Трибокоррозия - Tribocorrosion

Трибокоррозия это материал деградация процесс за счет комбинированного действия коррозия и носить.[1] Название трибокоррозия выражает основные дисциплины трибология и коррозия. Трибология занимается изучением трения, смазки и износа (его название происходит от греческого «трибо», что означает «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 механического разрушения материала, происходящий на трущихся или ударных поверхностях, в то время как коррозия включает химический или электрохимические реакции материала. Коррозия может ускорить износ, а износ может ускорить коррозию.[2] Тогда 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 разных областях техники

Трибокоррозия встречается во многих областях техники. Это сокращает срок службы труб, клапанов и насосов, мусоросжигательные заводы, горнодобывающего оборудования или медицинские имплантаты, и это может повлиять на безопасность ядерные реакторы 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

Биотрибокоррозия - это наука о преобразованиях поверхности 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

Хотя явления трибокоррозии могут повлиять на многие материалы, они наиболее важны для металлов, особенно обычно устойчивых к коррозии так называемых пассивные металлы. Подавляющее большинство коррозионно-стойких металлов и сплавов, используемых в машиностроении (нержавеющие стали, титан, алюминий и т. д.) попадают в эту категорию. Эти металлы термодинамически нестабильны в присутствии кислород или воды, и они получают свою коррозионную стойкость из-за наличия на поверхности тонкой оксидной пленки, называемой пассивный фильм, который 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 больше не быть эффективным 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, оснащенные 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 Законы электролиза Фарадея и вычитается из общей потери объема при трибокоррозии, чтобы можно было рассчитать сумму потерь от механического износа и синергии.[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 сочетания температуры и трибологического воздействия во время износа скольжения может привести к образованию потенциально износостойких оксидных слоев, известных как «глазури '. В таких условиях трибокоррозия может быть потенциально полезна.

использованная литература

  1. ^ Д. Ландольт, Электрохимические и материальные аспекты трибокоррозионных систем, J. Physics D: Appl. Phys. 39, 1-7 (2006)
  2. ^ С. В. Уотсон, Ф. Дж. Фридерсдорф, Б. В. Мэдсен, С. Д. Крамер, Wear 181-183, (1995) 476-484
  3. ^ К. Сасаки, Г. Бурштейн, Philosophical Magazine Letters, 80 (2000) 489-493
  4. ^ С. Тагелла, А.К. Скдер, А. Кумар, Дж. Электрохим. Soc. 151 (2004 г.) G205
  5. ^ Янь Ю. Биотрибокоррозия - оценка зависимости износа и коррозионных взаимодействий от времени. Часть II: Анализ поверхности. Журнал физики D: Прикладная физика. 39 (2006) с.3206-3212.
  6. ^ Ландольт Д. Коррозия и химия поверхности металлов. EPFL Press, Лозанна, Швейцария, 2007 г., стр. 227-274.
  7. ^ С. Мишлер, П. Понтио, Одежда (журнал), 248 (2001) 211-225
  8. ^ Д. Ландольт, С. Мишлер, Трибокоррозия пассивных металлов и покрытий, Вудхед, Оксфорд, 2011 г.