1.1. Механизм фреттинг-коррозии

При соприкосновении двух поверхностей контакт происходит не по всей площади, а лишь на относительно небольшом числе вы­ступов шероховатостей. В результате скольжения поверхностей друг относительно друга неровности одной поверхности стирают неровности противоположной и образуется гладкий след. Если эта поверхность металлическая, то здесь сразу же адсорбируется газ или происходит ее окисление. Последующие перемещения шеро­ховатостей стирают пленку оксида; они могут и механически ак­тивировать реакцию адсорбции кислорода на металле и образова­ния оксида, который, в свою очередь, также стирается (рис.2). Это химическая составляющая разрушения при фреттинге. Кроме того, шероховатости вызывают определенный износ, удаляя ча­стички металла. Это механическая составляющая. Оторвавшиеся частицы металла превращаются в оксид, и поверхность металла через некоторое время начинает истираться о движущиеся частицы в большей степени, чем о противоположную поверхность (в результате низкое вначале электрическое сопротивление между поверхностями становится высоким).

Уравнение потери массы W поверхностью металла -вследствие Фреттинг-коррозии при колебательном движении получено

Рис. 2 Схема воздействия фреттинга на металлическую поверхность

на основе изложенной модели и удовлетвори­тельно описывает данные, приведенные на рис.2

где L — нагрузка; С — полное число циклов; f — частота; l — смещение; к₀, k₁, k₂ — константы.

Первые два члена правой части уравнения представляют химическую составляющую фреттинг-коррозии. Эта величина уменьшается с повышением частоты f, так как при этом сокращает время протекания химической реакции (или адсорбции) за один цикл. Последний член уравнения представляет механический фактор, не зависящий от частоты, но пропорциональный смещен и нагрузке. В зависимости от условий эксперимента, разрушение может в большей степени быть обусловлено как первым, так вторым фактором. В атмосфере азота действует только механический фактор, в результате остается порошок металлического железа и W не зависит от частоты f.

Описанный механизм является развитием схемы, предложенной Финком. Некоторые авторы полагают, что в процессе истирания от поверхности отделяются только мелкие частицы металла, которые впоследствии окисляются на воздухе. Однако влияние возрастания частоты на снижение разрушения, уменьшена разрушения в атмосфере азота, даже если изначально поверхность покрыта оксидом, а также отсутствие самопроизвольного окис­ления на воздухе частиц, полученных при истирании в азоте, говорит о несостоятельности такой точки зрения.

Существует предположение, что возникающие при трении ло­кальные перегревы металла приводят к его окислению, после чего происходит истирание поверхностного оксидного слоя. Хотя трение несомненно, вызывает локальный разогрев до высоких температур, разрушение при фреттинг-коррозии обусловлено не только высокотемпературным окислением. Это подтверждается сле­дующими факторами: увеличением разрушения при температурах ниже комнатной; снижением разрушения при высоких частотах, когда температура на поверхности максимальна; тем, что при фреттинг-коррозии железа образуется оксид α-Fe₂O₃, а не высокотем­пературный Fe₃О₄ и, наконец, тем, что сталь подвергается зна­чительному истиранию в контакте с полиметакрилатом, который плавится при 80ºС, следовательно, поверхностная температура не может быть выше этого предела.

Влага, адсорбированная на поверхности металла, может играть роль смазки. К тому же, гидратированный α-Fe₂O₃, возможно, обладает меньшим абразивным действием, чем безводный оксид. При низких температурах истирание сильнее, чем при высоких, по-видимому, из-за более быстрой и полной адсорбции О₂.