Tarcie graniczne

Tarcie graniczne jest rodzajem tarcia, przy którym objętość środka smarowego jest niewystarczająca, aby oddzielić całkowicie od siebie warstwą środka smarowego powierzchnie tarcia. Obie powierzchnie tarcia są pokryte wtedy warstwami zaadsorbowanymi fizycznie składnikami środka smarowego lub/i produktami reakcji tribochemicznych.

Występuje wtedy tarcie pomiędzy tymi warstwami i ten proces tarcia przebiega, w porównaniu do tarcia płynnego, ze znacznie większym rozpraszaniem energii; współczynnik tarcia jest większy od 0,1; również zużycie powierzchni tarcia może być znaczne. Tarcie graniczne występuje, gdy nie są spełnione warunki dla zaistnienia warstwy hydrodynamicznej, czyli gdy lepkość środka smarowego jest zbyt mała, ruch względny zbyt wolny, występuje niekorzystna geometria styku lub zbyt duża chropowatość powierzchni.

W tym rodzaju smarowania na powierzchni tarcia występują liczne zjawiska fizykochemiczne i zachodzą w nim i na powierzchni tarcia reakcje chemiczne składników środka smarowego. Warstwą graniczną nazywa się przypowierzchniową, uporządkowaną, jedno- do kilkudziesięciocząsteczkową warstwę cieczy lub/i stałych produktów reakcji tribochemicznych znajdującą się w zasięgu pola oddziaływań sił powierzchni ciała stałego. Oddziaływanie tych sił powoduje orientację cząsteczek w warstwie granicznej, co zwiększa przestrzenne uporządkowanie cząsteczek i ich upakowanie w jej objętości. To z kolei zwiększa lepkość i gęstość cieczy w strefie przypowierzchniowej. Wysoki stopień uporządkowania, zwiększany dodatkowo wysokimi ciśnieniami występującymi w styku tarciowym, powoduje również zwiększenie oddziaływań międzycząsteczkowych; powstaje warstwa ciała quasi-krystalicznego. Oddalając się od powierzchni warstwy wierzchniej

w głąb środka smarowego, oddziaływania powierzchni słabną, struktura warstwy granicznej staje się coraz mniej uporządkowana, a jej cząsteczki są coraz bardziej

ruchliwe. Trwałość adsorpcyjnej warstwy zależy od siły jej wiązania z powierzchnią tarcia mierzonej ciepłem adsorpcji, ilością, stopniem upakowania

i uporządkowania adsorbatu. Tworzenie cienkiej powierzchniowej warstwy granicznej zachodzi w wyniku adsorpcji fizycznej i chemisorpcji oraz reakcji chemicznych składników środka smarowego z powierzchnią tarcia. Utworzone warstwy zapobiegają występowaniu bezpośredniego styku ciało stałe – ciało stałe pary trącej, i w wyniku tego powstawaniu sczepień adhezyjnych; tym samym zmniejszają opory tarcia i zużycie, przeciwdziałają również zacieraniu.