To dalo podnet k aktívnemu výskumu tribokorózie, ktorá sa zaoberá pochopením povrchových degradačných mechanizmov, keď nastáva vzájomné pôsobenie mechanického opotrebenia a chemických alebo elektrochemických procesov.

 

Princíp, definície a klasifikácia tribokorózie

Pri tribokorózii hovoríme o spojení tribológie a korózie [1, 2]. Tribológia je veda o trení, opotrebení a mazaní, zatiaľ čo korózia je degradácia materiálov v technických systémoch z chemického hľadiska [3]. Tribokorózia je všeobecný pojem zahŕňajúci všetky mechanické a chemické interakcie (obr. 1), ktoré vyvolávajú degradáciu materiálov v relatívnom pohybe.

Tribokorózia zahŕňa interakciu medzi procesmi mechanického opotrebenia a elektrochemickými alebo aj chemickými koróznymi procesmi, ktoré vedú k strate materiálu tvorenej vplyvom týchto účinkov. Táto téma sa začala skúmať koncom 80. rokov a ukázala sa ako atraktívna výskumná oblasť pokročilých experimentálnych techník, ktoré boli vyvinuté na pochopenie komplexných procesov v tribokoróznych kontaktoch. Uvedená problematika zahŕňa vzájomné pôsobenie korózie a erózie (tuhé látky, kvapky alebo kavitačné bubliny), abrázie, adhézie, kontaktných a únavových procesov opotrebenia. Tribokorózia zahŕňa vzájomné pôsobenie korózie s

•          eróziou pevných častíc,

•          abráziou,

•          kavitačnou eróziou,

•          fretingom (zadieraním),

•          biologickými roztokmi,

•          opotrebením pri klznom pohybe a tribooxidáciou.

 

Degradácia materiálu spôsobená súčasnými chemickými a mechanickými účinkami môže nastať pri rôznych podmienkach, ako je to znázornené na obr. 2.

Z fyzikálneho hľadiska tribokorózia zahŕňa rôzne javy mechanickej a chemickej degradácie, a to korozívne opotrebenie, erozívne opotrebenie, opotrebenie urýchľované koróziou, erozívnu koróziu, oxidačné opotrebenie, koróziu spôsobenú fretingom, korózne praskanie a koróznu únavu [2].

 

Faktory ovplyvňujúce tribokorózne procesy a mechanizmy

Tribokorózne správanie závisí od:

•          vlastností kontaktných materiálov,

•          mechanizmu tribologického kontaktu,

•          fyzikálno-chemických vlastností prostredia.

Tieto aspekty sú silne previazané, môžu spolupôsobiť alebo byť aj protipôsobiace, môžu mať priaznivý alebo aj škodlivý vplyv na činnosť tribologického systému. Preto je potrebné študovať tribokoróziu zo systémového hľadiska, lebo zahŕňa integráciu niekoľkých subsystémov. Obr. 3 ukazuje dôležité parametre ovplyvňujúce tribokorózne správanie v prípade klzného kontaktu pod elektrochemickou kontrolou [3, 4].

Mechanicko-prevádzkové parametre

Miera tribokorózie pre danú kombináciu kov – prostredie závisí od aplikovaných síl a typu kontaktu – napríklad kĺzanie, vibrácia, valenie. Geometria kontaktu podporovaná tvarom a veľkosťou kontaktných povrchov je ďalším dôležitým parametrom a určuje veľkosť kontaktnej zóny a usporiadanie odieraných povrchov. Rozdielne mechanické procesy majú parametre, ktoré ovplyvňujú procesy tak, ako v prípade erózie, kde energia a uhol dopadu narážajúcich čiastočiek a ich tvar sú kritickými premennými veličinami.

Materiálové parametre

Vlastnosti všetkých materiálov zahrnutých v tribologickom kontakte, vrátane tých produktov reakcií, ktoré sa vytvárajú na odieranom povrchu, sú dôležité. Za neprítomnosti korózie odolnosť proti opotrebeniu materiálu závisí od vlastností, ako sú napríklad tvrdosť, tuhosť, húževnatosť a medza klzu. Vzťah medzi týmito vlastnosťami a intenzitou tribokorózie nie je doposiaľ celkom jasný. Doterajší výskum bol zameraný na synergické účinky medzi procesmi opotrebenia a korózie, ktoré majú za následok zrýchlenú stratu materiálu a v niektorých prípadoch aj zníženie tejto straty materiálu.

Široký okruh korózií odolných materiálov je založený na pomerne tenkom oxidovom filme na povrchu, ktorý vytvára bariéru prenosu medzi relatívne aktívnym základovým materiálom a koróznym prostredím. Tento film robí povrch pasívnym, ale vo vnútri tribologických kontaktov môže byť pasívny film odstránený mechanickým opotrebením alebo procesmi narážania. Na ktoromkoľvek mieste, kde je tento film mechanicky poškodený alebo odstránený, môže nastať prenos bez akéhokoľvek odporu pôvodne vytvoreného bariérovým filmom. Táto interakcia medzi tribologickými a elektrochemickými koróznymi účinkami významne zvyšuje straty materiálov. Tie budú omnoho vyššie ako sumárne straty materiálov pri čistej korózií (bez tribologických pohybov) a pri čistých podmienkach opotrebenia (zamedzenie korózie pri katodických podmienkach) [5, 6].

V prípade kovov vystavených vysokým teplotám mechanické a chemické vlastnosti vytvorených tenkých oxidových vrstiev určujú intenzitu tribokorózie.

Parametre roztoku (vplyv prostredia)

Pre dané podmienky kontaktu kovovej alebo nekovovej dvojice majú pri tribokorózií účinky prostredia významnú úlohu. Vplyv je badateľný vo forme média v rozhraní, ktoré je tuhé, kvapalné alebo plynné a s vlastnosťami, ako je viskozita, vodivosť, pH hodnota, koróznosť, teplota, atď. Napríklad, keď sú kovy vystavené vzduchu, relatívna vlhkosť bude určovať, či môže tenký kvapalný elektrolytický film vytvárať zmeny korózneho mechanizmu. V prípade vodných systémov koncentrácia kyslíka, pH a koncentrácie istých aniónov ako iónov chloridu vplýva na koróznosť.

Elektrochemické parametre

V tribokorózií sú elektrochemické aspekty veľmi dôležité, lebo korózia je sledovaná na základe elektrochémie. Základné parametre, ako aplikovaný potenciál, ohmický odpor, vzrast pasívneho filmu, aktívny rozklad, atď. sú uvedené na obr. 3. Tribokorózne javy môžu byť skúmané z elektrochemického aj tribologického pohľadu. Elektrochémia sústreďuje pozornosť na štúdium kinetík repasivácie kovových povrchov aktivovaných mikroryhovaním, zatiaľ čo tribológia sa zaujíma o to, ako povrchová oxidácia počas odierania ovplyvňuje mieru mechanického opotrebenia [2, 4].

Záver

Tribokorózia ako jav, vyskytujúci sa v zaťažených technických aj biologických systémoch, vyžaduje systematické štúdium v teoretickej aj experimentálnej oblasti. Podľa definičných odborov tribológie patrí tribokorózia k opotrebeniu, pričom dominantnú úlohu majú tribologické procesy charakterizované základnými druhmi opotrebenia – abrazívnym, eróznym a adhezívnym, zosilnené tribochemickými a chemickými reakciami prebiehajúcimi v kontaktujúcich sa povrchoch tribologického uzla. Vlastná podstata týchto rozborov je predmetom intenzívneho výskumu a ukazuje sa, že pre ich pochopenie je nutné experimentálne skúmanie doplnené analytickým rozborom vplyvu zaťaženia, prostredia i materiálivých vlastností.

 

Táto práca bola podporená projektom VEGA V11-012-00 Ministerstva školstva, vedy, výskumu a športu SR.

 

Literatúra

[1]       Celis, J.-P., Ponthiaux, P.: Tribocorrosion - editorial, Wear, vol. 261 937 – 8, 2006

[2]       Landolt, D.: Electrochemical and materials aspects of tribocorrosionsystems, Journal of Physics D, vol. 39, no. 15, pp. 3 121 – 3 127, 2006

[3]       Celis, J.-P., Ponthiaux, P., Wenger, F.: Tribo-corrosion of materials: interplay between chemical, electrochemical, and mechanical reactivity of surfaces, Wear, vol. 261, no. 9, pp. 939 – 946, 2006

[4]       Mischler, S.: Triboelectrochemical techniques and interpretation methods in tribocorrosion: a comparative evaluation, Tribology International, vol. 41, no. 7, pp. 573 – 583, 2008

[5]       Wood, R. J. K.: Tribo-corrosion of coatings: a review, Journal of Physics D, vol. 40, no. 18, pp. 5 502 – 5 521, 2007

[6]       Ponthiaux, P., Wenger, F., Drees, D., Celis, J. P.: Electrochemical techniques for studying tribocorrosion processes, Wear, vol. 256, no. 5, pp. 459 – 468, 2004

 

TEXT: Ing. Ján Kunda, Prof. Ing. Marián Dzimko, PhD., Katedra konštruovania a častí strojov, Sjf, Žilinská univerzita