Методичні особливості трибокорозійних досліджень
Описано методику трибокорозійних досліджень контактуючих пар у середовищах різної агресивності за умов реверсивного тертя з використанням мікрозонда, поєднаного з електродом порівняння. За цією методикою отримано точнішу інформацію про електрохімічний стан доріжки тертя, особливо під час випробувань...
Збережено в:
| Дата: | 2010 |
|---|---|
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Ukrainian |
| Опубліковано: |
Фізико-механічний інститут ім. Г.В. Карпенка НАН України
2010
|
| Назва видання: | Фізико-хімічна механіка матеріалів |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/137198 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Методичні особливості трибокорозійних досліджень / В.А. Винар, В.М. Довгуник, М.М. Студент // Фізико-хімічна механіка матеріалів. — 2010. — Т. 46, № 5. — С. 59-64. — Бібліогр.: 12 назв. — укp. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-137198 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1371982018-06-18T03:07:52Z Методичні особливості трибокорозійних досліджень Винар, В.А. Довгуник, В.М. Студент, М.М. Описано методику трибокорозійних досліджень контактуючих пар у середовищах різної агресивності за умов реверсивного тертя з використанням мікрозонда, поєднаного з електродом порівняння. За цією методикою отримано точнішу інформацію про електрохімічний стан доріжки тертя, особливо під час випробувань у середовищах з низькою провідністю. Описана методика трибокоррозионных исследований контактирующих пар в средах разной агрессивности в условиях реверсивного трения с использованием микрозонда, совмещенного с электродом сравнения. Показано, что с помощью такой методики можно получать более точную информацию об электрохимическом состоянии дорожки трения, особенно при испытаниях в средах с низкой проводимостью. The method of tribocorrosion investigations of contact pairs in the environments of different aggressiveness conditions under reversive friction by a micro-probe, combined with the reference electrode is described. It is shown that this method application for tribocorrosin investigation gives the more exact information about the electrochemical state of friction track especially during testing in environments with low conductivity. 2010 Article Методичні особливості трибокорозійних досліджень / В.А. Винар, В.М. Довгуник, М.М. Студент // Фізико-хімічна механіка матеріалів. — 2010. — Т. 46, № 5. — С. 59-64. — Бібліогр.: 12 назв. — укp. 0430-6252 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/137198 539.621 uk Фізико-хімічна механіка матеріалів Фізико-механічний інститут ім. Г.В. Карпенка НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Ukrainian |
| description |
Описано методику трибокорозійних досліджень контактуючих пар у середовищах різної агресивності за умов реверсивного тертя з використанням мікрозонда, поєднаного з електродом порівняння. За цією методикою отримано точнішу інформацію про електрохімічний стан доріжки тертя, особливо під час випробувань у середовищах з низькою провідністю. |
| format |
Article |
| author |
Винар, В.А. Довгуник, В.М. Студент, М.М. |
| spellingShingle |
Винар, В.А. Довгуник, В.М. Студент, М.М. Методичні особливості трибокорозійних досліджень Фізико-хімічна механіка матеріалів |
| author_facet |
Винар, В.А. Довгуник, В.М. Студент, М.М. |
| author_sort |
Винар, В.А. |
| title |
Методичні особливості трибокорозійних досліджень |
| title_short |
Методичні особливості трибокорозійних досліджень |
| title_full |
Методичні особливості трибокорозійних досліджень |
| title_fullStr |
Методичні особливості трибокорозійних досліджень |
| title_full_unstemmed |
Методичні особливості трибокорозійних досліджень |
| title_sort |
методичні особливості трибокорозійних досліджень |
| publisher |
Фізико-механічний інститут ім. Г.В. Карпенка НАН України |
| publishDate |
2010 |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/137198 |
