9. Адсорбция и ее роль в процессах трения.

Поглощение поверхностью какого-либо вещества других веществ называется сорбцией.

Адсорбцией называют изменение концентрации вещества на границе раздела фаз. Различают два вида адсорбции: физическую адсорбцию и активизированную или хемосорбцию.

При физической адсорбции молекулы адсорбированного вещества связаны с атомами поверхности твердого тела слабыми ван-дер-ваальсовыми силами (дисперсионными, индукционными и ориентационными). Физическая адсорбция протекает самопроизвольно и характеризуется сравнительно слабыми взаимодействиями, удерживающих молекулы на поверхности твердого тела (энергия связи составляет 0,1 Эв).

Хемосорбция обусловлена проявлением химических (валентных) взаимодействий между адсорбированными молекулами и атомами поверхности твердых тел. Хемосорбция необратима и сопровождается значительными тепловыми эффектами, доходящими до 400 кдж/моль и более.

Физическая адсорбция — обратимый процесс. Адсорбированные молекулы могут отрываться от поверхности и переходить в окружающую среду. На их место поступают новые молекулы, в результате чего в системе устанавливается равновесие, при котором в единицу времени на поверхности адсорбируется столько же молекул, сколько покидает ее. Процесс, обратный адсорбции, называется десорбцией. Тело, на котором адсорбируются молекулы другого вещества, называется адсорбентом. Вещество, адсорбированное на теле, называется адсорбатом.

Адсорбция протекает на границе раздела фаз: твердое тело — газ, твердое тело — жидкость. В реальных условиях молекулы адсорбата почти всегда покрывают поверхность тела, причем толщина слоя адсорбата зависит от величины и характера сил взаимодействия между поверхностью и окружающими ее молекулами.

Процесс адсорбции сопровождается уменьшением поверхностной энергии и выделением некоторой ее части в окружающую среду. Выделившуюся в период протекания данного процесса энергию называют энергией адсорбции.

Адсорбция — представляет собой изотермический процесс. Интенсивность процесса адсорбции определяется объемом или массой адсорбированного вещества.

10. Оксиды на металлических поверхностях трения.

Фрикционное взаимодействие активизирует процесс окисления контактирующих материалов. Механизм и глубину реакций окисления поверхностного слоя определяют его физико-химические свойства, состав и дефектность строения. Важнейшее значение при этом имеет чистота металла.

Пленки оксидов, имеют твердость, отличающуюся от твердости основного металла, и защищают нижележащие слои металлов от механического разрушения в результате микросхватывания.

Оксидные пленки снижают величину молекулярно-адгезионного взаимодействия между трущимися поверхностями металлов.

Окисление обусловлено химической адсорбцией атомов кислорода воздуха на металлической поверхности с образованием кристаллической фазы оксидов. Различия значений параметров кристаллической решетки оксида и исходного металла способствуют тому, что пленки находятся под действием сжимающих напряжений. Это уменьшает вероятность проникновения последующих молекул кислорода к металлу.

Дальнейший рост толщины пленки оксида связан с выходом ионов металла на поверхность под действием различных процессов. Это объясняется перемещением ионов под действием электрического поля, диффузией ионов по дефектам решетки, локальными перегревами.

Присутствие воды и находящихся в воздухе газов (СО2 и SO4 и др.) создают условия для протекания электролитических процессов окисления.

Фрикционные характеристики пленок оксидов зависят от их состава и строения. Например, оксид Fe2O3 при определенных условиях, выполняет роль абразива, а оксиды Fe3O4 и FeO повышают износостойкость пары трения. Защитная роль пленки оксида зависит от соотношения твердости оксида и основного металла. Чем меньше разница между твердостью основного металла и оксида, тем выше прочность пленки и ее несущая способность.