Механически стимулированное газовыделение - Mechanically stimulated gas emission

Механически стимулированный выброс газа

Феноменология

Механически стимулированная эмиссия газа (МСГЭ) - сложное явление, охватывающее различные физические и химические процессы, происходящие на поверхности и в объеме твердого тела под воздействием механического напряжения и приводящие к эмиссии газов. MSGE - это часть более общего явления механически стимулированного нейтрального излучения (MSNE).[1] Специфические характеристики MSGE по сравнению с MSNE заключаются в том, что испускаемые нейтральные частицы ограничиваются молекулами газа. MSGE противоположен механически стимулированной абсорбции газа, которая обычно происходит при беспокойство коррозия металлов, воздействие газов при высоких давлениях и др.
Есть три основных источника MSGE:[2][3][4][5]

I. Молекулы газа, адсорбированные на поверхности твердого тела.
IIa. Газы, растворенные в массе материала
IIb. Газы, захваченные или захваченные микро- и нанопастами, неоднородностями и дефектами в объеме материала
III. Газы, образующиеся в результате механической активации химических реакций.[6][7]

Как правило, для получения MSGE механическое воздействие на твердое тело может быть любого типа, включая растяжение, сжатие, кручение, сдвиг, трение, истирание, прокатку, вдавливание и т. Д.
В предыдущих исследованиях, проведенных различными группами, было обнаружено, что MSGE связана в основном с пластической деформацией, разрушением, износом и другими необратимыми модификациями твердого тела.[8][9] При упругой деформации MSGE практически незначительна и наблюдается только чуть ниже предела упругости из-за возможной микропластической деформации.
Согласно основным источникам, выделяемые газы обычно содержат водород (источник типа IIa), аргон (для покрытий, полученных с использованием PVD в плазме Ar - источник типа IIб), метан (источник III типа), воды (источник типа I и / или III), углерод мононуклеоз- и диоксид (источник типа I / III).
Знания о механизмах MSGE все еще туманны. На основании экспериментальных данных было высказано предположение, что следующие процессы могут быть связаны с MSGE:

  1. Транспорт атомов газа перемещением вывихи
  2. Диффузия газа в объеме за счет градиента механического напряжения
  3. Фазовое преобразование вызванный деформацией
  4. Удаление оксида и других поверхностных слоев, препятствующих выходу растворенных атомов на поверхность
  5. Увеличение свободной поверхности

Тепловой эффект не имеет отношения к выделению газа в условиях небольшой нагрузки.[10]

Терминология

Возникающий характер этой междисциплинарной области науки отражается в отсутствии устоявшейся терминологии. Существуют разные термины и определения, используемые разными авторами в зависимости от основного используемого подхода (химический, физический, механический, вакуумная наука и т. Д.), Конкретного механизма выделения газа (десорбция, эманация, эмиссия и т. Д.) И типа механической активации ( трение, тяга и др.):

Механически стимулированная дегазация (MSO) [11]
Трибодесорбция
Трибоэмиссия,[12]
Фрактоэмиссия [13]
Атомная и молекулярная эмиссия [14]
Газовыделение стимулируется трением [3]
Газовыделение, вызванное деформацией [4]

Десорбция (трибодесорбция, фрактодесорбция и т. Д.) Относится к выделению газов, растворенных в объеме и адсорбированных на поверхности. Следовательно, десорбция - это только один из процессов, способствующих MSGE. Дегазация - это технический термин, обычно используемый в науке о вакууме. Таким образом, термин «газовыделение» охватывает различные процессы, отражает физическую природу этого сложного явления и предпочтителен для использования в научных публикациях.

Экспериментальные наблюдения

Из-за низкой скорости излучения эксперименты следует проводить в сверхвысоком вакууме (UHV ). В некоторых исследованиях материалы предварительно легировали тритий. Затем скорость MSGE была измерена по исходу радиоактивности материала при приложении механического напряжения.[15]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Дикинсон, J.T .; Jensen, L.C .; Langford, S.C .; Хирт, Дж. П. (1991). «Атомная и молекулярная эмиссия после разрушения галогенидов щелочных металлов: процесс, управляемый дислокациями». Журнал материаловедения. Издательство Кембриджского университета (CUP). 6 (1): 112–125. Bibcode:1991JMatR ... 6..112D. Дои:10.1557 / jmr.1991.0112. ISSN  0884-2914.
  2. ^ Лепа, Петр (1992). «Механически индуцированная десорбция». Вакуум. Elsevier BV. 43 (5–7): 367–371. Bibcode:1992Vacuu..43..367R. Дои:10.1016 / 0042-207х (92) 90039-у. ISSN  0042-207X.
  3. ^ а б Жепа, Петр; Ротт, Милан (1997). «Газовыделение металлов за счет трения». Вакуум. Elsevier BV. 48 (7–9): 775–778. Bibcode:1997Vacuu..48..775R. Дои:10.1016 / s0042-207x (97) 00043-2. ISSN  0042-207X.
  4. ^ а б Жепа, Петр; Оралек, Дэвид (1999). «Газовыделение, вызванное деформацией». Вакуум. Elsevier BV. 53 (1–2): 299–302. Bibcode:1999Вакуу..53..299р. Дои:10.1016 / s0042-207x (98) 00367-4. ISSN  0042-207X.
  5. ^ Невшупа, Р. А .; Роман, Э .; де Сеговия, Дж. Л. (2008). «Происхождение десорбции водорода при трении нержавеющей стали глиноземом в сверхвысоком вакууме». Журнал вакуумной науки и технологий A: вакуум, поверхности и пленки. Американское вакуумное общество. 26 (5): 1218–1223. Bibcode:2008JVSTA..26.1218N. Дои:10.1116/1.2968682. ISSN  0734-2101.
  6. ^ Уракаев, Фарит Хисамутдинович (2007-04-12). «Механодеструкция минералов в вершине трещины (Обзор): 1. Эксперимент». Физика и химия минералов. ООО "Спрингер Сайенс энд Бизнес Медиа". 34 (5): 351–361. Bibcode:2007PCM .... 34..351U. Дои:10.1007 / s00269-007-0153-y. ISSN  0342-1791. S2CID  93921336.
  7. ^ Мори, Шигеюки; Ситара, Юдзи (1994). «Трибохимическая активация поверхности золота царапанием». Прикладная наука о поверхности. Elsevier BV. 78 (3): 269–273. Bibcode:1994ApSS ... 78..269M. Дои:10.1016/0169-4332(94)90014-0. ISSN  0169-4332.
  8. ^ Фриш, Бертрам; Тиле, Вольф-Рюдигер (1984). «Трибологически индуцированный эффект выделения и проникновения водорода в стали». Носить. Elsevier BV. 95 (2): 213–227. Дои:10.1016/0043-1648(84)90119-4. ISSN  0043-1648.
  9. ^ Louthan, M.R; Caskey, G.R; Донован, J.A; Рол, Д. Э. (1972). «Водородная хрупкость металлов». Материаловедение и инженерия. Elsevier BV. 10: 357–368. Дои:10.1016/0025-5416(72)90109-7. ISSN  0025-5416.
  10. ^ Невшупа, Роман; Роман, Элиза; Сеговия, Хосе Луис Де (2010). «Модель влияния локального нагрева трением на трибодесорбированные газы из металлов в сверхвысоком вакууме». Международный журнал материалов и технологий изделий. Издатели Inderscience. 38 (1): 57-65. Дои:10.1504 / ijmpt.2010.031895. ISSN  0268-1900.
  11. ^ Пересадько, А.Г .; Невшупа, Р.А.; Деулин, Э.А. (2002). «Механически стимулированная дегазация шарикоподшипников в вакууме». Вакуум. Elsevier BV. 64 (3–4): 451–456. Bibcode:2002Вакуу..64..451П. Дои:10.1016 / s0042-207x (01) 00335-9. ISSN  0042-207X.
  12. ^ Невшупа Р.А. Трибоэмиссия: попытка разработки обобщенной классификации », в сборнике« Трибология: наука и приложения ». Вена: PAS, 2003. С. 11-25.
  13. ^ Дикинсон, Дж. Т .; Langford, S.C .; Jensen, L.C .; McVay, G.L .; Kelso, J. F .; Пантано, К. Г. (1988). «Фрактоэмиссия из кварцевого стекла и силикатно-натриевых стекол». Журнал вакуумной науки и технологий A: вакуум, поверхности и пленки. Американское вакуумное общество. 6 (3): 1084–1089. Bibcode:1988JVSTA ... 6.1084D. Дои:10.1116/1.575646. ISSN  0734-2101.
  14. ^ Дикинсон, Дж. Т .; Jensen, L.C .; Лэнгфорд, С. К. (22 апреля 1991 г.). «Атомная и молекулярная эмиссия, сопровождающая разрушение монокристалла Ge: процесс, управляемый дислокациями». Письма с физическими проверками. Американское физическое общество (APS). 66 (16): 2120–2123. Bibcode:1991ПхРвЛ..66.2120Д. Дои:10.1103 / Physrevlett.66.2120. ISSN  0031-9007. PMID  10043396.
  15. ^ Louthan, M.R .; Деррик, Р. (1975). «Транспорт водорода в аустенитной нержавеющей стали». Наука о коррозии. Elsevier BV. 15 (6–12): 565–577. Дои:10.1016 / 0010-938x (75) 90022-0. ISSN  0010-938X.