| citation_txt |
Методичні особливості трибокорозійних досліджень / В.А. Винар, В.М. Довгуник, М.М. Студент // Фізико-хімічна механіка матеріалів. — 2010. — Т. 46, № 5. — С. 59-64. — Бібліогр.: 12 назв. — укp. |
| series |
Фізико-хімічна механіка матеріалів |
| work_keys_str_mv |
AT vinarva metodičníosoblivostítribokorozíjnihdoslídženʹ AT dovgunikvm metodičníosoblivostítribokorozíjnihdoslídženʹ AT studentmm metodičníosoblivostítribokorozíjnihdoslídženʹ |
| first_indexed |
2025-07-10T03:25:45Z |
| last_indexed |
2025-07-10T03:25:45Z |
| _version_ |
1837228828289662976 |
| fulltext |
59
Ô³çèêî-õ³ì³÷íà ìåõàí³êà ìàòåð³àë³â. – 2010. – ¹ 5. – Physicochemical Mechanics of Materials
УДК 539.621
МЕТОДИЧНІ ОСОБЛИВОСТІ ТРИБОКОРОЗІЙНИХ ДОСЛІДЖЕНЬ
В. А. ВИНАР, В. М. ДОВГУНИК, М. М. СТУДЕНТ
Фізико-механічний інститут ім. Г. В. Карпенка НАН України, Львів
Описано методику трибокорозійних досліджень контактуючих пар у середовищах
різної агресивності за умов реверсивного тертя з використанням мікрозонда, поєдна-
ного з електродом порівняння. За цією методикою отримано точнішу інформацію
про електрохімічний стан доріжки тертя, особливо під час випробувань у середови-
щах з низькою провідністю.
Ключові слова: трибокорозія, електродний потенціал, коефіцієнт тертя, мікро-
електрод.
Трибокорозія – це незворотна трансформація поверхневих шарів металів від
одночасної фізико-хімічної та механічної взаємодій під час фрикційного контакту
в корозивних середовищах [1, 2]. Цей вид руйнування поширений у вузлах тертя,
які працюють у різних агресивних середовищах. Прогнозувати наслідки одно-
часної дії тертя та корозії складно через синергізм перебігу процесів, оскільки
тертя змінює чутливість матеріалу до корозії, а корозивний чинник – умови тертя.
Для вивчення процесів трибокорозії широко застосовують електрохімічні
методи досліджень [3, 4]: зміну електродного потенціалу металів, струмів поля-
ризації під час тертя тощо. Є низка публікацій про зміну цих параметрів [5–10].
Однак їх інтерпретація не завжди коректна через недосконалість методичних під-
ходів – отримані дані залежать від відносного розташування електрода порівнян-
ня та доріжки тертя, через що не вдається отримувати достовірну інформацію
про електрохімічний стан останньої.
Пропонується методика дослідження електрохімічного стану поверхні до-
ріжки тертя під час фрикційної взаємодії із застосуванням мікрозонда, поєднано-
го з електродом порівняння.
Обладнання та методика випробувань. Трибокорозійні дослідження зраз-
ків у середовищах різної агресивності та провідності виконували на розробленій
нами установці реверсивного тертя (рис. 1) за схемою “кулька–площина”. Конст-
рукція установки жорстка. Вона виключає нерегламентовані переміщення кон-
тактної пари під час випроб, що важливо для такого типу експериментів, особли-
во під час визначення геометричних параметрів доріжки тертя. Складається уста-
новка зі станини (1), де розміщені електричний двигун та черв’ячна передача, які
приводять у зворотно-поступальний рух стіл (2). До станини прикріплені під-
шипники (4), які забезпечують прямолінійність руху стола (2). Зразок (10) вста-
новлюють на поверхню стола (2), який через гумовий ущільнювач кріплять з
ванною (3) гвинтами. Навантажують зразок наважками (7), які встановлюють на
індентор (8), вмонтований у коромисло (9). Коромисло зрівноважують рівнем (6)
для забезпечення перпендикулярності індентора до поверхні зразка (10) за при-
кладання нормального навантаження. На інденторі (8) змонтовано тензодавач
(11) для фіксування зміни сили тертя під час випроб.
Зразки розміром 50×40×5 mm виготовляли з алюмінієвого сплаву Д16. Три-
Контактна особа: В. А. ВИНАР, e-mail: vynar@ipm.lviv.ua
60
Рис. 1. Випробувальна установка для
трибокорозійних досліджень: 1 – станина;
2 – стіл; 3 – комірка для корозивного
середовища; 4 – підшипники; 5 – хлорид-
срібний електрод порівняння; 6 – рівень;
7 – наважка; 8 – індентор; 9 – коромисло;
10 – зразок; 11 – тензодавач.
Fig. 1. Equipment for tribocorrosin testing:
1 – frame; 2 – table; 3 – cell for corrosive envi-
ronment; 4 – bearings; 5 – silver chloride refe-
rence electrode; 6 – level; 7 – weight; 8 – indentor;
9 – balance-arm; 10 – specimen; 11 – strain gauge.
бокорозійні експерименти виконували в розчинах з різною провідністю: гліцери-
ні, 3%-му розчині NaCl, а також у агресивному для сплаву Д16 5%-му розчині
NaOH. Контртіло – керамічна кулька (Al2O3) діаметром 9 mm. Під час випроб од-
ночасно фіксували зміни моменту тертя та електродного потенціалу, використо-
вуючи насичений класичний хлоридсрібний електрод порівняння та мікрозонд з
внутрішнім діаметром 200 µm, поєднаний з електродом порівняння. Кінетику
зміни параметрів реєстрували аналого-цифровим пристроєм за допомогою персо-
нального комп’ютера з кроком 0,25 s.
Результати досліджень та їх обговорення. Зміна електродного потенціалу
під час тертя у корозивному середовищі інформує про перебіг трибокорозійного
процесу [1–3, 11, 12]. Зокрема, у трибоекспериментах, виконаних за схемами
“кулька–площина”, найбільше зацікавлює зміна значень електродного потенціалу
доріжки тертя, оскільки електрохімічний стан металу в зоні контакту залежить
від руйнування поверхневих плівок, а також механічних напружень. Потенціал,
заміряний під час тертя, коли навантажені та ненавантажені ділянки металу кон-
тактують, є компромісним Еmix між потенціалами Еa від навантаженої та Еk від
ненавантаженої ділянок зразка (рис. 2).
Рис. 2. Схема контактування матеріалу на доріжках тертя, коли навантажений матеріал
є локальний анод, а ненавантажений – локальний катод.
Fig. 2. Contacting scheme of material in the friction tracks when the loaded material
is a local anode and unloaded – a local cathode.
Вимірювання зміни електродного потенціалу металів під час фрикційної вза-
ємодії за класичною методикою з використанням хлоридсрібного чи каломельно-
го електродів порівняння (рис. 3), коли електрод порівняння розташований неру-
хомо на певній відстані від поверхні зразка та доріжки тертя, інформує про зміну
компромісного електродного потенціалу всієї поверхні і не надає повної інфор-
мації про процеси безпосередньо у зоні контакту [5].
Електродний потенціал металів, що повністю чи частково пасивуються в
досліджуваних розчинах, чутливий до умов навантаження (рис. 4). Зокрема, якщо
перед початком трибокорозійного експерименту зразок витримувати певний час
у розчині, то електродний потенціал стабілізується (рис. 4, ділянка I). З початком
61
руху індентора оксидні плівки руйнуються і в зоні контакту нагромаджуються
продукти пошкоджень. Це призводить до зміщення електродного потенціалу в
бік від’ємніших значень. Після розвантаження пар тертя він набуває позитивні-
ших значень, близьких до тих, які були до початку випроб (рис. 4, крива 1).
Однак насправді значення стабілізованих електродних потенціалів, за яких відбу-
лось навантаження і які досягнуті після розвантаження, різні. Так є тому, що під
час навантаження пасивні плівки на доріжці тертя раптово руйнуються, а під час
розвантаження поверхня репасивується з обмеженим ступенем окиснення [2].
Рис. 3. Схема вимірювання зміни електродного потенціалу під час тертя за допомогою
хлоридсрібного електрода порівняння: Re – електрод порівняння; We – робочий електрод;
Р – навантаження; 1 – ключ електрода порівняння; 2 – зразок; 3 – рухомий столик;
4 – зона контакту; 5 – контртіло; 6 – важіль з тензодавачем.
Fig. 3. A scheme of the open circuit potential variation measuring under friction with applying
silver chlorine reference electrode: Re – reference electrode; We – working electrode;
Р – loading; 1 – key of the reference electrode; 2 – specimen; 3 – mobile table;
4 – contact area; 5 – counter-body; 6 – lever with strain gauge.
Рис. 4. Загальні зміни електродного
потенціалу сплаву Д16 під час фрикційної
взаємодії в 3% розчині NaCl (1) та в 5%
розчині NaОН (2) з використанням
хлоридсрібного електрода порівняння:
I – стабілізація електродного потенціалу
та прикладення робочого навантаження;
II – його зміна за прикладеного
навантаження; III – розвантаження
та стабілізація потенціалу.
Контактне навантаження P = 1 N.
Fig. 4. General variations of open circuit potential of Д16 alloy under friction conditions
in 3% NaCl solution (1) and in 5% NaОН solution (2) with applying silver chlorine reference
electrode. I – stabilization of open circuit potential and load application; II – its variation under
applied loading; III – unloading and stabilizing of potential. Contact loading P = 1 N.
Під час фрикційної взаємодії матеріалів у середовищах, в яких пасивування
незначне, наприклад під час випроб сплаву Д16 у 5%-му розчині NaОН (рис. 4,
крива 2), навіть за значного навантаження зміна потенціалу становить лише кіль-
ка мілівольт. Електродний потенціал, заміряний за стандартною методикою, не
повністю відтворює зміни, що відбуваються у зоні контакту, через те, що гальва-
нічна пара між матеріалом свіжоутвореної доріжки тертя та незношеної поверхні
62
малоефективна. Поступове зміщення електродного потенціалу у позитивніший
бік пов’язане зі зниженням гетерогенності сплаву Д16 під час випроб внаслідок
витравлювання інтерметалідних включень і зменшення кількості гальванопар.
Рис. 5. Схема вимірювання зміни електродного потенціалу під час тертя з використанням
мікрозонда, поєднаного з електродом порівняння: Re – електрод порівняння;
We – робочий електрод; Р – навантаження; 1 – мікрозонд; 2 – зразок;
3 – рухомий столик; 4 – зона контакту; 5 – контртіло; 6 – тензодавач.
Fig. 5. A scheme of open circuit potential variation measuring under friction with applying
microelectrode coupled with reference silver chlorine electrode: Re – reference electrode;
We – working electrode; Р – loading; 1 – microelectrode; 2 – specimen;
3 – mobile table; 4 – contact area; 5 – counter specimen; 6 – strain gauge.
Рис. 6. Локальні зміни електродного потенціалу сплаву Д16 під час випроб у гліцерині (a)
та в 3% розчині NaCl (b) під час вимірювання класичним хлоридсрібним електродом
порівняння (1) та мікрозондом, поєднаним з ним (2). Контактне навантаження 1 N.
Fig. 6. Local variations of the open circuit potential under friction of Д16 aluminium
alloy in glycerin (a) and in 3% NaCl solution (b) in measuring by classic reference silver
chlorine electrode (1) and a micro-probe coupled with it (2). Contact loading 1 N.
Під час випроб аналогічних пар тертя за тією ж схемою, але з використан-
ням мікрозонда, поєднаного з електродом порівняння (рис. 5), який одночасно
переміщується з контртілом, отримуємо точнішу інформацію про електрохіміч-
ний стан доріжки тертя. Значення електродного потенціалу під час випроб у сла-
бопровідних середовищах значно різняться від отриманих за класичною методи-
кою. Зокрема, випробами зразків зі сплаву Д16 в гліцерині, провідність якого
низька (Ω = 8·10–6 S/m), виявлено суттєву різницю у значеннях під час вимірю-
вання мікрозондом. Вони від’ємніші приблизно на 600 mV (рис. 6а). У 3%-му
розчині NaCl з провідністю Ω = 4,7 S/m ця різниця ≈ 40 mV (рис. 6b), але фіксу-
63
ємо інший характер зміни електродного потенціалу. Раптове його зміщення в бік
від’ємніших значень може свідчити про активування поверхні доріжки тертя вна-
слідок перебігу тих чи інших процесів.
