7. Лекция

Водородное изнашивание

Сущность и определение водородного изнашивания

Водородное изнашивание открыто только в начале 70-х годов 20-го века А.А Поляковым и Д.Н. Гаркуновым. Из всех видов разрушения оно наиболее трудно поддается изучению, хотя и распространено повсеместно и сравнимо с абразивным изнашиванием. Водородное изнашивание обусловлено следующим процессами, происходящими в зоне трения:

– интенсивным выделением водорода при трении в результате трибодеструкции водородосодержащих материалов, создающей источник непрерывного поступления водорода в поверхностный слой стали или чугуна;

– адсорбцией водорода на поверхностях трения;

– диффузией водорода в деформируемый слой стали, скорость которой определяется градиентами температур и напряжений, что создает эффект накопления водорода в процессе трения;

– особым видом разрушения поверхности, связанного с одновременным развитием большого числа зародышей трещин по всей зоне деформирования и эффектом накопления водорода; характерным для разрушения является мгновенное образование мелкодисперсного порошка материала.

Явление водородного изнашивания было установлено недавно из-за следующих причин.

1. Невероятно было предположить, что при трении может выделяться диффузионно-свободный водород из смазочного материала, пластмассы или воды. При нормальных давлениях и температуре водород из этих веществ не выделяется.

2. До последнего времени считали, что при трении максимальная температура возникает на поверхности детали. Поэтому считалось, что процесс наводороживания невозможен. И только в последние годы установили, что при тяжелых режимах трения максимальная температура образуется не на поверхности, а на некоторой глубине. Это создает условия, при которых водород, если он адсорбировался на поверхности, под действием градиента температур будет диффундировать вглубь. Там он концентрируется и вызывает охрупчивание поверхностных слоев, а следовательно, усиливает изнашивание.

Область проявления водородного изнашивания

Область проявления водородного изнашивания весьма обширна. Практически все трущиеся поверхности стальных и чугунных деталей содержат повышенное количество водорода. Наличие в воздухе паров воды создает благоприятные условия для водородного изнашивания.

Водородное изнашивание может быть вызвано не только водородом, который образуется при трении, но и водородом, который может образоваться при различных технологических процессах. При выплавке чугуна в доменном процессе из влаги дутья образуется водород, который попадает в металл, (называется биографическим). При термической обработке, например при азотировании, в результате диссоциации аммиака, выделившийся водород диффундирует в сталь. Наводороживание стальных изделий происходит при электроосаждении кадмия, цинка, хрома и никеля.

Для удаления окалины и продуктов коррозии стальных изделий их подвергают травлению в кислоте. Погружение стали в раствор кислоты приводит к растворению железа на анодных участках и выделению водорода на катодных участках с одновременным внедрением водорода в сталь. В результате накопления газообразного водорода на поверхности детали могут быть даже вспучивания.

При фосфатировании водород внедряется в сталь. Атмосферная коррозия металла может вызвать абсорбцию водорода в том случае, если она протекает в промышленной атмосфере, содержащий сернистый газ и кислую сернокислую соль.

Водород, проникший в сталь, при трении будет постепенно диффундировать в поверхность и вызывать ее изнашивание.