Uplatňovanie tribologických princípov pomáha zvládať trenie a znižovať opotrebovanie, teda ovládať plytvanie energiou a znečisťovanie atmosféry [1].

Tribologické skúšky materiálov v definovanom prostredí umožňujú získať poznatky, ktoré výrazne ovplyvňujú návrh nových strojov alebo zariadení.

Vákuum

Slovo vákuum sa používa pri popise širokého rozsahu podmienok. V jednom extréme je vákuum úplná prázdnota, priestor bez hmoty alebo, presnejšie povedané, priestor, v ktorom nie je vzduch ani ostatné plyny. V druhom extréme je vákuum objem priestoru, v ktorom je tlak vzduchu alebo plynu nižší ako atmosférický [2]. V realite však žiaden objem priestoru nemôže byť dokonalé prázdny. Perfektné vákuum s tlakom plynu rovným absolútnej nule je len filozofický koncept a v praxi je nedosiahnuteľné. Vo fyzike sa pre reálne vákuum zvyčajne používa názov čiastočné vákuum. Kvalita vákua je ukazovateľom toho, ako blízko sa približuje k perfektnému vákuu [3].

Klasifikácia vákua

Z praktických dôvodov je užitočné uviesť hrubú klasifikáciu tlaku podľa hodnôt. Táto klasifikácia umožňuje rýchlejšiu orientáciu v dostupnosti a použiteľnosti technologických postupov pri generovaní a meraní tlaku. Uvedené rozsahy majú iba informačný charakter.

Vákuum sa využíva pre rôzne aplikácie tenkých povlakov. Napríklad nanášanie kovových povlakov na rôzne základové materiály, v laboratórnych prístrojoch sa vákuum využíva na dosiahnutie požadovaných dejov (napríklad tok elektrónov) a tam, kde treb počas merania dosiahnuť vysokú čistotu prostredia. Známe je aj využitie vákua v metalurgii pri tavení kovov.

Získavanie vákua

Prostriedkom na získavanie vákua je výveva, ktorú v zásade možno považovať za čerpadlo, ktoré odčerpáva z evakuovaného priestoru molekuly plynu. Vývevy sa dajú rozlíšiť podľa spôsobu, akým dosahujú zníženie tlaku, na vývevy transportné a adsorpčné. Transportné vývevy odčerpávajú z evakuovaného priestoru molekuly plynu, ktoré cez vývevu prechádzajú, zatiaľ čo vývevy adsorpčné tieto molekuly zachytávajú vo vnútri vývevy.

Experimentálne zariadenie

Pri návrhu koncepcie experimentálneho zariadenia boli uvažované viaceré možností konštrukčného riešenia zariadenia. Tie vychádzali z požiadaviek na konštruované zariadenie [5, 6].

Všetky zariadenia a ich súčasti, ktoré budú umiestnené vo vákuovej komore, sú volené tak, aby boli schopné vo vákuu pracovať a zároveň, aby bolo možné ich prepojenie so zariadeniami umiestnenými v okolitom prostredí.

Schéma na obr. 1. určuje vzťahy medzi jednotlivými komponentmi, resp. súčiastkami a požiadavky kladené na ne. Testovacie zariadenie je poháňané motorom, ktorý predstavuje pohonnú jednotku. Čerpací systém zabezpečuje vo vákuovej komore udržanie alebo určitý priebeh tlaku. Z priebehu nameraných veličín sú pomocou meracieho zariadenia zaznamenané a ďalej spracované zložky, ako je prítlačná normálová sila FN, trecí moment, MT. Rovnako sú zaznamenávané otáčky, priebeh zrýchlenia, spomalenia, počet cyklov, atď.

Experimentálne meranie tribologických vlastností

Stanoveniu parametrov skúšky treba venovať veľkú pozornosť. Medzi najčastejšie patrí použitie trecieho telieska z vhodného materiálu a stanoveného geometrického tvaru. Oceľová guľka sa používa najčastejšie a je aj najdostupnejšia. Problém však nastáva pri analýze tvrdých tribologických systémov, ako sú spekané karbidy s tenkou oteruvzdornou vrstvou. Preto je pre tvrdé materiály vhodné použiť iný tvar trecieho telieska, napríklad valček s malým priemerom, kde sila pôsobí na stále rovnakej nominálnej ploche (tlak je konštantný). Dôležitými vlastnosťami sú potom predovšetkým súčiniteľ trenia dvojice oceľ – systém, tenká vrstva – základný materiál a podmienky vzniku adhéznej vrstvy.

Prevádzkové podmienky

Pre samotné testovanie sú stanovené prevádzkové podmienky a požiadavky, pričom niektoré požiadavky vyplývajú až so samotnej konštrukcie alebo testu. Testovacie zariadenie je  konštruované na podmienky vysokého vákua, teda 10-2 - 10-10Pa.

Dôležitou úlohou pre celkové záverečné vyhodnotenie merania je zber a spracovanie dát počas samotného testu. Na zníženie, prípadne odstránenie zmätočných alebo nepresných nameraných údajov je celý systém riešený ako komplexný celok na zber a spracovanie údajov, ako je uvedené na obr. 2.

Záver

Znalosť vplyvu vonkajších parametrov a jednotlivých štádií tribologického opotrebenia je dôležitou podmienkou pre porozumenie sledovaných tribologických vlastností systému tenká vrstva – základný materiál. Ďalším dôležitým faktorom je vyhodnotenie získaných dát a tribologických charakteristík, kam patria veľkosť zaťaženia a materiál trecieho telieska. Okrem koeficientu trenia sú veľmi dôležitými hodnotiacimi kritériami veľkosť a charakter opotrebenia tribologickej stopy a trecieho telieska, profil tribologickej stopy, ktorý je možné získať z profilometra, prípadne z priečneho výbrusu alebo lomu.

Táto práca bola podporená projektom VEGA V11-012-00 Ministerstva školstva, vedy, výskumu a športu SR.

Literatúra

[1]       Dzimko M.: Zelená tribológia, Strojárstvo/strojírenství /11/2009, str. 8 - 9

[2]       Hablanian M.: High-vacuum technology: A practical guide, 1997, CRC Press, ISBN 0-8247-9834-1

[3]       Popularizačné prednášky v internetovej forme, http://www.hodinavedy.sk/index.php?p=prednasky_spravy&t=a&xp=2&stheme= 1&MId=&Lev=&Ind=7&P=index,sl,

[4]       Učebný text Katedry obecnej a anorganickej chémie: Vákuová technika, Fakulta chemicko-technologická, Univerzita Pardubice, 2008

[5]       Vidiečan, J., Hlušek, P.: Konštrukčné usporiadanie tribologického zariadenia pracujúceho v špecifických podmienkach, Medzinarodná doktorandská konferencia „Nekonvenčné technólogie 2010”. Žilina – Strečno 2010, str. 80, článok na CD, ISBN 978-80-554-0217-8, ISBN 978-80-554-0222-2.

[6]       Vidiečan, J., Hlušek, P.: Návrh experimentálneho zariadenia pracujúceho v oblasti vysokého vákua, Nové trendy v konštruovaní a tvorbe technickej dokumentácie 2010 Nitra, ISBN 978-80-552-0383-6

TEXT: Ing. Ján Vidiečan, Ing. Prof. Ing. Marián Dzimko, PhD.,Katedra konštruovania a častí strojov, Sjf, Žilinská univerzita