5 Водородное изнашивание при трении. Понятие. Сущность водородного изнашивания. Условия проявления водородного изнашивания.

Водородное изнашивание обусловлено следующими процессами, протекающими в зоне трения:

- выделением водорода в результате трибодеструкции (нарушения или разрушения нормального строения вещества) водородосодержащих материалов, вследствие чего создается постоянный поток диффузии водорода в поверхностный слой стали или чугуна;

- адсорбцией водорода на поверхностях трения;

- диффузией водорода в поверхностный слой стали, скорость которой определяется градиентом температур и напряжений, вследствие чего водород накапливается в этих слоях;

- особым видом разрушения, связанного с одновременным образованием и развитием большого числа трещин по всей зоне деформирования и образованием мелкодисперсного порошка материала.

Различают водородное изнашивание диспергированием (ВИДИС) и разрушением (ВИРАЗ). При ВИДИС водород усиливает диспергирование стали или чугуна. ВИРАЗ имеет специфическую особенность, сущность которой заключается в мгновенном разрушении поверхностного слоя детали, в котором накопилось значительное количество водорода, на глубину 1-2 мкм. Водород при десорбции смазочного материала занимает места молекул этого материала и способствует увеличению диффузии водорода в глубь поверхности. Попадая в микротрещины и микропоры водород стремится расширить эти микрополости, вызывая высокие напряжения. В результате эффекта накопления при повторении цикла нагружения происходит разрушение стали по всем образовавшимся микрополостям и трещинам.

Водородное изнашивание проявляется не только в узлах трения скольжения, но и при реализации трения качения, что нашло подтверждение при исследовании условий разрушения шариковых подшипников качения. Оказалось, что наличие небольшого количества воды в смазочном материале приводит к её разложению на водород и кислород. Затем водород внедряется в металл, который подвержен усталостному воздействию (многократному передеформированию вследствие качения шариков).

Кроме этого, вода снижает контактную усталость поверхностей деталей. Механизм этого явления выглядит следующим образом. Поверхностные трещины, образовавшиеся при качении, работают как капилляры, заполняются смазочным материалом, а растворенная в нем вода конденсируется в вершинах таких микротрещин. Совместное воздействие среды и нагружения увеличивают скорость роста трещин, причем эти трещины становятся впоследствии концентраторами напряжений. Для уменьшения влияния воды и повышения долговечности подшипников в смазочные материалы вводят присадки, организуют режим избирательного переноса за счет образования на контактной поверхности тонкой медной пленки.

На основании исследований предложены следующие методы по снижению водородного изнашивания:

- следует учитывать степень наводороживания и охрупчивания материалов, используемых в узлах трения: введение хрома, титана, ванадия снижает диффузию водорода, наклеп увеличивает поглощение водорода, необходимо исключить использование материалов, при разложении которых выделяется водород;

- не применять смазочные материалы, которые на поглощают влагу, либо вводить добавки, способные связывать образующийся водород;

- в парах трения сталь-медный сплав исключать примеси сурьмы, мышьяка и др., способствующих выделению водорода;

- уменьшить коррозию путем изменения режима работы сопряжения (снизить температуру, скорость скольжения и давление);

- при использовании полимеров подключать деталь к положительному полюсу источника, что уменьшит полностью проникновение водорода в стальную деталь;

- вводить в материалы добавки, которые способны соединяться с водородом;

- применение полирования в качестве последней технологической операции, в результате чего водород диффундирует к поверхности и десорбируется.