Трибокоррозия

Трибокоррозия - это процесс разложения материала из-за комбинированного воздействия коррозии и износа . ^[1] Название «трибокоррозия» отражает основные дисциплины трибологии и коррозии . Трибология занимается изучением трения, смазки и износа (его название происходит от греческого «трибо», означающего «тереть»), а коррозия - это химические и электрохимические взаимодействия между материалом, обычно металлом, и окружающей средой. Как область исследований трибокоррозия является относительно новой, но явления трибокоррозии существуют с тех пор, как используются машины и установки.

Трибокоррозия вала из нержавеющей стали

Износ - это процесс механической деградации материала, происходящий на трущихся или ударяющихся поверхностях, в то время как коррозия включает химические или электрохимические реакции материала. Коррозия может ускорить износ, а износ может ускорить коррозию. ^[2] Затем говорят о коррозии, ускоренной износом, или коррозии, ускоренной износом. Оба эти явления, а также фреттинг-коррозия (возникающая в результате колебаний небольшой амплитуды между контактирующими поверхностями) относятся к более широкой категории трибокоррозии. Эрозия-коррозия - это еще одно явление трибокоррозии, включающее механические и химические эффекты: удары частиц или жидкости разрушают твердую поверхность за счет абразивного истирания, сколов или усталости, одновременно с этим поверхность подвергается коррозии. ^[3]

Явления в различных областях техники [ править ]

Трибокоррозия встречается во многих областях техники. Это сокращает срок службы трубопроводов, клапанов и насосов, установок для сжигания отходов , горнодобывающего оборудования или медицинских имплантатов и может повлиять на безопасность ядерных реакторов или транспортных систем. С другой стороны, явление трибокоррозии также может найти хорошее применение, например, при химико-механической планаризации пластин в электронной промышленности ^[4]или при шлифовании и резке металлов в присутствии водных эмульсий. Имея это в виду, мы можем определить трибокоррозию в более общем смысле независимо от понятия полезности или повреждения или конкретного типа механического взаимодействия: трибокоррозия касается необратимого преобразования материалов или их функции в результате одновременного механического и химического воздействия. / электрохимические взаимодействия между поверхностями при относительном движении.

Биотрибокоррозия [ править ]

Биотрибокоррозия охватывает науку о поверхностных преобразованиях, возникающих в результате взаимодействия механической нагрузки и химических / электрохимических реакций, которые происходят между элементами трибологической системы, находящейся в биологической среде. ^[5] Он был изучен для искусственных протезов суставов. Важно понимать процессы деградации материала суставных имплантатов, чтобы продлить срок их службы и улучшить безопасность таких устройств.

Пассивные металлы [ править ]

Хотя явления трибокоррозии могут повлиять на многие материалы, они наиболее критичны для металлов, особенно обычно устойчивых к коррозии так называемых пассивных металлов . Подавляющее большинство коррозионно-стойких металлов и сплавов, используемых в машиностроении (нержавеющая сталь, титан , алюминий и т. Д.), Попадают в эту категорию. Эти металлы термодинамически нестабильны в присутствии кислорода или воды, и они получают свою коррозионную стойкость из-за присутствия на поверхности тонкой оксидной пленки, называемой пассивной пленкой , которая действует как защитный барьер между металлом и окружающей средой. ^[6]Пассивные пленки обычно имеют толщину всего в несколько атомных слоев. Тем не менее, они могут обеспечить отличную защиту от коррозии, потому что при случайном повреждении они самовосстанавливаются за счет окисления металла. Однако, когда металлическая поверхность подвергается сильному трению или потоку ударяющихся частиц, повреждение пассивной пленки становится непрерывным и обширным. Процесс самовосстановления может оказаться неэффективным и, кроме того, требует высокой скорости окисления металла. Другими словами, основной металл будет сильно корродировать до того, как защитная пассивная пленка будет преобразована, если вообще будет. В таком случае общие потери материала из-за трибокоррозии будут намного выше, чем сумма износа и коррозии, которую можно было бы измерить в экспериментах с тем же металлом, где имеет место только износ или только коррозия.Пример иллюстрирует тот факт, что скорость трибокоррозии - это не просто сложение скорости износа и скорости коррозии, но она сильно зависит от синергетических и антагонистических эффектов между механическими и химическими механизмами. Для изучения таких эффектов в лаборатории чаще всего используются стенды для механических испытаний на износ, которые оснащены электрохимической ячейкой.^[7] Это позволяет независимо контролировать механические и химические параметры. Например, наложив заданный потенциал на трущийся металл, можно смоделировать окислительный потенциал окружающей среды, и, кроме того, при определенных условиях протекающий ток является мерой мгновенной скорости коррозии. Потеря объема из-за электрохимического растворения может быть измерена с помощью законов электролиза Фарадея и вычтена из общей потери объема при трибокоррозии, чтобы можно было рассчитать сумму потерь от механического износа и синергетического эффекта. ^[8] Для более глубокого понимания эксперименты по трибокоррозии дополняются подробными микроскопическими и аналитическими исследованиями контактирующих поверхностей.

При высоких температурах более быстрое образование оксида из-за комбинации температуры и трибологического воздействия во время износа при скольжении может привести к образованию потенциально износостойких оксидных слоев, известных как « глазури ». В таких условиях трибокоррозия может быть потенциально полезна.

Ссылки [ править ]