Окислительное изнашивание

Окислительное изнашивание – это коррозионно-механическое изнашивание, при котором преобладает химическая реакция материала с кислородом или окисляющей окружающей средой.

Коррозией называют разрушение металлов вследствие химического или электрохимического взаимодействия их с коррозионной средой. Явление коррозии металлов заключается в том, что в его поверхностных слоях протекает многофазная химическая или электрохимическая реакция окисления, в результате которой металл (Ме) переходит в окисное (ионное) состояние. Химическую реакцию окисления можно представить в виде

. (5.1)

Реакция (5.1) будет находиться в состоянии химического равновесия, если молекулярное (парциальное) давление кислорода и давление диссоциации кислорода будут равны. Если > , то реакция (5.1) происходит в направлении образования окисла. В противном случае реакция будет протекать в обратном направлении, т.е. окисел будет подвержен диссоциации и разложению на металл и кислород. Данный анализ позволяет определить, в каких условиях процесс коррозии термодинамически вероятен, а в каких нет.

Характерной чертой процесса химической коррозии является образование продуктов коррозии, прилегающих к поверхности металла. Продукты коррозии образуют пленки, нарастание которых зависит от возможности проникновения через них элементов, вызывающих коррозию. Одним из основных факторов, характеризующих способность окисной пленки к торможению дальнейшего процесса окисления металла, является ее плотность.

Механизм процесса коррозии зависит от направления диффузии:

– если существует диффузия ионов металла через окисную пленку, то зона нарастания пленки будет располагаться на внешней поверхности;

– диффузия кислорода через окисную пленку приводит к тому, что зона нарастания пленки будет располагаться между металлом и окисной пленкой;

– при сравнимых диффузиях металла и кислорода зона нарастания будет располагаться внутри пленки.

Процесс электрохимической коррозии состоит из анодного (переход металла в раствор в виде свободных ионов с одновременным образованием равновесного количества электронов) и катодного (ассимиляция накапливающихся свободных электронов каким-либо деполяризатором, например, молекулами кислорода, ионами водорода и т.п.) процессов. Данные процессы сопровождает электрический ток, обусловленный электронами во внешнем контуре и ионами в электролите. Мерой интенсивности электрохимической коррозии служит ток коррозии, пропорциональный разности потенциалов на электродах:

,

где I – ток коррозии; – потенциалы катода и анода; R – активное сопротивление системы.

В реальных системах причиной, вызывающей образование двухэлектродных систем является неоднородность в структуре металла, так как в технике практически не применяются чистые металлы. В зависимости от потенциала основного металла и примеси будут образовываться соответствующие анодные и катодные точки:

– металл с более отрицательным потенциалом образует анод и подвергается коррозии;

– металл с более положительным потенциалом образует катод и не подвергается окислению, но в данном случае может наблюдаться водородная хрупкость из-за диффузии выделяющегося атомарного водорода.

Развитию коррозионных процессов способствует расклинивающее действие среды (влаги) вследствие абсорбции. Это явление оказывает решающее влияние на процесс протекания коррозии вне электролитах, а в электролитах оба явления могут наблюдаться одновременно.

Коррозионно-механическое изнашивание возникает при трении материалов, вступающих в химическое или электрохимическое взаимодействие с окружающей средой. Интенсивность коррозионно-механического изнашивания зависит от природы контактирующих материалов, их коррозионной стойкости, состава и свойств окружающей среды.

От соотношения скоростей разрушения и восстановления окисных пленок зависят интенсивность и механизм поверхностного разрушения. При высоких скоростях разрушения окисных пленок образуются физически чистые поверхности, имеющие склонность к схватыванию и быстрому разрушению.

Ускоряет процесс коррозионно-механического изнашивания водород, выделяющийся из металлов трущихся тел, смазочных материалов, топлива, паров воды, пластмасс и окружающей среды. При этом происходит охрупчивание материалов деталей и образование мелкодисперсного порошка. Большие градиенты напряжений и температур в приповерхностных слоях металла при трении способствуют повышенной концентрации водорода в зоне трения, зарождению и развитию микротрещин.

Окислительному изнашиванию могут подвергаться подшипники двигателей внутреннего сгорания вследствие воздействия продуктов окисления, образующихся при разложении смазочных материалов и при сгорании топлива.

Окисление металлических поверхностей может играть важную роль в ускорении химических изменений смазки, которые часто приводят к образованию пленки полимеризованного материала на металлических поверхностях. Эти пленки могут приводить к отрицательным явлениям, например, вызывать пригорание поршневых колец в двигателях внутреннего сгорания.

Коррозионно-механическому изнашиванию особенно подвержено оборудование нефтехимической, пищевой, горно-металлургической и деревообрабатывающей отраслей промышленности.

Вопросы по экзамену

1. Основные понятия и определения в области технической диагностики

2. Виды технического состояния. Контролируемые параметры

3. Системы технического диагностирования. Алгоритм диагностирования

4. Модели объектов диагностирования. Диагностическое обеспечение

5. Виды и методы неразрушающего контроля

6. Дефектоскопия проникающими веществами

7. Акустические методы неразрушающего контроля

8. Назначение и сущность виброакустической диагностики

9. Структура системы виброакустического диагностирования

10. Представление виброакустического сигнала

11. Возбуждение колебаний в линейных и нелинейных механических системах

12. Параметрическое возбуждение колебаний

13. Выделение диагностической информации: фильтрация

14. Выделение диагностической информации: детектирование

15. Колебания на роторной частоте и ее гармониках

16. Источники вибрации химических установок

17. Параметры промышленного шума

18. Ультразвуковой неразрушающий контроль: основные понятия и определения

19. Аппаратура для ультразвукового неразрушающего контроля

20. Ультразвуковой неразрушающий контроль: измеряемые характеристики выявленных дефектов

21. Ультразвуковой неразрушающий контроль: схемы контроля

22. Виды эксплуатационных повреждений: общие сведения

23. Водородное изнашивание

24. Кавитационное изнашивание

25. Абразивное изнашивание

26. Изнашивание при фреттинге

27. Изнашивание при заедании

28. Усталостное изнашивание

29. Гидроэрозионное (газоэрозионное) изнашивание

30. Окислительное изнашивание

Вопросы для самоконтроля

1. Назовите основные измеряемые характеристики выявленного дефекта. Поясните с помощью рисунка.

2. Что является целью и задачами технического диагностирования? Назовите характеристики диагностирования.

3. Дайте определение технического состояния. Назовите виды технического состояния в зависимости от значений параметров объекта в данный момент времени. Под воздействием каких факторов изменяется техническое состояние объекта?

4. Какие различают диагностические (контролируемые) параметры? Дайте их определение. Что относится к данным параметрам?

5. Какие Вы знаете системы диагностирования? Для чего они необходимы?

6. Что понимается под средствами технического диагностирования? Классификация средств технического диагностирования.

7. Что понимается под системой технического диагностирования? Какие различают системы технического диагностирования?

8. Что понимается под диагностической моделью? Какие различают диагностические модели? Для чего они необходимы?

9. Что понимается под алгоритмом технического диагностирования? Какие различают алгоритмы диагностирования? В чем состоит построение алгоритмов диагностирования?

10. Что понимается под техническим контролем? К чему сводится сущность любого контроля?

11. Виды и методы неразрушающего контроля.

12. Оптические методы неразрушающего контроля.

13. Методы неразрушающего контроля течеисканием.

14. Методы теплового неразрушающего контроля.

15. Классификация методов акустического неразрушающего контроля.

16. Что такое виброакустическая диагностика? В чем состоит ее сущность? Перечислите задачи виброакустической диагностики.

17. Какие возможны подходы реализации контроля технического состояния по виброакустическим характеристикам? На чем они основаны? Для каких объектов данные подходы используются?

18. Назовите основные элементы системы виброакустического диагностирования. Взаимодействие элементов диагностирования пояснить с помощью рисунка.

19. На каких частотах вызывает реакцию линейной и нелинейной механических систем гармонические воздействия с частотами и ? Поясните с помощью рисунков. Чем отличается линейная механическая система от нелинейной?

20. Что понимается под параметрическим возбуждением колебаний? Приведите примеры механизмов, в которых могут возбуждаться параметрические колебания. На каких частотах вызывает реакцию параметрической системы гармонические входные воздействия с частотами при изменении передаточной функции по любому сложному, но периодическому закону с основной частотой W?

21. Как может быть представлен виброакустический сигнал? Поясните с помощью рисунка.

22. Выделение диагностической информации: фильтрация.

23. Какие различают виды модуляции виброакустического сигнала? Приведите спектры модулированных колебаний. Приведите временную реализацию модулированных колебаний.

24. Колебания механизмов на роторной частоте и ее гармониках. Назовите причины увеличения амплитуд колебаний на роторной частоте.

25. Влияние состояния контактирующих поверхностей на виброактивность машин и оборудования. Как влияет абразивное и усталостное изнашивание и изнашивание при заедании на виброакустический сигнал?

26. Назовите параметры промышленного шума. Что понимается под спектром шума?

27. Приведите схемы контроля эхо-методом.

28. Что понимается под износом? Какие различают виды изнашивания? Какие явления и процессы происходят при трении и изнашивании?

29. В чем проявляется изнашивание при заедании? Где оно имеет место?

30. Какие виды разрушения могут иметь место при абразивном изнашивании? Что влияет на величину износа? В каких машинах и оборудовании наблюдается абразивное изнашивание?

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