ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Водородный износ металлов и методы его исследования из "Эффективность смазочных материалов в условиях водородного и других видов коррозионно-механического износа " Явление водородного износа [34-37J включает в себя цепь связанных между собой процессов выделение водорода из смазочной среды, адсорбцию и поглощение его поверхностями трения металлов, диффузию водорода в металле под действием градиентов температуры и механических напряжений в область максимального значения этих величин, снижение прочности поверхностей трения металлов, приводящее к их повышенному износу. Каждый из этих процессов в отдельности может являться термодинамически маловероятным, однако в условиях трения, экстремально высоких температурных вспьшек, скоростей механических деформаций вся цепь процессов становится реальной f37j. [c.15] Количество поглощенного водорода зависит от плотности упаковки атомов в решетке металла, характеризующей энергетический уровень и интенсивность силовых полей решетки Чем вьш1е плотность упаковки атомов в решетке /чем выше ее энергетический уровень/, тем больше может быть связано водорода в решетке и выше растворимость водорода в металле, однако тем значительнее затрудняется диффузия водорода в металле. Растворимость и поглощение водорода мелкозернистой сталью выше, чем крупнозернистой, тогда как скорость диффузии водорода, наоборот, уменьшается с увеличением дисперсности структуры. [c.18] На рис. 3 приведена схема, иллюстрирующая методы, которые нашли или могут найти применение при изучении фрикционного наводороживания металлов в смазочных средах. [c.21] Первая группа методов включает оценку количества водорода, поглощенного металлом при трении, методами вакуумной экстракции, зондирования поверхностей трения или ее анодным растворением. [c.21] Метод вакуумной экстракции основан на обратимости равновесного содержания водорода в меТапле в зависимости от парциального давления в газовой фазе и позволяет определить объемное наводороживание металла СЗУ]. Различают два варианта метода вакуумный нагрев и вакуумное плавление. [c.21] При вакуумном нагреве температура образца не превышает температуру плавления металла и обычно составляет 600-700°С. Результаты исследований свидетельствуют о том, что основная масса выделившегося газа при нагреве стали до 1073°С состоит из водорода, так как при этой температуре диффузия водорода преобладает над диффузией азота и кислорода /поэтому эти газы не выделяются в свободном виде/. [c.21] Весьма перспективным является использование приборов фирмы LE O /США/ типа РН-1, РН-2, РН-3, работающих по принципу вакуумного плавления. Пробу анализируемого металла массой I г помещают в графитовый тигель, через который пропускается электрический ток 1000А. За несколько секунд температура достигает более 2000°С, образец металла плавится, выделяющийся водород захватывается потоком инертного газа и поступает в аналитическую часть прибора, где фиксируется количество водорода. [c.23] Основным недостатком метода вакуумной экстракции является интегральное определение количества водорода во всем образце и отсутствие возможности оценки реальной концентрации водорода в поверхностных слоях металла, подвергаемых при трении наибольшему нагреву, механическим нагрузкам и, следовательно, наводороживанию. [c.23] Для изучения распределения концентрации водорода по поверхности трения и по глубине используются методы зондирования поверхности металла с помощью электронного и лазерного лучей, ионной бомбардировки и др. [c.23] Применение сфокусированного электронного пучка позволяет определить содержание водорода в точке диаметром 0,5-1 мм. Газ выделяется из расплавленного кратера металла и перетекает в камеру анализатора -чувствительного масс-спектрометра. [c.23] Использование для локального плавления поверхности металла лазеров позволяет повысить разрешающую способность до 20-40 мкм. Преимуществом ионного зонда является возможность послойного анализа при последовательном стравливании ионным лучом слоя за слоем металла. Дня анализа водорода в тонких поверхностных слоях металла и адсорбированных слоях применяют оже-спектроскопию, основанную на анализе энергий вторичных электронов, образующихся при электронной бомбардировке пробы. Граница обнаружения водорода равна примерно 0,01% [51]. [c.23] Широкое распространение получил метод локального эмиссионного спектрального анализа, позволяющий быстро получать информацию об относительном содержании водорода в тонких слоях поверхностей трения 37J. Современная установка для эмиссионного спектрального анализа на основе спектрографа ИСП-51 описана в [.53J. [c.24] Определить послойное содержание водорода в поверхностном слое металла позволяет относительно простой метод анодного растворения, нашедший применение при исследовании электролитического наводороживания, при котором водород сосредоточен в тонком поверхностном слое металла 46,5l]j. Суть метода состоит в электрохимическом анодном растворении поверхностного слоя металла заданной толщины с последующим хроматографическим или спектральным анализом выделившегося газа. [c.24] Растворенный в металле водород, если он находится в виде нейтральных атомов или положительных ионов, должен полностью высвобождаться при анодном растворении металла. Положительные ионы водорода при этом могут превращаться в нейтральные атомы, молекулы и в дальнейшем выделяться из раствора в виде газа или растворяться в нем. Выбором специальной формы ячейки, состава электролита и режима растворения добиваются отсутствия побочных реакций /выделения кислорода, окисление водорода и т.п./. Изменяя время растворения, можно анализировать слои различной толщины. [c.24] От этого недостатка свободны методы непосредственной оценки наводороживания, по количеству или потоку водорода, диффундирующего через металл /см. стр. 22/. [c.24] Методы этой группы обладают высокой чувствительностью и позволяют определять кинетику процесса наводорожива-ния. [c.25] Вернуться к основной статье