Водородное изнашивание

Заслуживают внимания работы, проведенные Ю.Н. Шехтером, В.М. Юдиным, И.Ю. Ребровым и др. по разработке антифрикционнозащитных противоизносных композиций (АЗПК) – смазочных материалов третьего поколения, как их назвали авторы. Эти материалы способны снизить потери на трение и уменьшить все виды изнашивания. Для оценки этого свойства смазочных материалов были созданы методы оценки таких малоизученных видов изнашивания, как усталостный и электрохимический питтинг, циклическая коррозионно-циклическая усталость, коррозия при трении, коррозионное растрескивание и водородное изнашивание. АЗПК должны предотвращать появление очагов поражения металлических поверхностей и зарождения микротрещин.

3. В некоторых случаях  в смазывающие жидкости полезно  вводить ингибиторы проникновения  водорода. Многие полярные органические  соединения тормозят проникновение водорода в металлы при коррозии и катодной поляризации. Одной из эффективных и хорошо изученных присадок является дибензилсульфоксид, который при сильно отрицательных потенциалах катодов (для железа приблизительно 0,76 по водородной шкале) восстанавливается в дибензилсульфид, адсорбируясь на поверхности металла. Механизм действия органических ингибиторов проникновения водорода состоит в том, что при электролизе ионы водорода разряжаются на внешней поверхности адсорбированного слоя органических молекул, в результате нарушается непосредственный контакт ионов водорода с поверхностью катода. В парах трения сталь-медный сплав необходимо исключать из последнего примеси сурьмы, соединений мышьяка, серы и др., способствующие выделению водорода.

4. Коррозионные процессы  в узлах трения можно подавлять  путем изменения режимов работы: снижением температуры, скорости  скольжения и давлений. Так, для  пары трения бронза-сталь при  работе в глицерине или в спиртоглицериновой смеси основным фактором наводороживания является температура. При 65…70°С наводороживание происходит в несколько раз интенсивнее, чем при температуре 60°С. Снижение температуры в паре трения тормозная колодка из пластмассы 22-чугунный барабан авиационного колеса уменьшает интенсивность водородного изнашивания поверхностей трения.

5. Проникновение водорода  можно существенно снизить, если  из зоны наводороживания удалить (при их наличии) вещества, способствующие проникновению водорода: сероводород, фосфорводород, соединения мышьяка, селена, сурьмы, теллура. Действие сероводорода состоит в том, что он тормозит реакцию рекомбинации атомарного водорода. На основании изложенного выше предложены новые подходы в создании рецептов износостойких и эффективных фрикционных пластмасс.

6. В ряде случаев водородное  изнашивание может быть снижено  введением в материалы медьсодержащих добавок, которые реализуют режим ИП. Введение закиси меди в древесные материалы снижает выделение водорода при трении, а латунирование титана повышает его задиростойкость при работе со сталью.

7. Оригинальный метод  борьбы с водородным изнашиванием  разработан Ю.А. Евдокимовым, В.И. Колесниковым и В.И. Тер-Оганесяном. Они установили, что при трении пластмассовой детали о стальную, в зависимости от состава пластмассы, детали могут заряжаться: стальная отрицательно, а пластмассовая положительно или наоборот. Когда стальная деталь заряжается отрицательно, происходит ее усиленное наводороживание (водород заряжен положительно) и интенсивное разрушение при трении. Чтобы избежать водородного изнашивания, достаточно в пластмассу ввести небольшое количество другой электроотрицательной пластмассы, например ПТФЭ. В этом случае стальная деталь будет заряжена положительно, а пластмассовая – отрицательно. Водород не будет проникать в стальную деталь.

Разработана технология получения нового фрикционного материала применительно к тормозным колодкам колес железнодорожного транспорта. Проверка фрикционного материала в эксплуатационных условиях дала положительные результаты.

8. В целях "подавления" водорода во время его образования  в зоне фрикционного контакта  при создании новых фрикционных  материалов для автомобилей во  фрикционную пластмассу вводили  закись меди или другие добавки, которые связывались с водородом химически. Износостойкость фрикционного материала и сопряженного контртела при этом повышается в несколько раз. И, самое главное, исчезает один из основных пороков фрикционного материала – намазывание на него стали или чугуна.

9. Разработан метод удаления  технологического водорода путем  полирования поверхностного слоя  детали (последняя технологическая  обработка). При полировании помимо незначительного удаления поверхностного слоя детали верхние слои металла нагреваются и деталь подвергается своеобразной термической обработке. Поскольку максимум температуры при полировании находится на поверхности, водород диффундирует на поверхность и десорбируется.

На одном из заводов  у шестеренного насоса, перекачивающего  топливо, на рабочей поверхности зубьев одной из шестерен происходил небольшой вырыв материала, а на сопряженной поверхности других зубьев – наплав этого материала. Исследованиями было установлено наличие большого количества технологического водорода в зубьях шестерен. Введение небольшого припуска при изготовлении шестерен и удаление его при окончательном полировании ликвидировало дефект.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

 

В заключение следует отметить необычность явлений и сложность  процессов при водородном изнашивании  деталей и инструмента. Структура  металлов деталей под воздействием водорода, выделяющегося при трении, превращается в динамично изменяющуюся систему, переходящую в состояние хаоса (катастрофически интенсивного изнашивания и аварийного разрушения) или самоорганизации, обеспечивающей длительную, безотказную работу сопряжений. Естественно, выявление условий и режимов работы деталей механизмов, при которых происходит самоорганизация процессов трения и изнашивания, является актуальной и сложной задачей, а для разработки и обоснования методов подавления водородного изнашивания и повышения износостойкости деталей и инструмента с использованием избирательного переноса при трении, магнитной обработки, электрических и магнитных полей необходимы дальнейшие глубокие исследования.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы

 

1. Аксенов А.Ф. Исследование пластической деформации стали 45 при трении в среде газообразного водорода/ А.Ф. Аксенов, П.В. Назаренко, А.Н.Макаркин // Проблемы трения и изнашивания: Сб.ст. Киев: -Техника, 1979 г.

2. Васильев И.В. Снижение интенсивности водородного изнашивания фрикционных пар тормозных механизмов автомобилей/ И.В. Васильев, Н.М.Журавлев, Р.А.Меламуд, В.А.Федотова // Долговечность трущихся деталей машин: Сб. статей. /Под общей ред. Д.Н.Гаркунова.- М.: Машиностроение, 1986 г.

3. Гаркунов Д.Н. и др. Водородное изнашивание деталей машин: Монография / Д.Н.Гаркунов, Г.И.Суранов, Ю.А.Хрусталев. – Ухта: УГТУ, 2003 г.

4. Матюшенко В.Я., Шпеньков Г.П. Методика исследования содержания водорода в стальных поверхностях трения // В кн.: Физико-химическая механика фрикционного взаимодействия. - М.: Наука, 1971 г.

5. Шаповалов В.И. Влияние водорода на структуру и свойства железоуглеродистых сплавов.- М.: Металлургия, 1982 г.

6. Шехтер Ю.Н. Влияние смазочных масел и присадок на наводороживание, коррозию и износ в статических и динамических условиях / Ю.Н. Шехтер, И.Ю. Ребров, В.М. Юдин и др // Сб.: Долговечность трущихся деталей машин.- Вып. 5.- М.: Машиностроение, 1990 г.