Химическое действие среды на изнашивание различных материалов

Трение представляет собой сложный процесс, в ходе которого протекают изменения, связанные с физическим старением деталей, участвующих в трении, на взаимодействие сопряженных деталей влияют внешние воздействия. Основными процессами физического старения деталей является изнашивание и коррозия. Они действуют одновременно с разной интенсивностью.

Изнашивание сопровождается разрушением поверхностного слоя из-за декогезии материала. Выделяют различные виды образования частиц. Классифицировать элементарные процессы изнашивания затруднительно и в общем случае их делят на кумулированные, при которых изменения в сопряжении накапливаются в течение определенного промежутка времени, и мгновенные.

Воздействие среды на сопряженные детали приводит к коррозии, под которой понимают совокупность химических, электрохимических и физико-химических процессов, вызванных действием микро- и макросреды и приводящих к физическому старению деталей. Коррозионное разрушение деталей начинается с поверхностных зон поверхностных слоев и распространяется в глубь материала с разной интенсивностью на различных участках. Коррозия протекает в подвижных и неподвижных уздах и деталях трения, изменяя их свойства или приводя в ряде случаев к их полному разрушению.

Явление коррозии заключается в том, что в поверхностных слоях металла протекает химическая или электрохимическая реакция окисления, в результате которой металл переходит в окисное состояние. Эта реакция протекает в направлении образования окисла том случае, когда парциальное давление кислорода больше парциального давления диссоциации кислорода окисла. В противном случае направление реакции будет обратно.

Характерной особенностью химической коррозии является образование продуктов коррозии, прилегающих к поверхности металла. В результате образуются пленки, скорость нарастания которых зависит от направления и возможности проникновения через них элементов, вызывающих коррозию. Пленки могут тормозить дальнейшую коррозию, причем основным фактором в этом случае выступает плотность образовавшейся пленки. Защитные свойства пленки можно прогнозировать. Механизм процесса коррозии может быть различным в зависимости от направления диффузии. При диффузии ионов металла через пленку окисла зона нарастания пленки находится на внешней поверхности, и, наоборот, при диффузии кислорода через пленку зона коррозии находится на границе металл-окисел. При одинаковой интенсивности диффузии зона нарастания пленки находится внутри пленки.

Процесс электрохимической коррозии состоит из анодного и катодного процессов. Анодный процесс сопровождается переходом металла в раствор в виде свободных ионов и образуются свободные электроны, которые в свою очередь накапливаются на катоде. Электрохимическую коррозию сопровождает электрический ток. Мерой интенсивности коррозии может служить ток коррозии, пропорциональный разности потенциалов на аноде и катоде.

Электролитические системы образуются в реальных условиях в результате неоднородности внутренней структуры металла (по этой причине в технике редко применяют чистые металлы). Кроме этого, коррозионные процессы усиливает расклинивающее действие среды вследствие адсорбции (эффект Ребиндера). Причем в неэлектролитах это явление оказывает решающее влияние на процесс коррозии, а в электролитах оба явления наблюдаются одновременно.

В различных узлах и механизмах в условиях сухого трения и при наличии смазки может проявляться фреттинг-процесс, заключающийся в интенсифицированном окислении или схватывании при их колебательном перемещении (вибрация может возникать как в работающей машине или механизме, так и от соседних механизмов или при перевозке машин). Происходит обычно при трении скольжения с малыми колебаниями и приложении динамической нагрузки. Достаточно перемещения поверхностей с амплитудой 0,025 мм для возбуждения процесса. На соприкасающихся поверхностях образуются мелкие язвы и пятна. Повреждения сосредотачиваются на малых площадках действительного контакта. Продукты изнашивания не могут выйти из зоны контакта и вследствие этого на этих участках возникает высокое давление, а также увеличивается абразивное действие со стороны продуктов изнашивания на основной материал. Считается, что амплитуда перемещения поверхностей для возбуждения фреттинг-коррозии составляет 2,5 мм. Процесс протекает в вакууме, среде кислорода, азота и гелия. Действию фреттинг-коррозии подвержены сопряженные поверхности валов и напрессованные на них диски, кольца, ступицы подвижного состава железнодорожного транспорта, вкладыши подшипников, шпонки и пазы под них, опорные поверхности пружин, затянутые стыки, заклепки и отверстия, болты и т.д. Повреждения поверхностей служат концентратором напряжений и снижают предел усталости деталей. Для борьбы с этим видом разрушения поверхностей можно за счет уменьшения микросмещений, снижением силы трения и сосредотачивая скольжение в промежуточной среде.

Действием паров и газов, находящихся при повышенных температурах, вызывается газовая коррозия, которая наблюдается в деталях двигателей внутреннего сгорания, паровых котлах, пароперегревателях и др. устройствах.

Для борьбы с коррозией наносят защитные покрытия на материалы (лакокрасочные, электрохимические, диффузионные и др.), их легируют, в смазочные материалы вводят антикоррозионные добавки.

Раздел 8

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: