close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

код для вставкиСкачать
УДК 620.178.162.4; 620.194.3
СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
КОРРОЗИОННО-МЕХАНИЧЕСКОГО ИЗНАШИВАНИЯ
Е.А.Памфилов1, Я.С.Прозоров2, С.В.Кузнецов3, С.В.Лукашов2
Брянский государственный технический университет
Брянская государственная инженерно-технологическая академия
3
Брянский государственный университет им. акад. И.Г.Петровского
1
2
Дана краткая характеристика коррозионно-механическому виду изнашивания. Рассмотрены схемы для его
исследования в условиях трения скольжения. Выделены основные группы методов исследования коррозионномеханического
изнашивания:
гальванические,
потенциодинамические,
потенциостатические
и
электрохимическая импедансная спектроскопия. Дано описание и краткий сравнительный анализ каждой
группы методов.
Ключевые слова: коррозионно-механическое изнашивание, трибокоррозия, трибоэлектрохимическая ячейка,
электрохимическая импендансная спектроскопия
Коррозионно-механическое
изнашивание (трибокоррозия), представляет
собой разрушение материала в результате
одновременного
действия
трения
и
коррозии. При этом во многих случаях
проявляется взаимовлияние механических и
химических
явлений
(синергизм),
в
результате чего картина изнашивания может
существенно
изменяться.
Однако
закономерности такого
взаимовлияния
изучены недостаточно [1].
Поэтому важной является разработка
методик
исследования
коррозионномеханического
изнашивания
и
их
стандартизация. В 2004 году был создан
стандарт США ASTM G119 «Guide for
Determining Synergism Between Wear and
Corrosion»[2],
определяющий
порядок
вычленения
отдельных
компонент
коррозионно-механического-изнашивания и
исследования взаимодействия между ними.
Европейские исследователи предложили
собственный подход для исследования
трибокоррозии [3,4,5 ]. Оба подхода
основаны
на
объединении
электрохимических
и
трибологических
нагрузок и могут быть выполнены с
помощью одного и того же оборудования.
Для оценки устойчивости материалов к
коррозии целесообразно использование
электрохимических методов, а именно
гальванических,
потенциодинамических,
потенциостатических и электрохимической
импедансной спектроскопии. Эти методы
могут использоваться и для оценки
взаимосвязи
между
механической
и
химической компонентой износа,
При
выполнении
исследований
распространение
получили
подходы,
объединяющие в себе электрохимические и
трибологические испытания, в частности исследование процессов в зоне трения
скольжения при накладываемом внешнем
потенциале [2], и - изучение трения в
условиях равновесного потенциала системы
[3,5].
Метод
накладывания
внешнего
потенциала
предполагает
проведение
исследований в 4 этапа. На первом этапе
определяется
суммарный износ Mtot в
условиях
коррозионно-механического
изнашивания. Второй этап проводится в тех
же
условиях,
что
и
первый,
но
дополнительно
между
металлическим
образцом
(рабочим
электродом)
и
электродом
сравнения
задается
фиксированный
потенциал,
поддерживающийся за счет тока между
рабочим электродом и противоэлектродом
(рис. 1).
146
Рис. 1. Трибоэлектрохимическая ячейка
для исследования двунаправленного
трения скольжения.
Когда ток достигает стабильного
значения ia, в добавление к коррозионной
нагрузке образец вступает во фрикционный
контакт с контробразцом. Измеряемый
анодный ток в условиях трения обозначается
iw. Сила тока измеряется при фиксированном
потенциале. Таким образом возможно
проследить изменения электрохимической
кинетики
реакций
окисления
и
восстановления, происходящих в зоне
фрикционного
контакта
образца
и
контробразца.
На
данном
этапе
испытаний
определяются
значения
стационарного
потенциала
Ecor,
поляризационного
сопротивления Rp и постоянных Тафеля βa и
βс, а также вычисленные величины iw и Mw–
c.
На
третьем
этапе
определяют
механическую компоненту износа Mmech, для
чего минимизируют химическое воздействие
на образец. Стандарт ASTM G119 для этого
предлагает использовать катодную защиту,
европейские исследователи рекомендуют
использовать нейтральную среду с pH=7 [3,
2].
На четвертом этапе измеряется
коррозионная стойкость материала образца
при отсутствии фрикционного контакта, По
результатам
испытаний
определяется
Mc.После определения Mtot, Mw–c, Mmech и Mc
вычисляется значение Mc–w.
Основным преимуществом данной
методики
является
возможность
количественной оценки компонентов износа.
Однако наличие катодной защиты и
использование нейтральной среды не всегда
приводит к остановке коррозии и связанных
химических реакций в зоне фрикционного
контакта.
Методика
исследования
коррозионно-механического изнашивания
в условиях равновесного потенциала
системы
заключается в исследовании
трения образца, погруженного в электролит,
без наложения внешнего потенциала. В этой
методике
выделяют
три
варианта:
мониторинг
значения
равновесного
потенциала
Eoc,
исследование
вольтамперных
характеристик
и
электрохимическая
импедансная
спектроскопия.
Равновесный потенциал системы Eос –
потенциал, установившийся между рабочим
электродом и электродом сравнения, при
котором в электрохимической системе
образец – электролит протекают анодные и
катодные реакции. Этот параметр позволяет
определить
химическую
активность
материала образца в заданном электролите.
Низкое значение Eoc показывает, что
материал
подвержен
активному
растворению, высокое значение Eoc говорит
о пассивности материала.
Для пассивных металлов, таких как
нержавеющая сталь и титановые сплавы,
резкое снижение потенциала Eoc обычно
наблюдается в начале трения и объясняется
и воздействием ювенильной поверхности
металла на электролит из-за разрушения
оксидного пассивирующего слоя. Металл в
этой зоне окисляется, образуя растворимые
ионы и/или твердые продукты.
Главным недостатком мониторинга
значения равновесного потенциала Eoc
является
невозможность
дать
количественную оценку механической и
химической компонент трибокоррозии. Для
количественной оценки трибокоррозионного
износа предлагается измерение вольтамперных характеристик между двумя
электродами
одинакового
материала.
Первый электрод используется как образец,
а
второй
служит
в
качестве
противоэлектрода. Перед приложением
фрикционной
нагрузки
к
образцу
гальванический ток равен нулю, так как два
электрода имеют одинаковое значение
потенциала Eoc. В условиях трения между
образцом и контрэлектродом создается
147
гальваническая ячейка, и возникающий
гальванический
ток
измеряется
амперметром. Этот метод применяется в тех
случаях,
когда
изношенная
область
поверхности образца генерирует электроны
в процессе окисления металла, а катодная
реакция
на
неизношенной
области
задействует эти электроны. Изменение
протекающего тока характеризует влияние
трения на процесс коррозии.
Однако
не
все
электроны,
порожденные реакцией окисления металла,
проходят через амперметр, поэтому метод не
дает репрезентативного количественного
результата.
Для
более
точной
количественной
оценки
необходимо
изолироапть поверхность образца от
электролита (за исключением зоны износа)
для снижения
катодных реакций
на
поверхности образца, либо увеличить размер
противоэлектрода.
Сущность метода электрохимической
импедансной спектроскопии (EIS) состоит
в оценке изменения силы тока при
воздействии потенциальных колебаний
(обычно с медианным значением Eос) с
амплитудой
Еа
и
частотой
f
на
электрохимическую
систему.
Электрохимический
импенданс
Z,
являющийся отношением потенциала к току,
вычисляется по выбранному частотному
диапазону
для
получения
спектра
импенданса, который моделируется с
использованием
эквивалентного
электродного потенциала. Этот метод
применяется для пассивных материалов,
подвергающихся трению.
Согласно
применяемой
методике
полагается, что дорожка трения Atr на
образце состоит из активной площади Aact,
где исходный пассивирующий слой удален,
и пассивной площади Arepass, где оксидный
слой либо не был удален, либо уже
восстановился. Потеря массы материала в
дорожке трения Wtr составляет:
Wtr = Wcact + Wmact + Wcrepass + Wmrepass
где: Wcact – потеря массы материала в
результате коррозии в активной площади,
Wmact – потеря массы материала в результате
механического изнашивания в активной
площади, Wcrepass – потеря материала в
результате коррозии в пассивной площади,
Wmrepass – потеря массы в результате
механического изнашивания материала в
пассивной площади.
Достоинствами указанного метода
являются проведение испытаний при
равновесном электродном потенциале Eос
без
искусственного
изменения
электрохимических параметров системы и
определение
количественных
оценок
различных
компонент
коррозионномеханического износа. К недостаткам
метода относится возможность применения
только для пассивных материалов и
проведения исследования в условиях
однонаправленного трения скольжения,
Анализируя рассмотренные методы,
можно сделать следующие выводы.
 При
исследовании
коррозионномеханического изнашивания целесообразно
использовать электрохимические методы,
поскольку они позволяют моделировать
многие
химические
характеристики
коррозионной среды при одновременном
механическом воздействии, что дает
возможность оценить вклад коррозии в
суммарный износ
 Электрохимические методы имеют ряд
недостатков,
в
частности
реальный
потенциал в зоне фрикционного контакта
может
существенно
отличаться
от
накладываемого. Кроме того, принятие
анодного тока как меры износа образца за
счет химического воздействия правомерно
только при отсутствии других значимых,
кроме коррозионных, химических реакций,
приводящих
к
разрушению
или
модификации материала образца.
 Несмотря на общность подходов к
использованию электрохимических методов
возникают серьезные затруднения при
выявлении синергизма и интерпретации
результатов, для чего необходим анализ
характеристик
контактирующих
поверхностей и продуктов износа.
 Для
унификации
и
повышения
точности исследований требуется более
широкое использование международных и
создание отечественных стандартов в части
изучения
коррозионно-механического
изнашивания.
148
Список литературы
sion: a comparative evaluation // Tribology In1.
Памфилов,
Е.А.
К
вопросу ternational. 2008. Vol. 41, № 7. P. 573–583
моделирования коррозионно-механического
4. Tribocorrosion of passive metals and coatизнашивания / Е.А.Памфилов, Я.С.Прозоров ings / Edited by Dieter Landolt and Stefano
// Трение и износ. – Минск, 2012. – Том 33.- Mischler - Woodhead Publishing Limited,
Номер 3. – с. 288-297 .
Cambridge UK, 2011 – 579 p
2. ASTM standard G119, “Standard guide
5. Tribocorrosion properties of metallic mafor determining amount of synergism between terials and effects of metal release/ Ph. D. Thewear and corrosion,” in Annual Book of ASTM sis by Morten Stendahl Jellesen - Department
Standards. Volume 03.02: Wear and Erosion, of Manufacturing Engineering and ManageMetal Corrosion, ASTM, West Conshocken, Pa, ment, Technical University of Denmark (DTU),
USA, 2001
2007.
3. Mischler S. Triboelectrochemical techniques and interpretation methods in tribocorroMODERN RESEARCH METHODS OF CORROSION-MECHANICAL WEAR
E.A. Pamfilov, Ya.S.Prozorov, S.V.Kusnetsov, S.V. Lukashov
1
Bryansk State Academy of Engineering and Technology
2
Bryansk State Technical University
3
Bryansk State University named after acad. I.G. Petrovsky
This article presents the short characteristic of corrosion-mechanical wear. There are schemes for his research in conditions of sliding friction. Main groups of methods are galvanic, potentiodynamic, potentiostatic and electrochemical impedance spectroscopy. The brief comparative analysis of each group of methods is shown.
Keywords: corrosion-mechanical wear, tribocorrosion, electrochemical cell, electrochemical impedance spectroscopy
149
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа