Трибокоррозия – это процесс деградации материала , вызванный совместным воздействием коррозии и износа . [1] Название «трибокоррозия» отражает основные дисциплины трибологии и коррозии . Трибология занимается изучением трения, смазки и износа (ее название происходит от греческого «трибо», что означает «тереть»), а коррозия изучает химические и электрохимические взаимодействия между материалом, обычно металлом, и окружающей его средой. Трибокоррозия как область исследований является относительно новой, но явления трибокоррозии известны с тех пор, как стали использоваться машины и установки.
Износ – это процесс механического разрушения материала, происходящий на трущихся или ударяющихся поверхностях, тогда как коррозия включает химические или электрохимические реакции материала. Коррозия может ускорить износ, а износ может ускорить коррозию. [2] Тогда говорят об износе, ускоренном коррозией, или коррозии, ускоряемой износом. Оба этих явления, а также фреттинг-коррозия (которая возникает в результате колебаний малой амплитуды между контактирующими поверхностями) попадают в более широкую категорию трибокоррозии. Эрозия-коррозия - это еще одно явление трибокоррозии, включающее механические и химические эффекты: ударяющиеся частицы или жидкости разрушают твердую поверхность в результате истирания, скалывания или усталости, одновременно вызывая коррозию поверхности. [3]
Трибокоррозия встречается во многих областях техники. Это сокращает срок службы труб, клапанов и насосов, мусоросжигательных заводов , горнодобывающего оборудования или медицинских имплантатов и может повлиять на безопасность ядерных реакторов или транспортных систем. С другой стороны, явления трибокоррозии также могут 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 функций в результате одновременного механического и химического воздействия. /электрохимические взаимодействия между поверхностями, находящимися в относительном движении.
Биотрибокоррозия охватывает науку о поверхностных преобразованиях, возникающих в результате взаимодействия механических нагрузок и химических/электрохимических реакций, происходящих между элементами трибологической системы, подвергающимися воздействию биологической среды. [5] Он был изучен для искусственных суставных протезов. Важно понимать процессы деградации материалов суставных имплантатов, чтобы добиться более длительного срока службы и повышения безопасности таких устройств.
Хотя явления трибокоррозии могут влиять на многие материалы, они наиболее критичны для металлов, особенно для обычно устойчивых к коррозии так называемых пассивных металлов. К этой категории относится подавляющее большинство коррозионностойких металлов и сплавов, используемых в машиностроении (нержавеющие стали, титан , алюминий и т. д.). Эти металлы термодинамически нестабильны в присутствии кислорода или воды, а их коррозионная стойкость обусловлена наличием 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, поскольку в случае случайного повреждения они самовосстанавливаются за счет окисления металла. Однако когда металлическая поверхность подвергается сильному трению или потоку ударных частиц, повреждение пассивной пленки становится непрерывным и обширным. Процесс самовосстановления может оказаться уже неэффективным и, кроме того, требует высокой скорости окисления металла. Другими словами, основной металл будет сильно корродировать до того, как защитная пассивная пленка восстановится, если вообще восстановится. 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. Этот пример иллюстрирует тот факт, что скорость трибокоррозии - это не просто сложение скорости изнашивания и скорости коррозии, но на нее сильно влияют синергетические и антагонистические эффекты между механическими и химическими механизмами. Для изучения таких эффектов в лаборатории чаще всего используют стенды для испытания на механический износ, оснащенные электрохимической ячейкой. [7] Это позволяет независимо контролировать механические и химические параметры. Например, приложив к трущемуся металлу заданный потенциал, можно смоделировать окислительный потенциал окружающей среды, а кроме того, при определенных условиях ток является мерой мгновенной скорости коррозии. Потерю объема из-за электрохимического растворения можно измерить по законам электролиза Фарадея и вычесть из общей потери объема при трибокоррозии, чтобы можно было рассчитать сумму потерь от механического износа и синергии. [8] Для более глубокого понимания трибокоррозионные эксперименты дополняются подробными микроскопическими и аналитическими исследованиями контактирующих поверхностей.
При высоких температурах более быстрое образование оксидов из-за сочетания температуры и трибологического воздействия во время износа скольжением может привести к образованию потенциально износостойких оксидных слоев, известных как « глазури ». В таких обстоятельствах трибокоррозия потенциально может быть использована с пользой.