2.6. Основные виды адсорбционных слоев

Соприкосновение металла с внешней средой в подавляющем большинстве случаев приводит к адсорбции атомов и молекул среды на внешней и внутренних поверхностях металла. Поэтому в реальных условиях поверхность металла всегда несет на себе сложную систему адсорбционных слоев, /рис. 20/.

Рис. 20 Схема основных видов адсорбционных слоев на поверхности технического металла: 1 – первичная объемная структура металла; 2 – зона деформированного металла; 3 – сетей окислов металла; 4 – адсорбционный слой газов; 5 – адсорбционный слой воды; 6 – адсорбционный слой полярных молекул органического вещества /смазки/.

Непосредственно над ювенильной поверхностью металла обычно находятся слои его окислов, иных, чем сам металл, строений и свойств. Такие оксидные пленки прочно связаны с металлом, имеют различную толщину, достигающую нескольких десятков ангстрем, и отчасти проникают через устья микродефектов на внутреннюю поверхность металла. Именно эту окисленную поверхность металла мы получаем в результате обычных методов ее очистки.

На поверхности окисленного слоя, в зависимости от условий, в которых находился металл, могут присутствовать:

а) Адсорбционные слои газов /обычно воздуха/. Следует заметить, что металлы вообще способны к окклюдированию газов, т.е., к адсорбции газа на внутренних поверхностях металла, его растворению в кристаллических решетках и заполнению газом внутренних микрополостей металла. Такие окклюдированные газы сравнительно легко отдаются металлом при нагревании. В качестве примера укажем на давно известную способность палладия к значительному и обратимому поглощению водорода.

б) Адсорбционные слои воды различной толщины. Эти слои образуются во всех случаях, когда металл соприкасается со средой, содержащей водяные пары. Такие пленки представляют собой, следовательно, явление весьма обычное. Взаимодействие их с поверхностью во многих случаях можно рассматривать с точки зрения процессов физической адсорбции; оно, таким образом, относительно легко может быть нарушено.

Пленкам воды в физико – химии граничных слоев до настоящего времени уделялось мало внимания, хотя они, несомненно, способны оказать глубокое влияние на характер взаимодействия, например, полярных органических молекул с поверхностью металла при адсорбции, последних.

в) Адсорбционные слои полярных и неполярных молекул органических веществ. Эти слои представляют главный технический интерес, их свойства подробно рассматриваются ниже.

Следует заметить, что нередко явления граничного трения и смазки ошибочно рассматриваются исключительно с точки зрения функции этих слоев. Между тем, граничный слой, находящийся на поверхности металла, представляет собой систему значительно более сложную. Самая общая схема /рис. 20/ строения поверхности должна включать граничные слои органических веществ, воды, газов, окислов металла, зону деформированных зерен и, наконец, область первичной структур свойственную металлу в массе. Очевидно, что в каждом конкретном случае строение столь сложного многокомпонентного комплекса граничных слоев бывает различным. С помощью тщательного просушивания можно освободить поверхность от адсорбционных слоев воды. Сильным нагреванием можно испарить и оксидные пленки. Свойства такой поверхности будут близки к свойствам ювенильной поверхности. Как указывалось выше, толщина деформированной зоны также может изменяться в широких пределах.

Таким образом, следует иметь в виду, что хорошо известная изменчивость свойств поверхности металла, невоспроизводимость некоторых измерений, а отчасти и топографическая гетерогенность поверхностей могут быть обусловлены влиянием адсорбционных слоев различной природы и свойств.

Кроме того, надо подчеркнуть, что приведенная схема строения поверхности, как комплекса взаимодействующих между собой граничных слоев различного происхождения и природы, конечно, является весьма условной, так как в ней не могут быть учтены многие важные детали. Например, получение шлифованной полированной поверхности из грубо шероховатой связано с разрушением гребней профиля и заполнением углублений поверхности потоками пластически деформированного металла, "хаосом" кристаллических обломков окислов, частицами износа, абразива, полярными компонентами смазки и т.д.

Не выражает указанная схема и такой важной стороны явлений, как взаимоотношение между внешней и внутренней поверхностями металла.

К характеристике внутренних поверхностей металла, их физико – химической и технической функций мы в заключение и обращаемся.