L’usura per attrito rappresenta la perdita progressiva e continuativa di materiale da superfici solide, in reciproco movimento e contatto, per cause di natura meccanica.
Qualsiasi dispositivo meccanico, se non opportunamente equipaggiato di film lubrificante uniforme, va incontro a tale destino.
Questo perché l’attrito è la forza che si oppone al movimento di due corpi in reciproco contatto, ma se tra questi interponiamo un fluido lubrificante, si creano due diverse tipologie di attrito.
Il primo è l’attrito esterno, deriva principalmente dai microscopici contatti che si creano tra le superfici, le quali tendono ad aderire una all’altra provocando deformazione di materiali e scanalature.
La seconda tipologia di attrito è quella interna, esistente tra le molecole nel film lubrificante interposto tra i materiali in attrito, (definito anche viscosità). È una delle variabili di maggior rilevanza per un’adeguata formulazione dei fluidi lubrificanti in relazione alle variabili presenti nel tribosistema.
Coefficiente di attrito e tribosistema
Il tribosistema, è l'insieme delle condizioni e delle variabili che incidono nell'immediato sul processo di attrito.
La sua definizione poggia su quattro fondamentali concetti:
- La tipologia di materiali in attrito, metalli, plastiche, elastomeri, e la loro rugosità superficiale;
- I parametri operativi, quali carico di lavoro, pressioni specifiche, velocità di scorrimento, temperatura di esercizio;
- I parametri di interazione, la condizione di attrito (limite, mista, fluida), presenza fluidi di processo (p.e. polveri, acidi, basi) e fluidi lubrificanti;
- I parametri tribotecnici, attrito e usura.
La scelta del fluido lubrificante può condizionare in maniera determinante la durata e l’efficienza di un dispositivo meccanico. Pertanto è importante approfondire e misurare le effettive condizioni in cui il tribosistema si trova ad operare per poter sviluppare il fluido lubrificante funzionale corretto per il coefficiente di attrito.
Ridurre il coefficiente di attrito con i lubrificanti sintetici
Un metodo per individuare come le condizioni di attrito variano in rapporto alle velocità di reciproco scorrimento è l'utilizzo della curva di Stribeck, nella quale il coefficiente di attrito viene messo in relazione alle condizioni dinamiche delle superfici a contatto.
Dalla figura si possono identificare tre differenti zone di funzionamento con relativo decorso del coefficiente di attrito:
- Attrito limite, il film lubrificante non è sufficientemente portante da separare le superfici in reciproco scorrimento, e il contatto tra le superfici avviene con regolarità, producendo un'inevitabile accelerazione dei processi di usura. In queste condizioni i fluidi lubrificanti sono equipaggiati di additivi per ridurre il coefficiente di attrito.
- Attrito misto, condizione intermedia nella quale si ha una separazione parziale delle superfici in mutuo contatto, combinata con zone di totale assenza del film lubrificante. Qui abbiamo un abbassamento progressivo del coefficiente di attrito dinamico con l'incremento della velocità, per effetto del progressivo instaurarsi del film portante di lubrificazione.
- Attrito fluido, totale separazione delle superfici a contatto, il coefficiente di attrito si stabilizza a un valore più elevato, ma i risultati tribometrici di attrito e usura sono notevolmente ridotti. Rappresenta la situazione ottimale per il mantenimento in piena efficienza del tribosistema.
La costituzione di un film lubrificante persistente in tutte le condizioni di attrito rappresenta il risultato a cui ogni formulazione lubrificante deve tendere.
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