Окислительного компонента

Окислительному изнашиванию подвергаются детали узлов трения машин и технологического оборудования, работающих в условиях граничной смазки или без смазочных материалов. Определяющее влияние на характер процесса окислительного изнашивания и его интенсивность оказывают процессы образования и разрушения окисных пленок на трущихся поверхностях. Рассмотрим эти процессы.

В механизме окислительного изнашивания важную роль играют строение окисных пленок и их механические свойства. Строение и свойства пленок окислов в значительной степени зависят от их толщины. Тонкие сплошные пленки (1—10) • К)"8 м, как правило, образуются при невысоких и умеренных температурах. Однослойная окалина (окисная пленка) образуется только на чистых металлах с постоянной валентностью, например на алюминии и никеле. Металлы с переменной валентностью (железо, медь, кобальт, марганец), имеющие различные степени окисления, могут давать многослойную окалину - несколько окисных фаз, отвечающих различным степеням окисления. Порядок расположения слоев от внешней к внутренней поверхности будет соответствовать убыванию содержания кислорода в каждой окисной фазе. Однако эти же металлы в определенных условиях окисления могут образовывать практически однофазные слои, отвечающие одной степени окисления. Более сложная картина наблюдается при окислении сплавов. Металлы, входящие в состав сплавов, обладают различным сродством к кислороду. Это обстоятельство и разная скорость диффузии металлов в пленке окислов обусловливают более или менее сильную сегрегацию атомов металла в окисной пленке. В сложных сплавах при окислении происходит обогащение или обеднение пленки окислов элементами, входящими в сплавы. При этом степень обогащения или обеднения зависит от сродства металла к кислороду и от скорости диффузии металла в слое окисла.

ществляется при минимальных напряжениях, практически в окислах всегда можно обнаружить значительные напряжения. Для понимания механизма окислительного изнашивания чрезвычайно важен вопрос о сцеплении окисных пленок с металлом. Металл и окисел оказывают друг на друга механическое воздействие, в последнем обычно возникают сжимающие напряжения, а в металле - растягивающие. Это, естественно, способствует отслаиванию окислов по поверхности раздела. На поверхности раздела действуют срезающие (тангенциальные) усилия, которые в зависимости от прочности окисла и величины адгезии могут привести к отделению окисной пленки точно по границе металла или к ее разрушению по касательной к микровыступам на поверхности металла.

Рассмотрим механизм процесса окислительного изнашивания. Процессы деформирования, адсорбции и химические реакции происходят одновременно и оказывают друг на друга большое влияние. В результате деформирования повышается активность тончайших поверхностных слоев металла, его способность к адсорбции, диффузии и химическим реакциям. В свою очередь, адсорбционные, диффузионные и химические процессы определяют специфику механизмов пластической деформации.

Особенности механизма описываемого окислительного изнашивания были изучены в многочисленных исследованиях, проведенных под руководством Б.И. Костецкого, с помощью газового, химического, элек-тронографического, рентгеноструктурного, термографического, электронно-микроскопического анализов образцов, испытанных в различных газовых средах и в вакууме при трении металлов и сплавов с различными механическими свойствами и сродством к кислороду.

Основными признаками нормального окислительного изнашивания, отличающими его от различных видов повреждаемости или недопустимых (патологических, по Б.И. Костецкому) видов износа, являются: отсутствие любых видов разрушения основного материала, локализация разрушения в тончайших поверхностных слоях вторичных структур, образующихся при трении, динамическое равновесие механохимических процессов образования и разрушения вторичных структур.

Анализ механизма окислительного изнашивания показывает, что процесс изнашивания условно может быть разделен на три этапа.

Вследствие неравномерности нагружения и неоднородности структуры и свойств пленки вторичных структур на поверхности трения наблюдаются все три фазы описанного процесса одновременно. Кинетика процесса окислительного изнашивания, исследованная с помощью электронной микроскопии, показана на рис. 5.4. На фотографиях, сделанных при увеличении в 20 000 раз, хорошо видны различия структуры пленок окислов на различных этапах их существования: образование, начало разрушения, разрушение.

В настоящее время имеется несколько гипотез, объясняющих влияние предварительного упрочнения на износоустойчивость. По данным работы [37], предварительное упрочнение уменьшает износ за счет деформации смятия и за счет истирания микронеровностей на контакте. Как считают авторы [43] и [101], предварительное упрочнение пластической деформацией способствует диффузии кислорода воздуха в металле я образованию в нем твердых химических соединений FeO, Fe2O3, Fe3O4 в результате окислительного изнашивания, происходящего с ничтожно малой интенсивностью. Согласно гипотезе [109] упрочнение поверхностного слоя рассматривается как средство повышения жесткости поверхностных слоев и уменьшения взаимного внедрения при механическом и молекулярном взаимодействии. На этот счет существуют и другие теории. Так, например, по мнению А. А. Маталина [64], главным фактором, определяющим износоустойчивость, является величина остаточных напряжений после приработки изделий. Между микротвердостью поверхностного слоя и его износоустойчивостью имеется определенная связь: в процессе изнашивания микротвердость поверхностных слоев после приработки стремится к оптимальному значению; однако в силу одновременного влияния разнообразных факторов (шероховатость поверхности, напряженное состояние поверхностного слоя и пр.) эта связь имеет только качественный характер и не может быть использована для практических расчетов.

На поверхностях трения металлов первой группы в результате окислительного изнашивания образуются сплошные пленки окислов, что хорошо видно из приведенной микрофотографии (фиг. 52,а). Микротвердость поверхностей трения, покрытых пленками окислов, гораздо больше микротвердости исходного металла.

Большую работу по изучению окислительного изнашивания провел Б. И. Костецкий, который установил, что характеристики процесса трения зависят от явления диффузии кислорода и металла и от вида его химических соединений с железом.

1) химическая коррозия — взаимодействие металла с коррозионной средой, при котором окисление металла и восстановление окислительного компонента коррозионной среды протекают в одном акте (например, окисление магния при нагревании на воздухе).

Химическая коррозия металлов — самопроизвольное взаимодействие металла с коррозионной средой, при котором окисление металла и восстановление окислительного компонента коррозионной среды протекают в одном акте. Этот тип коррозии наблюдается при действии на металлы сухих газов (воздуха, продуктов горения топлива и др.) и жидких неэлектролитов (нефти, бензина и др.) и является гетерогенной химической реакцией жидкой или газообразной среды (или их окислительных компонентов) с металлом.

Первой стадией взаимодействия металлов с коррозионной средой является адсорбция окислительного компонента среды (О2, Н2О, СО2, SO.; и С12) на поверхности металла. Сопоставление теплот образования окислов и адсорбции кислорода на металлах

Преобладающим механизмом коррозии металлов в неэлектролитах является химический, т. е. окисление металла и восстановление окислительного компонента коррозионной среды протекают

Электрохимическая коррозия металлов представляет собой самопроизвольное разрушение металлических материалов вследствие электрохимического взаимодействия их с окружающей электролитически проводящей средой, при котором ионизация атомов металла и восстановление окислительного компонента коррозионной среды протекают не в одном акте и их скорости зависят от величины электродного потенциала металла.

Этот тип коррозии наиболее распространен. Он имеет место при взаимодействии металлов с жидкими электролитами (водой, водными растворами солей, кислот и щелочей, расплавленными солями и щелочами) и является гетерогенной электрохимической реакцией электролитов с металлами. Однако в принципе не исключена возможность и химической коррозии металлов в электролитах, при которой окисление металла и восстановление окислительного компонента (молекул или ионов) электролита происходят в одном акте, скорость которого не зависит от величины электродного потенциала металла, с образованием соединений и их последующим растворением.

Электрохимический механизм в виде протекающей с участием свободных электронов электрохимической реакции, при которой ионизация атомов металла [см. уравнение (271)] и восстановление окислительного компонента коррозионной среды [см. уравнение (326) ] проходят не в одном акте и их скорости зависят от величины электродного потенциала металла, имеет место в подавляющем большинстве случаев коррозии металлов в электролитах и является, таким образом преобладающим.

Химическая коррозия металлов представляет cooofi самопроизвольное разрушение металлов вследствие химической реакции их со средой - неэлектролитом, при которой окисление металла и восстановление окислительного компонента коррозионное среды происходят в одном акте.

Электрохимическая корроаил металлов представляет собой самопроизвольное разрушение металлических материалов вследствие электрохимического взаимодействия их с окружавшей электролитически проводящей средой, при котором ионизация атомов металла и восстановление окислительного компонента коррозионной среди протекает не в одном акте и их скорости зависят от величины электродного потенциала металла.

Электрохимической коррозией металлов называется их самопроизвольное разрушение вследствие электрохимического взаимодей -:твия с окружающей электрически проводящей средой, при котором ионизация атомов металла и восстановление окислительного компонента коррозионной среды протекают не в одном акте и их скорости зависят от величины электродного потенциала металла. Электрохимическая коррозия сопровождается протеканием электрического тока.

И. Л. Розенфельд [140—144] предположил, что подобный эффект можно получить, если вводить в раствор органические соединения, потенциал восстановления которых положительнее, чем-?п. Это предположение было обоснованным, так как многие исследования показали, что присутствие ряда органических веществ, особенно нитро- и нитрозосоединений, перемещает потенциал плати -но-водородного электрода далеко в положительную сторону [8; 9]. Помимо того, было доказано, что практически всю анодную поляризационную кривую, приведенную на рис. 17, можно получить путем подбора серии окислителей с широким набором редокс-потен-циалов [85; 88]. И. Л. Розенфельд и его сотрудники создали широкую номенклатуру эффективных ингибиторов, в которых сочетаются пас-сивационные и адсорбционные свойства, что способствует защите черных и многих цветных металлов от коррозии. Это достигается в результате перевода металла в пассивное состояние при восстановлении окислительного компонента ингибитора, адсорбция других компонентов ингибитора сокращает активную поверхность и облегчает достижение пассивности.