnościach. Można wykazać, że wybierając ze zbioru swoistych własności określone parametry i ich wartości można dokonać opisu tego ciała pod wieloma względami. Wobec tego nie można mówić o właściwościach jako takich, samych w sobie, gdyż zawsze dotyczą one konkretnego aspektu istnienia danego ciała. Z tego względu przy pojęciu właściwość należy stosować odpowiedni przymiotnik, np.: właściwości palne, fizyczne, chemiczne itp. Wśród tak pojmowanych właściwości mogą istnieć właściwości ujawniające się dopiero w ściśle określonych warunkach, jakimi są np. styk fizyczny ciał i ich ruch względem siebie. Takie właściwości - w dalszym ciągu pracy - nazywane będą właściwościami tribologicznymi. Jeżeli przez system tribologiczny będziemy rozumieli układ sprzężonych elementów węzła ruchowego, umożliwiający przepływ /pomiędzy elementami systemu i wewnątrz nich masy, energii i informacji, to swoistą reakcję materiałów systemu na takie wymuszenia zewnętrzne, jak: względna prędkość ruchu /V/, nacisk /P/ i temperatura /T/, będziemy nazywać właściwościami tribologicznymi. Najprostszym układem obejmowanym definicją systemu tribologicznego wg W. Leszka i innych [1], rozwiniętym następnie w pracy W. Leszka i R. Marczaka [2], może być dwuelementowy układ fizykochemiczny złożony z materiału i otoczenia /środowiska/; może nim być układ dwóch materiałów będących ze sobą w bezpośrednim styku /rys. l/. Rys. 1. Modele układu fizykochemicznego Oddziaływania pomiędzy elementami takiego systemu mają charakter fizyczny i chemiczny. Jeżeli przyjmiemy teraz, że materiał nie porusza się względem środowiska lub drugiego materiału (V = 0), to pomiędzy elementami systemu wymiana energii może odbywać się na sposób ciepła. Towarzyszą temu rozliczne procesy fizyczne i chemiczne wymiany masy /sorpcja, dyfuzja, utlenianie itp./. Jeśli w ich wyniku dochodzi do niszczenia materiału, to układ taki nazywa się korozyjny, a powodujące niszczenie tego materiału procesy - procesami korozyjnymi. Dla V > 0 pomiędzy elementami systemu zachodzi dodatkowo wymiana energii na sposób pracy. Jest to charakterystyczna cecha systemu tribologicznego. Transformowana energia kinetyczna powoduje powstanie nowych procesów niszczenia materiałów - zużycia. Procesy korozji i zużycia mogą zachodzić równocześnie, wzajemnie się wzmagać lub zmniejszać /synergia dodatnia lub ujemna/. Modele obydwu systemów przedstawione są na rys. 2. Rys. 2. Model systemu fizykochemicznego; a/ korozyjnego, b/ tribologicznego Na podstawie powyższych rozważań można wyznaczyć obszary nauk korozji i tribologii. Nie ma między nimi wyraźnej granicy. Obszary te zachodzą na siebie i w tej części są wspólne dla korozji i tribologii /patrz rys. 3/. Rys. 3. Obszary korozji /a/ i tribologii /b/ Zbiór fizykochemicznych właściwości materiałów można podzielić na podzbiory, w zależności od tego, czy rozpatrywana właściwość jest indywidualną cechą /własnością/danego materiału, czy przejawia się w zespole z innym materiałem, czy też występuje dopiero w zespole materiałów generowana procesami tarcia. W związku z tym wyróżnia się; a/ grupę własności indywidualnych, b/ grupę właściwości zespołowych statycznych, c/ grupę właściwości zespołowych dynamicznych /tribologicznych/. Na rysunku 4 przedstawiono schemat związków pomiędzy właściwościami materiałów w systemie tribologicznym. Rys. 4. Schemat związków pomiędzy fizykochemicznym; właściwościami materiałów W pracy [3] przedstawiłem próbę usystematyzowania zbioru właściwości materiałów. Proponowana tam systematyka wymaga dzisiaj licznych uzupełnień i dalszego uporządkowanio. Nie uległ natomiast zmianie pogląd, że do grupy miar właściwości tribologicznych /ocenianych w zależności od rodzaju tarcia i jego parametrów: p, V, T/ należy, w pierwszym rzędzie1zaliczyć: - współczynnik tarcia; - intensywność zużywania. Współczynnik tarcia jest istotną miarą własności systemu tribologicznego. Wartość tego współczynnika jest determinowana rodzajem tarcia i własnościami materiałów tworzących dany system, a także parametrami kinematycznymi i dynamicznymi systemu. Zmiany rodzaju tarcia i własności materiałów powodowane tarciem przejawiają się w zmianach wartości tego współczynnika. Z energetycznego punktu widzenia współczynnik tarcia może służyć jako miara sprawności systemu tribologicznego. Na wartość współczynnika tarcia kinetycznego µ(t) składają się; cieplny współczynnik tarcia kinetycznego µc(t) i mechaniczny współczynnik tarcia kinetycznego µm(t) [4]: µ(t) = µc(t) + µm(t) /1/ µc(t) - charakteryzuje proces transformacji energii tarcia w energię cieplną; µm(t) - charakteryzuje proces transformacji energii tarcia w pracę zużycia, Rozróżnianie takie pozwala na poprawną analizę procesów cieplnych zachodzących w obszarze tarcia trących się ciał oraz wyznaczanie wartości udziału pracy mechanicznej związanej z wytwarzaniem strumienia masy produktów zużycia /w stosunku do innych zjawisk powodujących zużycie/ i z kształtowaniem struktur wtórnych w warstwie wierzchniej. 1W grupie właściwości tribologicznych mieści się także zdolność do emisji pól: elektrycznego, magnetycznego i akustycznego, będących makroskopowym efektem niektórych procesów tarciowych zachodzących w skali atomowej, cząsteczkowej i mikroskopowej. Właściwości te są jeszcze mało zbadane /np. egzoemisja/.   Intensywność zużywania jest miarą natężenia tego strumienia. Zmiany jej wartości w funkcji któregokolwiek z parametrów wymuszających lub drogi tarcia informują o intensywności procesów niszczenia materiałów par trących; pozwalają oszacować trwałość kinematycznych węzłów maszyn. Z powyższymi właściwościami są bezpośrednio związane cechy użytkowe materiałów; traktowane natomiast oddzielnie, mają taką samą przydatność informacyjną, jak i inne własności fizykochemiczne; służą lepszemu opisowi rzeczywistości. Można próbować uszeregować odpowiednie pary materiałów, np. w kierunku rosnącej wartości współczynnika tarcia. Z takiej systematyki - w sensie użytkowym - nic jednak konkretnego nie wynika, podobnie jak nic nie wynika z każdej innej systematyki porządkującej zbiór materiałów tylko według jednej ich cechy /np. wytrzymałościowej/. O doborze materiałów pod kątem zastosowań tribologicznych decyduje funkcja, jaką mają spełniać materiały w gotowym wyrobie; czego innego oczekujemy bowiem od materiałów hamulca, czego Innego np. od materiałów łożyska ślizgowego [3]. 3. STRUKTURA A WŁASNOŚCI MATERIAŁÓW Materiały tribologiczne /ściślej - elementów systemu tribologicznego/ można podzielić na dwie grupy, tj. na materiały konstrukcyjne i eksploatacyjne. Funkcje materiałów systemu tribologicznego, w najogólniejszym ujęciu [l. Z] polegają na: 1/ zapewnianiu systemowi możliwości realizacji zadanego programu funkcjonalnego, 2/ realizacji tego programu w zawożonym czasie, 3/ zapewnianiu systemowi wystarczająco wysokiej rezerwy właściwości funkcjonalnych, 4/ zapewnianiu możliwości odtworzenia założonych pierwotnych właściwości funkcjonalnych elementów systemu, 5/zapewnianiu możliwości reagowania systemu na działanie układu sterującego. Materiały konstrukcyjne wnoszą ze sobą pewien "zapas materiału", którego zużycie wyznacza trwałość danego węzła kinematycznego maszyny. Wypływają stąd podstawowe zadania dla inżynierii materiałowej: 1/ jeśli znane są parametry tarcia, środowisko l wymagany poprawny czas pracy pary trącej - wybranie spośród znanych materiałów, materiałów ekonomicznie uzasadnionych; 2/ jeśli natomiast dostępne materiały spełniają wyznaczoną im funkcję w stopniu niezadowalającym - nadawanie im takich własności, ażeby zużycie "zapasu" odbyło się w założonym czasie. Materiały eksploatacyjne /środki smarowe/ wraz z materiałami pochodzącymi z makrootoczenia /atmosfery/ tworzą bezpośrednie otoczenie pary trącej l odgrywają istotną rolę w eksploatacji. Polega ona, z jednej strony, na dostarczaniu cząsteczek i atomów do nadbudowywania zewnętrznych stref warstwy wierzchniej /warstwa graniczna, film nośny/ i do przebudowy struktury warstwy wierzchniej, z drugiej - na oddziaływaniu na procesy tarcia. Przebudowa struktury /struktury wtórne/ powoduje korzystne lub niekorzystne zmiany właściwości funkcjonalnych materiałów par trących. Przebudowa struktury materiału pod wpływem określonego czynnika zewnętrznego może być zaplanowana w procesie wytwarzania materiału albo może odbywać się niejako samorzutnie, stanowiąc formę adaptacji materiału do warunków zewnętrznych. W większości przypadków znane są zasady transformacji energii, w wyniku której powstają struktury wtórne. lstnieją bowiem jednoznaczne związki pomiędzy efektami energetycznymi a mikrostrukturą rozpatrywaną na poziomie agregatów molekularnych /np. kryształów/ lub na poziomie niższym /molekularnym, elementarnym/. Na tych poziomach organizacji materii zjawiskami transformacji energii rządzą bowiem prawa dość dobrze poznane, a odpowiadające im własności substancji zaliczane są do grupy własności fizycznych. Zagadnienie komplikuje się przy przejściu na wyższe poziomy hierarchiczne struktury materii, np. na poziom warstw makroskopowych. Występujące w tych warstwach niejednorodności strukturalne są źródłem niejednorodności energetycznej. Prawa deterministyczne umożllwiające opis transformacji energii przestają tu obowiązywać i konieczne jest przejście na zależności statystyczne lnformujące o prawdopodobieństwie zaistnienia określonego skutku /przemiany/. Wartości liczbowe mierzonych parametrów opisujących własności zależą od kształtu l wielkości elementów pary trącej, stanu geometrycznego i energetycznego itp. Najwyższym szczeblem organizacji materii jest kształt, który determinuje funkcję przedmiotu [5]. Poziom właściwości funkcjonalnych zależy od wyjściowych właściwości fizykochemicznych materiałów, otoczenia, stanu geometrycznego powierzchni /chropowatości, falistości, udziału nośnego, struktury oraz skażenia powierzchni/ i od wartości wymuszeń zewnętrznych działających na system. Szczególną rolę w realizacji funkcji materiałów w systemie tribologicznym odgrywa warstwa wierzchnia. W niej bowiem zlokalizowane jest torcie i jego skutki; od jej właściwości zależy kształtowanie się właściwości granicznych warstw środków smarowych; przemiany struktury warstwy wierzchniej determlnują jej trwałość, a więc odporność elementów systemu na zużycie, oraz trwałość użytkową tych elementów. Kształtowanie cech użytkowych warstwy wierzchniej odbywa się - w zasadzie - przez cały okres trwania węzła ruchowego maszyny, a nawet wcześniej, w momencie doboru materiałów na te elementy. W procesie wytwarzania elementów ich właściwości użytkowe konstytuowane są działaniem na materiał dowolnej, lecz celowo dobranej postaci energii. Wynikiem tego jest wytworzenie na powierzchni materiału i w przyległej warstwie trwałych zmian, wyróżniających strukturę, stan i własności tej warstwy od reszty materiału. W procesie eksploatacji doprowadzana do trących powierzchni energia mechaniczna powoduje dalsze zmiany we własnościach warstwy wierzchniej, szczególnie duże w sytuacjach występowania procesu zużycia o liczącej się intensywności. Szeroki zakres funkcji materiałów konstrukcyjnych w systemach tribologicznych powoduje, że materiały te powinny posiadać wiele różnorodnych, często przeciwstawnych, właściwości. Z tego względu dotychczas nie ma i najprawdopodobniej długo jeszcze nie będzie ogólnych zasad doboru materiałów na elementy węzłów ruchowych maszyn [1]. Istnieją natomiast zasady doboru i kształtowania właściwości materiałów, np. na łożyska ślizgowe, przekładnie zębate, tuleje cylindrowe, hamulce itp. Zasady te , jakkolwiek nie zawsze całkowicie skuteczne w zastosowaniu, ułatwiają podejmowanie decyzji projektowych, technologicznych i eksploatacyjnych . 4. BADANIA TRIBOLOGICZNYCH WŁAŚCIWOŚCI MATERIAŁÓW Rys. 5. Model transformacji energii podczas procesu tribologicznego: X - wektor wejścia, Y - wektor wyjścia, Z - wektor zakłóceń, T - system przekształcający X i Z w Y Badania tribologicznych właściwości materiałów powinny być przeprowadzane metodami znormalizowanymi, umożliwiającymi porównywanie uzyskiwanych rezultatów w różnych ośrodkach naukowo-badawczych oraz - co najważniejsze - pozwalającymi na badania relacji pomiędzy modelem pary trącej z maszyny tarciowej a jej rzeczywistym odzwierciedleniem w eksploatacji. Z tego względu niezbędne staje się stosowanie obiektywnych prób model ujących warunki wymuszeń, na jakie narażane są materiały w konkretnych elementach urządzeń technicznych. Rozpatrzmy zatem model procesu tribologicznego w postaci "czarnej skrzynki", w czasie którego dokonuje się transformacja energii mechanicznej doprowadzonej z zewnątrz. Na rysunku 5 przedstawiono proces tribologiczny jako transformatę T, która X Z przekształca w Y. Zadaniem badawczym jest poznanie "kształtu" T, gdyż: Y(t) = T [X(t), Z(t)]. /2/ Dokonując dekompozycji wszystkich wektorów /wejścia, wyjścia, zakłóceń/ dokonuje się niejako "otwarcia" czarnej skrzynki. Złożoność problemu badawczego wynika ze złożoności struktury poszczególnych wektorów i potrzeby jej hierarchizacji. Najtrudniejszym, a jednocześnie najważniejszym zadaniem jest poznanie w sformalizowanej postaci operatora T, który funkcjom wejścia przyporządkowuje jednoznacznie funkcje wyjścia. Porównywania opisów procesów logicznych pomiędzy modelami badawczymi a rzeczywistymi parami trącymi można dokonywać porównując wartości poszczególnych wielkości, będących współrzędnymi danych wektorów. Wektor wejścia X, będący w swej istocie "przyczyną", składa się ze strumienia masy x1, strumienia energii x2 i strumienia informacji x3. W podobny sposób można zdekomponować wektor wyjścia Y(y1, y2, y3), będący w swej istocie "skutkiem". Wektor zakłóceń wyróżnia proces tribologiczny występujący w rzeczywistych parach trących od procesów występujących w parach modelowych. Strumień masy x1, "doprowadzanej" do obszaru tarcia determinowany jest /z fizykochemicznego punktu widzenia/ rodzajem materiałów: próbki x11, przeciwpróbki x12, środka smarowego x13, a także - składem chemicznym atmosfery otaczającej parę trącą x14. Strumień energii "wejścia" do procesu x2 składa się głównie z energii mechanicznej określanej wartością nacisku x21,i prędkości x22 oraz cieplnej. Miarą intensywności doprowadzania ciepła jest temperatura pary trącej i środka smarowego x23. Możliwy jest także dopływ jeszcze innych rodzajów energii x24 ... Strumień informacji wejścia x3 jest najtrudniejszy do identyfikacji. Informacja zawarta jest bowiem w składzie chemicznym i w strukturze materiałów systemu tribologicznego, w kształcie, wymiarach i masie trących się partnerów, w chropowatości roboczych powierzchni, w charakterze styku oraz w wartości parametrów tarcia P, V, T. Zupełnie w podobny sposób dokonuje się analizy strumieni wyjścia. Badania tribologicznych właściwości materiałów sprawiają nadal wiele kłopotów . Proponowane wyżej podejście umożliwia porównywanie pomiędzy sobą parametrów strumieni "przyczyn" oraz strumieni "skutków" [6]. Daje to możliwość znalezienia relacji wiążących tribologicznych właściwości materiałów ze zdolnością tych materiałów do spełniania zadanych funkcji w kinematycznych węzłach maszyn. Istnieje potrzeba opracowania takiej metody pomiaru tribologicznych właściwości materiałów, ażeby można było uzyskiwać wyniki jednoznaczne, porównywalne, a użyte w badaniach próbki - aby nadawały się bezpośrednio do badań nowoczesnymi metodami fizyki i chemii. Pomiary właściwości tribologicznych powinny odbywać się w warunkach najbardziej zbliżonych do warunków występujących w łożyskach podczas tarcia mieszanego. Tarcie mieszane jest bowiem odpowiedzialne za "normalne" zużywanie się smarowanych elementów maszyn, a przebieg procesów tarciowych determinowany jest wzajemnym oddziaływaniem kontaktujących się materiałów czopa, panwi, smaru i otaczającej atmosfery. Metoda powinna w pierwszym rzędzie umożliwiać jednoznaczna: identyfikację rodzaju tarcia występującego w danej chwili w badanej parze [7]. Z definicji tarcia mieszanego głoszącej, że jest to tarcie dwóch współpracujących powierzchni nie przedzielonych ciągłą warstwą smaru, wynika, że obydwie te powierzchnie kontaktują się ze sobą bezpośrednio, stykając się występami swych mikronierówności. Na rysunku 6 pokazano zależność współczynnika tarcia kinetycznego od parametru Herseya dla łożyska ślizgowego, poprzecznego. Rys. 6. Zależność współczynnika tarcia kinetycznego od parametru Herseya: a-tarcie płynne, b-tarcie mieszane, c-tarcie suche Identyfikacji rodzajów tarcia dokonuje się mierząc - oprócz innych parametrów - wartość rezystancji elektrycznej R pomiędzy elementami pary trącej. Jeżeli rezystancja osiągnie wartość równą 0, świadczy to o nawiązaniu styku metal-metal przez trące się powierzchnie, o przerwaniu ciągłości filmu olejowego i wystąpieniu tarcia mieszanego. Metoda powinna zapewniać możliwość uzyskiwania zadanej i stabilnej wartości nacisku. Wynika stąd wymóg styku obydwu kontaktujących się powierzchni polami o zadanej stałej wartości i w konsekwencji - potrzeba wcześniejszego dotarcia próbek; najlepiej w obecności tego samego środka smarującego, który będzie użyty w badaniach. Badania zasadnicze poprzedza się próbami wstępnymi w celu wyznaczenia krytycznych wartości nacisku jednostkowego Pkr; prędkości ślizgania Vkr; temperatury Tkr i zużycia Z. Z reguły wyznacza się następujące charakterystyki; a/ µ, R, Z = f(P) dla V i T = const, b/ µ, R, Z = f(V) dla Pkri T = const, c/ µ, R, Z = f(T) dla Pkri Vkr= const, d/ µ, Z = f(t) dla T, V, P = const. Pomiar krytycznych wartości P, V, T pozwala na wyznaczenie warunków trwałości warstwy granicznej [7, 8]. Maszynę tarciową umożliwiającą pomiar temperatury desorpcji zbudowali J. Nita i K. Krawczyk [10], a jej ulepszoną wersję - pod nazwą PSB-1 - L. Starczewski i T. Pasteruk [9]. Oparte na niej metody pomiaru tribologicznych właściwości materiałów są bardzo czułe i pozwalają np. ocenić wpływ poszczególnych rodzajów środków smarowych na wartość temperatury krytycznej z dostateczną rozdzielczością, a nawet oszacowywać mechanizm oddziaływania tych środków z powierzchnią metalu /rys. 7/. Metoda pozwala także na dokonanie oceny wpływu zmian w składzie chemicznym materiałów pary trącej na właściwości tribologiczne /w tym na wartość temperatury desorpcji aktywnych składników smaru/. Rys. 7. Wyniki pomiaru temperatury desorpcji różnych środków smarowych z powierzchni złota 5. PODSUMOWANIE Przedstawiona wyżej metoda badań tribologicznych właściwości materiałów pozwala na dokonywanie oceny syntetycznej, umożliwiającej jednoznaczne określenie zachowania się materiału w systemie tribologicznym w zadanych warunkach. Proponowane podejście metodologiczne pozwala na zastosowanie w tribologii formalnego aparatu termodynamiki i innych nauk, a więc coraz szersze otwieranie wieka "czarnej skrzynki" procesu tribologicznego. Badania oddziaływań środowiska zewnętrznego z warstwą wierzchnią materiałów są, moim zdaniem, niezwykle obiecujące. Wydaje się, że bez większych kłopotów można rozszerzyć i zakres naszych zainteresowań o skutki nakładania warstw ochronnych na powierzchnię metali. Jeżeli mechanizm ich wiązania z podłożem będzie podobny do mechanizmu wiązania warstw granicznych, to w podobny sposób, np. przez pomiar zmian stanu naprężeń w warstwie wierzchniej, można wyznaczyć energię związania nakładanej warstwy z podłożem. Wydaje się, że to podejście pozwoli także na dokonywanie ocen efektów ulepszania warstwy wierzchniej najróżnorodniejszymi metodami /nagniataniem, obróbką cieplno-chemlczną, implantancją jonów, obróbką promieniami lasera itp./. Oprócz metod zwiększania wytrzymałości powierzchni na odkształcenia plastyczne i zwiększanie granicy plastyczności obserwuje się ostatnio intensywny rozwój metod technicznego wykorzystywania metastabilnych stanów materii w cienkich warstwach niektórych metali /zjawisko Garkunkowa/. Poznanie mechanizmu tego zjawiska pozwoli na uzyskanie niezwykle interesujących efektów technicznych. Przyjęcie proponowanej systematyki właściwości materiałów umożliwi lepsze uporządkowanie istniejącej informacji naukowej i technicznej. Uniknie się, dzięki temu, dość powszechnego w piśmiennictwie mieszania cech użytkowych materiałów z właściwościami fizykochemicznymi; nastąpi lepsze zrozumienie powiązań przemian zachodzących w obszarze tarcia z finalnym efektem tribologicznym i prawdopodobnie - lepsze wykorzystanie materiału systemu tribologicznego. Trudne do oszacowania możliwości tkwią bowiem w rozwoju zastosowań kompozytowych warstw ochronnych /przeciwzużyciowych, przeciwtarciowych, odpornych na wysoką temperaturę itd./, dodatków uszlachetniających do olejów i smarów eksploatacyjnych l technologicznych. Sprawa oceny przydatności i doboru materiałów na elementy systemu tribologicznego jest uzależniona od rozwoju metod badań tribologicznych właściwości materiałów. Proponowane podejście pozwala na dokonanie takich ocen w sposób naukowy. 6. ZAKOŃCZENIE Autor nadając taki kształt opracowania miał na celu wyeksponowanie zagadnień tarcia mieszanego w badaniach materiałowych i postawienie - tym samym - pewnej prognozy kierunku rozwoju tribologii. Słuszność prognozy zostanie zweryfikowana przez życie. 7. LITERATURA Leszek W., Rożnowski T., Ziemba S.: Niektóre aspekty cybernetyczne tribologii. ZPEM, 1974. Leszek W., Marczak R.: System tribologiczny jako system fizykochemiczny. Materiały X Sympozjum Tribologicznego. Biul. WlTPiS/ s.258-281/, Sulejówek. Marczak R.: Tribologiczne własności materiałów łożyskowych. Inf. W1TPiS, Sulejówek 1977. Sadowski J.; Cieplno-mechaniczne podstawy zużywania utleniającego toworzyszącego tarciu zewnętrznemu metali. P. Pozn., 1984. Marczak R.: Istota tribologicznych właściwości materiałów łożyskowych. Referat wygłoszony na II Krajowym Kolokwium Tribologicznym, Gębice 1982. Marczak R.: Chmielewski H.: Badania mechanizmu oddziaływania środowiska smarnego z powierzchnią metali. Materiały X Szkoły Tribologicznej. Warszawa 1980. Starczewski L.: Szczególna metoda wyznaczania temperatury desorpcji. Materiały X Szkoły Tribologicznej, Warszawa 1980. Janos J.: Tribologiczne problemy wytwarzania cienkich drutów ze złota dla przemysłu elektronicznego. Praca doktorska, Sulejówek 1984. Starczewski L., Pasteruk T.: Metoda doboru materiałów na skojarzenia trące pojazdów na przykładzie wybranych elementów silnika WOLA. Praca doktorska, Sulejówek 1985. Nita J., Krawczyk K.: Model oceny własności tribologicznych substancji smarowych. Praca doktorska. Kielce 1978. Janecki J.: Krytyczny przegląd hipotez tarcia suchego oraz ich fizyko-mechaniczne uzasadnienie. Inf. WITPiS, Wydanie specjalne, 1973. Matwiejewski R.M., Winner A.B., Marków A.A. i inni: Wlijanije prirody powierchnostiej trenija i smazocznoj sredi na adsorpcju i tempieraturnuju stojkost smazocznych materiałów. Taszkent 1975. Lenkiewicz W.; Metody badań tribologicznych - systemy badawcze. ZEM, 3, 31, 1977. Sethuramiah A., Ocabe H., Sacurai T.: Critical temperature in. E.P. lubrication. Wear 2, 26, 1974. Marczak R., Chmielewski H., Starczewski L.: Zagadnienia badań ciepła i temperatury desorpcji środków smarnych. Referat na otwarcie zebrania SPEM KBM, 9.3.1976. Ciach R., Marczak R., Szumniak J.: Badania tribologicznych właściwości materiałów łożyskowych. Materiały IV Krajowego Seminarium Eksploatacji Urządzeń Technicznych, Katowice 1977. Haś Z.: Właściwości warstw wierzchnich niskotarciowych i metody ich wytwarzania. Materiały XI Szkoły Tribologicznej, Rynia 1982. Jakowluk A., Pytko St., Ziemba S.: Kierunki badań własności mechanicznych i tribologicznych materiałów konstrukcyjnych . Materiały VIII Szkoły Tribologicznej, Kroków-Osieczany 1978. Lenkiewicz W., Oleksiak Z .: Aspekty metodyczne testowych badań tribołogicznych tworzyw konstrukcyjnych. Tribologla, Paliwa i Smary. Materiały IV Krajowego Sympozjum Eksploatacji Urządzeń Techn., Katowice 1977. Lenkiewicz W., Olszewski O.: Metodologia badań zużycia. Metody, stanowiska, aparatura, Materiały VIII Szkoły Tribologicznej. Kraków-Osieczany 1978. Nosal S., Staniewski J .W.: Wpływ twardości stali 55 i 40H na współczynnik tarcia. Materiały X Szkoły Tribologicznej, Warszawa 1980. Marczak R.: Oddziaływanie materiałów w obszarze tarcia. Materiały XI Szkoły Tribologicznej, Rynia 1982. Oleksiak Z.: Wybrane efekty tarcia tworzyw ciernych z żeliwnymi próbkami galwanicznie pokrytymi chromem. Materiały X Szkoły Tribologicznej, Warszawo 1980. Lisowski Z .: Wykorzystanie pomiarów tarcia w badaniach własności przeciwzatarciowych pierścieni tłokowych silników spalinowych dużej mocy. Materiały X Szkoły Tribologicznej, Rynia 1982. Ciczinadze A.W., Matwiejewski R.M.: Wlijanije tiempieratury na rozruszenije smazocznogo słoja pri trenii w usłowijach granicznoj smazki. Moskwa 1982. Analiza stanu nauki, techniki i kształcenia w zakresie tribologii w Polsce na tle osiągnięć światowych. WSI, Radom 1984. Banaszkiewicz S.: Wpływ wybranych napełniaczy na własności użytkowe okładzin hamulcowych ciężkich pojazdów. Praca doktorska, PKrak. 1981. Hebda M., Wachal A.; Tribologia, WNT, Warszawa, 1980. Janecki J.; Wpływ obróbki cieplnej hamulcowych tworzyw fenolowoformaldechydowych na zmiany ich ciernosci i odporności na zużycie. Praca habilitacyjna. Warszawa 1968. Lawrowski Z.: Badania porównawcze materiałów łożyskowych. Zesz. Nauk. PWrocł. nr 10, Wrocław 1971. Leszek W., Lewitowicz J.: Fizyczne podstawy warstwy wierzchniej. Materiały XII Sympozjum Tribologicznego, Częstochowa 1983. Marczak R., Modrzewski J., Szurnniak J.: Zagadnienia tribologiczne w stopach łożyskowych opartych o surowce krajowe. Arch. Hut. nr 4, Kraków 1983. Wachal A.: Zmiany własności przeciwzużyciowych i przeciwzatarciowych oleju smarowego w wyniku starzenia. Materiały XI Sympozjum Tribologicznego, ITWL 235/82, Warszawa 1982. Wachał A.: Procesy występujące w warstwie wierzchniej przy tarciu polimerów. Materiały XlI Sympozjum Tribologicznego, Częstochowa 1982. Zawalski S.: Badania nad optymalizacją tworzyw na nakładki hamulców tarczowych. Praca doktorska, PPozn., 1973. Ziemba S., Hondzel-Powierza Z.: Problem analitycznego opisu własności warstwy wierzchniej. Materiały XII Sympozjum Tribologicznego, Częstochowa 1983. Broś J., Janecki J.: Układy frykcyjne - zjawiska tarcia i zużywania oraz kształtowania własności tworzyw ciernych". Materiały l Krajowego Kolokwium Tribologicznego, Janów Lubelski 1978. Janecki J., Marczak R., Pasreruk T.; Testowa metoda oceny jakości eksploatacyjnej pary hamulcowej samochodu na podstawie programowanych badań stanowiskowych. Pojazdy samochodowe, KOM NOT 76 PAN, s. 177-184. Kraków 1976. Janecki J., Spaliński K.: Badania eksploatacyjne własności organicznych tworzyw hamulcowych samochodów. Zagadnienia Tarcia, Zużycia i Smarowania, z. 4, 1968. Janecki J., Zawalski S.: Krajowe nakładki hamulców tarczowych no bazie żywicy fenoIowo-formaldehydowej. Materiały IV Krajowego Sympozjum Eksploatacji Urządzeń Technicznych, Gdańsk-Cetniewo 1972. Spaliński K.: Badania własności tarciowych tworzyw ciernych stosowanych na nakładki hamulcowe. Praca doktorska, WAT, 1973. Ścieszka S.: Problemy tarcia suchego w hamulcach maszyn wyciągowych. Praca ZKMPW nr 72, Wyd. Śląskie, Katowice 1974. Braun E.D., Jewdokimow J .A ., Cziczinadze A.W.: Modelirowanije trenija i iznasziwanija w maszynach. Maszynostrojenije, Moskwa 1982. Kragielski l.V.: Osnowy rasczetow na trenije i iznos, Maszynostrojenije, Moskwa 1977. Kragielski l.V.: Nowyje aspiekty o trenii i iznosie. Technika: Fizykochimiczeskaja mechanika kontaktnogo uzsimodiejstwa, Kijew, 1973.

Ryszard Marczak #TRYBOLOGIA l. Wprowadzenie Można przyjąć, iż pewnej liczbie uczestników tego seminarium hasło "trybologia" niewiele mówi albo też wydaje się być nie na miejscu. Kurs poświecony problemom korozji nie powinien, jakby się wydawało, zajmować się zagadnieniem tarcia, zużycia i smarowania. Są to powody, dla których autor czuł się zmuszony do nieco szerszego potraktowania naukoznawczych aspektów trybologii. Pojęcie "nauka" łączy w sobie dwa znaczenia: nauka jest systemem wiedzy i jednocześnie jest działalnością ludzką skierowaną na zwiększenie ilości wiedzy /2/. Naukoznawcy, rozpatrując rozwój nauki jako systemu wiedzy, zwracają uwagę na pewne charakterystyczne jego cechy, a mianowicie: - występowanie okresów burzliwego rozwoju i okresów pewnej recesji w każdej z dyscyplin naukowych; - postępujący proces zróżnicowania i integracji poszczególnych gałęzi nauki /3/. Procesy zróżnicowania i integracji wynikają z potrzeb poznawczych oraz praktycznych i z reguły wywierają olbrzymi wpływ na przyspieszenie rozwoju wiedzy i ulepszanie metod organizacji nauki. Na naszych oczach i niekiedy przy naszym udziale powstało szereg nowych nauk, w tym - trybologia. Dzisiaj nie można jeszcze dostatecznie ściśle określić jej wewnętrznej struktury i zakresu problematyki. Tym niemniej należy przypuszczać, że charakter rozwoju trybologii nie będzie różnił się od charakteru rozwoju innych nauk określonych mianem "interdyscyplinarne". Do najważniejszych cech tego rozwoju należy przyjmowanie idei i metod naukowych od nauk podstawowych oraz dostosowywanie ich do swych potrzeb i celów. Prof. M. Mięsowicz stwierdza /13/, że "fizycy polscy w swych badaniach podstawowych, dotyczących najważniejszych kierunków rozwojowych tej dyscypliny, obok wysoko ocenionych rezultatów w tych badaniach, osiągnęli wysoki poziom techniki doświadczalnej, w dziedzinach ważnych dla rozwoju fizyki stosowanej i wielu dziedzinach techniki" . Wciąż wzrastająca potrzeba wzajemnego współdziałania nauk ma swoją przyczynę także w tym, że przyroda jest jedna; między modelami rzeczywistości, badanymi przez różne nauki (np. przez chemię ciała stałego i fizykę), istnieje związek przedmiotowy, a poszczególne dyscypliny naukowe, badając różne strony jednego i tego samego obiektu, wyrażają tylko część jednego zespołu właściwości /3/. Jest oczywistym, że wiele metod i technik badawczych wypracowanych w fizyce i chemii fizycznej C tez nauce interdyscyplinarnej!) zostanie wykorzystanych w trybologii. Wydaje się interesującą propozycja /14./ wykorzystania idei cybernetyki i podejścia do działalności naukowo-badawczej w trybologii jako do swego rodzaju procesu informacyjnego. Z tego punktu widzenia każda nauka (a więc i trybologia) może być rozpatrywana jako złożony dynamiczny system informacyjny, stworzony przez człowieka dla zebrania, analizy i opracowywania informacji w celu otrzymania nowych prawd i nowych praktycznych wniosków /3/. W takim ujęciu wszelka produkcja naukowa, do której należy zaliczyć podstawowe odkrycia, dane badawcze, uogólnienia, rozwiązania techniczne, technologiczne i konstrukcyjne, może być mierzona "zmianą informacji między wejściem a wyjściem" /1/. Bardziej uwypukla się rola wykorzystania elektronowej techniki obliczeniowej do wstępnego przetwarzania informacji naukowej w świecie, jej potrzeb przy rozwiązywaniu pojedynczego zagadnienia i indywidualnych możliwości człowieka. W ujęciu systemowym łatwiej jest ocenić wspólne obszary dla trybologii i nauki o korozji. Obie zajmują się badaniami procesów niszczenia i ochrony przed niszczeniem materiałów z tym, że przedmiotem zainteresowań korozjonistów jest system złożony z materiału i otoczenia, a przedmiotem badali trybologów - system utworzony z dwóch elementów materiałowych: pary trącej i otoczenia*. Traktując chemię fizyczną jako wyspecjalizowaną gałąź fizyki można w ślad za J. Maleckim /14/ znaleźć następujące aspekty jej związków z trybologią: - współzależność - jako powiązanie dyscyplin naukowych, a więc określonego, stale wzrastającego zasobu wiedzy ludzkiej; - kształtowanie metod badawczych; - nawiązywanie współpracy instytucji badawczych; - uzupełnianie się działalności zawodowej specjalistów z obu dyscyplin naukowych. 2. Geneza i przedmiot trybologii Tarcie, zużycie i smarowanie znane są ludzkości chyba od czasu wynalezienia koła (smarowano np. osie rydwanów bojowych w starożytnym Egipcie), a nawet jeszcze wcześniej. Jest wprost zadziwiające, że to najwcześniej przez homo sapiens dostrzeżone zjawisko zamiany pracy w ciepło jest tak mało ropoznane. Człowiek najpierw poznał ogień w postaci niszczycielskiego zjawiska (pożaru wznieconego przez piorun, wybuchu wulkanu itp.). Najstarsze siady użytkowania ognia znajdujemy już w dolnym paleolicie (od około l mln do 100 tys. lat temu). Ogień stał aię wkrótce podstawą bytu człowieka pierwotnego. Z czasem człowiek nauczył się rozniecać ogień - początkowo właśnie przez mechaniczne pocieranie dwóch kawałków drewna, później przez krzesanie (hubka + krzesiwo). Pierwsze ślady celowego krzesania ognia pochodzą z górnego paleolitu (od 40 do 14. tys. lat temu); technika krzesania nie uległa zmianie aż do XIX w.n.e., tj. do chwili wynalezienia zapałek fosforowanych. Zapalanie dzisiejszych zapałek czy zapalniczek odbywa się przecież również przez pocieranie. # Publikowana w pracy zbiorowej p.t.: „Niektóre problemy chemicznego i mechanochomicznego niszczenia metali”, Ossolineum, Wrocław 1977 * Otoczenie może być także jednym z dwóch elementów pary trącej.   Problem zmniejszania oporów tarcia i zmniejszania zużycia towarzyszył przez cały czas rozwojowi cywilizacji technicznej, ulegając na przestrzeni dziejów zmianom jakościowym (wykorzystanie tarcia - tworzywa cierne, hamulce, sprzęgła) i ilościowym (wytężenie węzłów kinematycznych nowoczesnych maszyn). Metody z "praktyki" okazały się niewystarczające, a wysokość strat ponoszonych przez przemysł wzrosła do ogromnych sum. W 1964 r. powołano w Wielkiej Brytanii specjalną rządową-komisję, pod przewodnictwem H. P. Josta, do przeanalizowania stanu wiedzy i badań w dziedzinie techniki smarowania maszyn. Wyniki pracy komisji przedstawiono rządowi. Stwierdzono, że wysokość strat w przemyśle maszynowym Wielkiej Brytanii sięga kwoty 0,5 miliarda funtów. Jednym ze sposobów zmniejszenia strat było - zdaniem komisji - podniesienie rangi służby smarowniczej. Taka była geneza propozycji objęcia problemów związanych z tarciem, zużyciem i smarowaniem maszyn nazwą "trybologia" (grec.: tribos - tarcie, logos - nauka). Proponowana nazwa przyjęta się i jak dotąd robi ogromną karierę w świecie. Zgodnie z duchem definicji angielskiej (1968 r.), trybologia jest to "nauka o oddziaływaniu i technologia oddziaływujących na siebie powierzchni, znajdujących się we względnym ruchu oraz przedmiotów pokrewnych i zagadnień praktycznych". Jak widać na ukształtowanie się takiej definicji (drugiej z kolei) wpłynęły przede wszystkim problemy techniczne, mające bezpośredni związek z ekonomiką, a nacelowane na optymalizowanie tarcia i przeciwdziałanie zużywaniu się elementów maszyn. Według pojęć klasycznych trybologia jest nauką interdyscyplinarną, metodologicznie opartą na naukach podstawowych, przede wszystkim na fizyce i chemii ciała stałego, wykorzystującą swoje osiągnięcia w nauce i technice konstruowania, budowy i eksploatacji kinematycznych węzłów maszyn. Obejmuje w ten sposób wszystkie trzy fazy istnienia maszyny i jednocześnie głęboko wkracza w technologie samej produkcji (smary i smarowanie technologiczne) /4/. Przy przyjęciu takiej definicji trybologii jej powiązania z techniką i pnktyka przedstawia rysunek l. Rys. l. Schemat strumieni informacji w systemach /4/: a) trybologia - konstrukcja - budowa - eksploatacja maszyn; b) trybologia - konstrukcja - technologia produkcji - eksploatacja maszyn Wydaje się jednak, że z tak pojętej dyspliny należałoby wyraźnie wyróżnić dwa kierunki: pierwszy - naukowy, związany z badaniami procesów fizycznych i chemicznych zachodzących w obszarze tarcia (trybologia -sensu stricto); drugi - techniczny, obejmujący wszelkie techniczne i ekonomiczne problemy trybologii (trybotechnika). Konieczność takiego rozróżnienia wynika zarówno z innego rozumienia czym są nauki podstawowe stosowane w Polsce a gdzie indziej (np. w Anglii), jak i z potrzeby znalezienia bliższych powiązań trybologii z innymi naukami. Badania podstawowych procesów fizycznych i chemicznych zachodzących na powierzchni ciała stałego (sorpcja, dyfuzja, kataliza, utlenianie) były do niedawna domeną fizyki i chemii ciała stałego, które zresztą wypracowały wiele interesujących metod badania tych zjawisk. Praktyka i technika trybologii żądają jednak konkretnych odpowiedzi na pytanie: co i jak należy zrobić, aby sprostać rosnącym wymaganiom (trwałość i niezawodność) w coraz ostrzejszych warunkach pracy maszyn (wytężenie węzłów kinematycznych, ekstremalnie trudne narażenia zewnętrzne, dążność do zmniejszania zużycia materiałów itp.) przy jednoczesnej konkurencyjności ekonomicznej. Trybologia, zajmując się również badaniami zjawisk zachodzących na powierzchni ciała stałego, chce związać ich mechanizm ze stanem i budową warstwy wierzchniej, wszelkimi zmianami generowanymi tarciem i wzajemnym wpływem tych wszystkich zjawisk i stanów na procesy tarciowe. Styki i wspólne obszary trybologii z innymi naukami są i zawsze będą duże. Nie należy jednak przypisywać trybologii roli majoryzującej, lecz wyłącznie rolę integrującą w zakresie tych nauk lub ich części, które mogą przyspieszyć proces poznawczy w przedmiocie trybologii. Na rysunku 2 przedstawiono schematycznie powiązanie trybologii i trybotechniki z innymi naukami. Dla wyeksponowania "poziomów" i przechodzenia do badali podstawowych (I) przez techniczne (II) do zastosowań praktycznych (III) pominięto niektóre związki i strumienie przepływu informacji. Zwraca uwagę fakt, że poziom II jest wspólny dla trybologii i trybotechniki. Jest to zgodne ze światową tendencją wzmacniania więzi pomiędzy naukami podstawowymi a stosowanymi. Przedstawiona powyżej definicja trybologii nie jest ani pełna, ani wyczerpująca. Jest jedną z prób bliższego przedstawienia przedmiotu i celu tej nauki. "Definicję będzie można podać dopiero na dość wysokim stopniu poznania definiowanego pojęcia, a nie w punkcie wyjściowym tego procesu" /3/. Rys. 2. Schemat powiązań trybologii i trybotechniki z innymi naukami 3. Tarcie a smarowanie Pojęcie "smarowanie" ma kilka znaczeń. Może ono oznaczać proces fizyczny związany z zamianą tarcia suchego na inne rodzaje tarcia, może oznaczać specjalne zagadnienie techniczne, związane ze sposobem doprowadzania środka smarującego do węzłów trących, sposobem technicznego zrealizowania zasady tarcia płynnego w łożyskach, bądź też - z konsystencją zastosowanego smaru (smarowanie hydrostatyczne, hydrodynamiczne, aerodynamiczne itp.), może także oznaczać prostą czynność wprowadzania smaru pomiędzy trące się elementy. Ta nieoznaczność jest czasem powodem niesłusznego używania terminu "smarowanie" jako synonimu "tarcia" (smarowanie płynne - tarcie płynne). Smarowanie jest więc związane z obecnością w parze trącej środka wprowadzonego celowo głównie dla zmniejszenia oporów tarcia i zmniejszenia zużycia. W pierwszym przybliżeniu można powiedzie, że rodzaj tarcia realizującego się w węźle tarciowym zależy od względnej grubości warstwy smaru. W tabeli przedstawiono związki pomiędzy grubością warstwy smaru, rodzajami tarcia i wartościami współczynników tarcia (zestawienie to ma charakter tylko poglądowy). Tabela Względna grubość warstwy smaru Rodzaje tarcia Wartość współczynników tarcia Brak suche powyżej 0,2 Warstwy adsorpcyjne mono- lub polimo- lekularne smarów, płynów, pary wodnej itp., warstwy chemisorpcyjne tlenków, siarczków i inne graniczne 0,2-0,04 Warstwy smaru o grubości mniejszej od wysokości mikronierówności trących się powierzchni ciał stałych mieszane 0,2-0,08 Warstwy smaru o grubości większej od mikronierówności trących się powierzchni ciał stałych płynne 0,08-0,005 Rozpatrywanie współczynników tarcia (kinetycznego) w oderwaniu od materiałów pary trącej, rodzaju mchu, warunków zewnętrznych i metody pomiaru ma w chwili obecnej co najmniej charakter dyskusyjny. Na przykład wartość współczynnika tarcia stali po teflonie wynosi około 0,04, jest więc niższa niż (w niektórych przypadkach) wartość współczynnika tarcia płynnego. Ten ostatni w pewnych rozwiązaniach smarowania hydrostatycznego może osiągnąć wartości rzędu 10 -10 , a więc niezmicrnie małe. Byłoby bardzo pożądane generalne uporządkowanie tego zagadnienia. Aktualnie obowiązująca norma (PN-67/M-04301 "Tarcia i procesy zużycia przy tarciu ciał stałych") budzi zbyt wielo kontrowersji. 4. Problemy materiałowe w trybologii Rozwiązanie podstawowego zadania z zakresu optymalizacji węzłów kinematycznych maszyn polega przede wszystkim na prawidłowym doborze materiałów na pary trące oraz środka smarującego. Inżynieria materiałowa rozumiana jako technika dobierania tworzywa na pary trące maszyn nie jest nowością w trybologii. Ogromna ilość obserwacji praktycznych oraz wyniki wielu szczegółowych prac badawczych doprowadziły do utworzenia dużego zbioru informacji o zachowaniu się różnych materiałów w parach trących. Znacznie gorzej przedstawia się sprawa z doborem trzeciego partnera do pary trącej - środka smarującego. W tym przedmiocie istnieje jeszcze wiole luk i niejasności, wynikających z niedostatecznej znajomości procesów zachodzących w obszarach tarcia, determinowanych zarówno składem chemicznym smaru i materiałów pary, jak i warunkami pracy węzła kinematycznego. Stan taki wynika bezpośrednio z braku powiązań pomiędzy projektowaniem i wytwarzaniem materiałów smarowych a konstrukcja, budową i eksploatacją maszyn. Inżynieria materiałowa rozumiana jako nauka o doborze i kształtowaniu właściwości użytkowych tworzyw jest dopiero w początkowej fazie swojego rozwoju, jej podstawowym zadaniem są nie tyle urządzenia i sposoby przeprowadzania procesów technologicznych, ile mechanizm zjawisk zachodzących wewnątrz tworzywa w skali mikroskopowej (atomowej) i makroskopowej oraz w konsekwencji - zmiany użytkowych własności tworzyw. Uniezależnienie pojęcia inżynierii materiałowej od procesu technologicznego pozwala na lepsze uwypuklenie wpływu innych procesów (np. tarcia) na własności tworzyw. Stąd też wypływają podstawowe zadania badawcze dla trybologii - badania związków pomiędzy warunkami pracy węzłów kinematycznych maszyn a właściwościami materiałów konstrukcyjnych (tworzyw par trących) i smarowych. Wydaje się, że zrealizowanie tak sformułowanych zadań zapewni od strony naukowej rozwiązanie zagadnienia optymalizacji kinematycznych węzłów tarcia w maszynach. 4.l. Funkcja i struktura systemu trybologicznego Funkcją systemu trybologicznego jest realizowanie zadania w warunkach występowania względnego ruchu elementów pary trącej i związanego .z tym tarcia, oddziaływająego na realizację funkcji. Rys. 3. Schemat systemu trybologicznego /10/ Przez system trybologiczny należy rozumieć układ złożony ze złącza ruchowego (pary trącej), otoczenia ruchowego oraz układu sterującego (rys. 3). Składowe te tworzą podsystemy systemu trybologicznego w otoczeniu, które z parą trącą może oddziaływać fizycznie i chemicznie. W otoczeniu można wyróżnić mikrootoczenie pary trącej, różniące się od reszty otoczenia głównie strukturą (stopniem uporządkowania składników) i, ewentualnie, składem chemicznym. Oddziaływanie mikrootoczenia na elementy pary może odbywać się za pośrednictwem otoczenia lub układu sterującego (np. wymiana ciepła). Z przedstawionego na rys. 3 schematu można wyróżnić następujące relacje, wiążące pomiędzy sobą elementy i podsystemy systemu trybologicznego: a) układ sterujący a podsystemy lub elementy systemu; b) relacja wewnętrzna podsystemu "pary trącej" (element pary - element pary); c) relacje wewnętrzne w elementach pary (warstwa wierzchnia - rdzeń); d) element złącza - otoczenie - element złącza; e) element złącza - mikrootoczenie tego elementu - mikrootoczenie drugiego elementu złącza - element złącza; f) makrootoczenie - otoczenie; g) relacje wewnętrzne podsystemu "otoczenia" (otoczenie - mikrootoczenie). Stan systemu trybologicznego jest znany, jeżeli znane są jego elementy i zbiór relacji zachodzących pomiędzy nimi. Spośród wielu możliwych stanów systemu trybologicznego można wyróżnić zbiór stanów optymalnych. Są one rezultatem realizacji funkcji systemu zgodnej z programem założonym dla tego systemu. System trybologiczny jest systemem o ograniczonych możliwościach sterowania w procesie użytkowania ze względu na niewielką liczbę zmiennych sterujących. Powoduje to, że system trybologiczny realizuje w zasadzie tylko jeden program funkcjonalny. Każda zmiana programu funkcji systemu trybologicznego wymaga przebudowy jego struktury. Występujące w trakcie realizacji funkcji systemu trybologicznego tarcie zewnętrzne powoduje - na skutek zużycia - osiągnięcie przez elementy trące systemu stanów granicznych. O ile znane są niektóre systemy trybologiczne umożliwiające w określonym przedziale czasu optymalne działanie systemu poprzez jego reakcje na niektóre zmiany stanu systemu (np. automatyczna regulacja luzów w hamulcach i układach kierowniczych pojazdów mechanicznych), o tyle nie znane są jeszcze w technice systemy trybologiczne, w których by nie zachodziło zużycie ich elementów trących. Wpływ zużycia na właściwości funkcjonalne systemu trybologicznego jest dwojakiego rodzaju. Na ogół korzystny w początkowym okresie pracy pary trącej ("dotarcie"), w dalszym powoduje ciągle rosnący ubytek właściwości funkcjonalnych, poczynając od zmian minimalnych aż do całkowitego zniszczenia systemu. Sterowanie systemem trybologicznym sprowadza się więc do ograniczenia intensywności ubytku jego zdolności do spełniania funkcji poprzez zapewnienie mu wymaganej, dostatecznie dużej, rezezrwy tej zdolności w procesach projektowania i wytwarzania systemu. Procesy te powinny nadać systemowi trybologicznemu najwłaściwsze dla jego programu cechy kinematyczne i dynamiczne, zapewnić dobór najwłaściwszych materiałów i technologii oraz poprawne wykonanie poszczególnych elementów systemu. 4.2. Właściwości użytkowe materiałów systemu trybologicznego Pojęcie materiału nie jest jeszcze jednoznacznie sprecyzowane. Dość powszechny pogląd, że materiałem jest tylko tworzywo konstrukcyjne nie wydaje się słuszny z uwagi na funkcje materiałów w systemach trybologicznych. Z tego względu autor skłania się w kierunku jeszcze niezbyt licznych poglądów /4, 5/i że materiałem może być każde ciało fizyczne, jeśli jego właściwości umożliwiają użycie go do spełniania określonych funkcji w maszynie lub urządzeniu technicznym. Taka definicja pozwala zaliczyć do grupy materiałów całą rodzinę olejów, smarów itp. Patrząc na wymagania stawiane np. smarom w systemach trybologicznych można stwierdzić następujące prawidłowości: l. Wymagania stawiane smarom determinowane są funkcją danego systemu trybologicznego. Rola smaru w parze trącej wynika z jego właściwości umożliwiających w mniejszym lub większym stopniu korzystne zmiany w przebiegu co najmniej niektórych z poniższych procesów: a) zmniejszanie oporów tarcia; b) zmniejszanie zużycia materiałów pary trącej; c) transport ciepła (zazwyczaj odprowadzanie); d) odprowadzanie zanieczyszczeń mechanicznych; e) tłumienie drgań; f) ochronę przed działaniem korozji. 2. Smar staje się równorzędnym, a niekiedy decydującym partnerem materiałowym systemu trybologicznego. Kryterium oceny prawidłowości doboru smaru do pary trącej stanowi optymalną zdolność tej pary (systemu trybologicznego) do spełniania zadanej funkcji. 3. Różnorodność systemów trybologicznych, wynikającą z różnorodności ich funkcji i struktury, wartości wymuszeń (prędkość, nacisk, temperatura), warunków zewnętrznych (otoczenie), sposobów doprowadzenia smaru itp. sprawia, że istnieje olbrzymia ilość rodzajów smarów i w konsekwencji tego stanu nie mniejsza trudność w ich doborze i klasyfikacji. Zużycie smarów związane jest bądź z pracą maszyny (smary eksploatacyjne), bądź też z ilością produkcji (smary technologiczne). Pierwsze zalicza się do grupy materiałów eksploatacyjnych, drugie - do grupy materiałów pomocniczych. Wspólną cechą wszystkich materiałów jest to, że w każdym z nich można wyodrębnić elementy składowe. Elementami materiału mogą być oddzielne ziarna, cząstki, związki chemiczne, a nawet atomy. Zbiór funkcjonalnie związanych ze sobą elementów materiału, więzi i zależności między nimi, stanowiących o uporządkowaniu elementów, nazywa się strukturą materiału. Struktura nadaje elementom charakter całości i podporządkowuje wspólnym prawom, z których wynika, że właściwości całej struktury są inne niż właściwości poszczególnych elementów. Zmiana właściwości elementu lub jego ubytek prowadzi do zmiany właściwości całej struktury. Struktura determinuje stan materiału i jego zachowanie się pod wpływem czynników zewnętrznych i pozwala na przewidywanie jej reakcji na działanie tych czynników. Możliwość przewidywania reakcji struktury na działanie czynników wymuszających i sterowanie tą reakcją stanowi o możliwości zakwalifikowania danego ciała fizycznego do grupy materiałów. Określenie "materiał lepszy" oznacza materiał posiadający strukturę i właściwości lepiej dostosowane do działania czynników wymuszających przy założonych kryteriach oceny; określenie "materiał zastępczy" oznacza zwykle materiał, którego właściwości są z reguły gorzej dostosowane do działania czynników wymuszających, ale który musi być zastosowany ze względu na niemożność użycia materiału właściwego. Struktury materiałów złożone są z wielkiej ilości elementów, między którymi występują relacje o charakterze nieliniowym. Powoduje to, obok nieciągłości przestrzennej właściwości materiałów, niedetermistyczny charakter relacji pomiędzy działaniem otoczenia a reakcją materiału w jego poszczególnych mikroobjętoś ciach. Z tego względu relacja ta powinna być rozpatrywana metodami statystycznymi. Ponieważ działanie czynników zewnętrznych ma również charakter statystyczny, przewidywanie reakcji materiału na działanie otoczenia polega na wyznaczeniu prawdopodobieństwa zaistnienia określonych stanów materiału pod wpływem prawdopodobnych wartości działających czynników. W zastosowaniach trybologicznych najczęściej występującą reakcją materiału, powodującą korzystne lub niekorzystne zmiany właściwości użytkowych materiału, jest przebudowa jego struktury. Zmiany te, w zależności od zasięgu działania czynników zewnętrznych oraz pierwotnych właściwości materiału, mogą być dostrzegalne już przy rozpatrywaniu mikroobjętości. W wielu przypadkach zmiana właściwości obserwowana w skali makro spowodowana jest kumulacją zmian zaszłych w poszczególnych mikroobjętościach albo też występowaniem zmian w skali mikro zachodzących w ilościach masowych w całym materiale. Przebudowa struktury materiału pod wpływem określonego czynnika zewnętrznego wywołująca korzystne zmiany właściwości użytkowych materiału, może być zaplanowana w procesie wytwarzania materiału lub odbywać się niejako samorzutnie, stanowiąc formę adaptacji materiału do warunków zewnętrznych. Przy projektowaniu właściwości użytkowych (w tym trybologicznych)materiałów powinno się wykorzystywać znajomość relacji pomiędzy strukturą materiałów a czynnikami zewnętrznymi, występującymi zarówno w procesie wytwarzania materiałów, jak i w okresie spełniania przez niego określonej funkcji w maszynie lub urządzeniu technicznym. Rozpatrując działanie czynników zewnętrznych na materiał należy zwrócić uwagę na to, że przebudowa struktury pod wpływem wybranego czynnika może ujawnić się momentalnie po jego wystąpieniu albo też dopiero po upływie dość znacznego czasu. Wynika stąd konieczność rozpatrywania intensywności zmian właściwości od wybranego czynnika, co z kolei determinuje przedziały czasu, w których materiał: - uzyskał optymalne właściwości użytkowe; - utrzymał te właściwości w założonych granicach; - przekroczył graniczne wartości właściwości użytkowych. 4.3. Rola smaru w parze trącej maszyny Każdy węzeł ruchowy maszyny może być oceniany jego trwałością i niezawodnością działania. W kryteriach optymalizacyjnych na tle relacji: para trąca - maszyna uwzględnia się obok kosztów wytwarzania danej pary trącej również koszt jej eksploatacji (ilość, częstotliwość i łatwość obsługi, zużycie smaru itp.). Kryteria ekonomiczne obok kryteriów funkcjonalnych generują więc wymagania stawiane każdemu systemowi trybologicznemu maszyny we wszystkich trzech fazach jej istnienia (projektowanie - budowa - eksploatacja), a funkcja systemu trybologicznego wyznacza rolę poszczególnym materiałom systemu. Zdolność systemu trybologicznego do optymalnego spełniania zadanej mu funkcji zależy w dużej mierze od właściwości wszystkich materiałów pary trącej (konstrukcyjnych i eksploatacyjnych). Zmiana któregokolwiek materiału, zmiany struktury materiałów (zarówno w skali molekularnej, jak i mikro) lub zmiany warunków zewnętrznych w systemie trybologicznym, z reguły powoduje zmianę optimum tej zdolności /12/. Z tego względu, zdaniem autora niniejszej pracy, te właściwości materiałów, których występowanie ujawnia się dopiero w systemie trybologicznym, należy nazywać właściwościami trybologicznymi materiałów. W przypadku smarów eksploatacyjnych takim syntetycznym wskaźnikiem oceny ich właściwości trybologicznych powinien być wskaźnik nazwany smarnością. Wskaźnik ten definiowany jest obecnie jako zdolność środka smarującego do tworzenia trwałych warstw granicznych, zapewniających występowanie w parze trącej co najmniej tarcia granicznego. Zwraca się uwagę, że sposób wyznaczania wartości tego wskaźnika, np. przy pomocy aparatu czterokulowego, odbywa się w przeważającej mierze bez udziału materiałów przyszłej pary trącej i przy innym rodzaju tarcia. Wydaje się niezbędnym związanie pojęcia smarności oleju (smaru) z pojęciem własności ślizgowych materiałów konstrukcyjnych i wprowadzenie wspólnego syntetycznego wskaźnika oceny właściwości trybologicznych takiego układu materiałowego dla różnych rodzajów tarcia. Smary eksploatacyjne umożliwiają uzyskiwanie w parach trących tarcia płynnego, co na ogół bywa związane z niewielkimi oporami tarcia i bardzo małymi wartościami zużycia materiałów elementów pary trącej. Istota tarcia płynnego, polegająca na rozdzielaniu powierzchni trących się ciał stałych za pomocą płynu (cieczy) i zamianie tarcia zewnętrznego na tarcie wewnętrzne cieczy, jest prosta. Duże podobieństwo do cieczy (jeśli pominąć sprawę lepkości i ściśliwości) wykazują gazy. Użyte w niektórych rozwiązaniach konstrukcyjnych jako smary, pozwalają na uzyskanie niezwykle małych współczynników tarcia. Tę pozorną prostotę mechanizmu tarcia płynnego komplikuje możliwość użycia jako środka smarującego smaru stałego (grafit, dwusiarczek molibdenu, dwusiarczek wolframu itp.). Środek ten, podobnie jak ciecz, może rozdzielić mikronierówności trących się powierzchni i zamienić tarcie zewnętrzne na tarcie wewnętrzne smaru. Stąd też w literaturze taki rodzaj tarcia nazywa się niekiedy "tarciem płynnym w fazie stałej". Podobieństwo to wynika jedynie z nie dość precyzyjnej definicji tarcia płynnego. Nie można ciału stałemu przypisywać cech płynu; nie można także przy użyciu smaru stałego realizować zasady smarowania hydrostatycznego lub hydrodynamicznego w parach ślizgowych. Jest więc to tarcie technicznie suche, a jego mechanizm przypomina, jak gdyby w powiększeniu, mechanizm tarcia granicznego, tj. stan, w którym na powierzchniach trących obu partnerów znajdują się polimolekularne, sorpcyjnie związane z metalem, warstewki substancji polarnych. Uporządkowany charakter budowy, zdolność do przenoszenia wysokich nacisków bez uszkodzenia struktury warstewek oraz możliwość przesuwania się względem siebie warstw monomolekularnych pod wpływem sił stycznych, upodobnia warstewki adsorpcyjne cieczy do ciała stałego, a zwłaszcza ciał o budowie anizodesmicznej, do których zaliczają się wszystkie smary stałe. Zjawiska występujące przy tarciu wewnętrznym płynów opisywane są za pomocą praw hydrodynamicznych teorii smarowania, podanej w 1686 r. przez Izaaka Newtona. Teoria ta przy założeniu, że ciecz (środek smarujący) nie jest ścisliwa, a materiał pary ślizgowej nie odkształca się, spełnia dobrze swoją rolę do dnia dzisiejszego. Pogląd Newtona na lepkość cieczy, jej wpływ na tarcie wewnętrzne i w konsekwencji - zdolność cieczy do spełniania roli smaru, także i obecnie zachowują swoją wartość, a nawet stały się podstawą teorii przepływu uwarstwionego. 4.4. Kryteria oceny materiałów systemu trybologicznego Różnorodność rozwiązań i zastosowali technicznych systemów trybologicznych sprawia duże trudności w opracowaniu jednoznacznych kryteriów ich oceny. Wydaje się celowym dwustopniowe podejście do powyższego zagadnienia, inne bowiem powinny być kryteria oceny systemu trybologicznego jako całości, a inne kryteria oceny zastosowanych materiałów. Trzeba jednakże pamiętać, że dotychczasowa ograniczona skuteczność metod optymalizowania systemów trybologicznych może być spowodowana błędami popełnianymi w każdym z trzech stanów istnienia maszyny. W trakcie projektowania błędy te mogą polegać na zlej ocenie właściwości użytkowych materiałów pary trącej lub złym oszacowaniu warunków zewnętrznych pracy systemu. W toku wytwarzania mogą być popełniane błędy technologiczne (nadawanie materiałowi nieodpowiedniej struktury), błędy wymiarowe - geometryczne oraz błędy montażowe. Podczas eksploatacji mogą wystąpić warunki użytkowania systemu trybologicznego niezgodne z przyjętym w założeniach programem (nieodpowiednie "dotarcie", nadmierne wytężenia, szkodliwe środowisko itp.