21. Трение и коррозия.

Коррозия - самопроизвольное разрушение твердых тел, вызванное физико-химическими процессами их взаимодействия с окружающей средой. Многие узлы трения в оборудовании химической, нефтедобывающей, горнорудной и других отраслей промышленности работают в контакте с агрессивными средами. Их детали подвергаются одновременно трению и коррозии, чаще всего электрохимической. Электрохимическая коррозия - процесс взаимодействия материалов и среды посредством электродных процессов. Металлы наиболее подвержены электрохимической коррозии вследствие высокой электропроводности и активности в электродных процессах. При трении металлических деталей в электролитах возможно образование короткозамкнутых гальванических микроэлементов (рис. 6.4).

Рис 6.4 Образование гальванических элементов в контакте металлических деталей:

1 и 2 - поверхности трения деталей из металла 1 и металла 2; 3 - электролит.

На границах металл-электролит возникают потенциалы ₁₃ и ₂₃ , а в местах касания деталей - контактная разность потенциалов ₁_2. Электродвижущая сила этих элементов обусловливает протекание на поверхностях трения электродных процессов.

Трение и коррозия оказывают взаимное влияние. Трение ускоряет подвод реагентов к ювенильным участкам и отвод продуктов реакций. Вследствие дискретности (т.е. прерывности) контакта, между поверхностями трения всегда имеется зазор. Это придает коррозии при трении черты щелевой коррозии, скорость которой гораздо выше, чем сплошной коррозии, охватывающей всю поверхность изделия. Растворение металла на участках касания ускоряет усталостное разрушение выступов. Таким образом, при трении в электролитах коррозия служит катализатором (т.е. ускорителем) механического изнашивания.

22. Трибохимические реакции.

Трибохимия - область химии, изучающая химические и физико-химические изменения твердых веществ под влиянием энергии трения.

О том, что при трении в зоне контакта возникают или ускоряются химические реакции, свидетельствуют следующие факты. Еще в XVIII веке было установлено, что растворение металла резко ускоряется, если поверхность образца подвергается трению. Под действием трения качения на железных колесах оксидные пленки возникают на несколько минут, а в аналогичных условиях в состоянии покоя такие же пленки образуются в течение нескольких десятков лет.

Объяснение этих результатов - микровыступы на поверхностях трения испытывают удары большой интенсивности. В момент удара материал микровыступа переходит в наивысшее возбужденное состояние, называемое трибоплазмой. Оно характеризуется высокой локальной температурой (более 10⁴ К) и сохраняется короткое время (<10^-7 с). В микровыступе происходят физические процессы, приводящие к эмиссии (испусканию) фотонов и электронов. Они важны для инициирования химических реакций в зоне контакта. Часть рассеянной энергии остается в поверхностном слое в форме избыточной свободной энергии. Происходит так называемая трибоактивация вещества.

Ход трибохимической реакции показан на схеме (рис. 6.5), где выделены следующие фазы: 1 - реакция на поверхности

Рис 6.5 Кинетическая диаграмма хода трибохимической реакции

v - скорость реакции, t - время.

1 - образца без трения, 2 - рост скорости реакции в начале трения, 3 - стационарная фаза реакции при трении, 4 - спад скорости реакции после прекращения трения.

Трибохимические процессы находят применение в химической промышленности. С помощью шаровых вибрационных и планетарных мельниц получают карбонилы - соединения СО и металлов, прививают полимеры к неорганическим веществам, регенерируют катализаторы.