Різке зміщення трибопотенціалу в бік додатніших значень (рис. 7) відбува-
ється кожного циклу тертя за виходу мікрозонда з доріжки тертя та його контак-
тування з пасивною ділянкою поверхні зразка. Тому фіксуємо циклічний харак-
тер зміни значень. Вимірювання зміни електродного потенціалу за допомогою
мікрозонда інформативніші, оскільки маємо чітку кореляцію між змінами трибо-
потенціалу та моменту тертя. Зокрема, кожна локальна зміна (осциляція) момен-
ту тертя в напрямку зростання корелює з такою ж осциляцією зміни електродно-
го потенціалу в бік від’ємних значень. Це, в першу чергу, свідчить про локальне
руйнування поверхні тертя.
Рис. 7. Локальні зміни електродного потенціалу (1) та коефіцієнта тертя (2) під час випроб
сплаву Д16 у гліцерині (а, b) та 3% розчині NaCl (c, d) з використанням класичного
хлоридсрібного електрода порівняння (а, c) та мікрозонда, поєднаного з ним (b, d).
Контактне навантаження 1 N.
Fig. 7. Local variations of the open circuit potential (1) and friction coefficient (2)
while testing of Д16 aluminium alloy in glycerin (a, b) and in 3% NaCl solution (c, d)
with application of a classic reference silver chloride electrode (a, c)
and a micro-probe coupled with it (b, d). Contact loading 1 N.
Вивчаючи локальні зміни електродного потенціалу сплаву Д16 в такому аг-
ресивному середовищі, як 5%-ий розчин NaOH (рис. 8), виявили інший характер
його зміни. Застосовуючи стандартний електрод порівняння, не фіксуємо тих
змін, які відбуваються під час тертя, коли зміна компромісного електродного по-
тенціалу незначна. Під час використання мікрозонда спостерігається чітка коре-
ляція електродного потенціалу та коефіцієнта тертя, що свідчить про точність
методики вимірювань та її переваги над класичною.
Таким чином, запропонована методика трибокорозійних досліджень з вико-
ристанням мікрозонда, поєднаного з електродом порівняння і встановленого на
мінімально можливій відстані від зони контактування пар тертя, дає можливість
набагато точніше визначати електрохімічний стан доріжки тертя.
64
Рис. 8. Локальні зміни електродного потенціалу (1) та коефіцієнта тертя (2) під час випроб
сплаву Д16 в 5% розчині NaOH з використанням класичного хлоридсрібного електрода
порівняння (а) та мікрозонда, поєднаного з ним (b). Контакте навантаження 1 N.
Fig. 8. Local variations of the open circuit potential (1) and friction coefficient (2) during
testing of Д16 aluminium alloy in 5% NaOH solution with application of a classic reference
silver chlorine electrode (a) and a micro-probe coupled with it (b). Contact loading 1 N.
РЕЗЮМЕ. Описана методика трибокоррозионных исследований контактирующих
пар в средах разной агрессивности в условиях реверсивного трения с использованием
микрозонда, совмещенного с электродом сравнения. Показано, что с помощью такой ме-
тодики можно получать более точную информацию об электрохимическом состоянии до-
рожки трения, особенно при испытаниях в средах с низкой проводимостью.
SUMMARY. The method of tribocorrosion investigations of contact pairs in the environ-
ments of different aggressiveness conditions under reversive friction by a micro-probe, combi-
ned with the reference electrode is described. It is shown that this method application for tribo-
corrosin investigation gives the more exact information about the electrochemical state of fric-
tion track especially during testing in environments with low conductivity.
1. Landolt D., Stemp M., and Mischler S. Electrochemical methods in tribocorrosion: a critical
appraisal // Electrochim. Acta. – 2001. – 46. – P. 3913–3929.
2. Landolt D. Electrochemical and materials aspects of tribocorrosion systems // J. Phys. D:
Appl. Phys. – 2006. – 39. – P. 3121–3127.
3. Mischler S. Triboelectrochemical techniques and interpretation methods in tribocorrosion:
A comparative evaluation // Tribology international. – 2008. – 41. – P. 573–583.
4. Favero M., Stadelmann P., and Mischler S. Effect of the applied potential of the near surface
microstructure of a 316 steel submitted to tribocorrosion in sulfuric acid // J. Phys. D: Appl.
Phys. – 2006. – 39. – P. 3175–3183.
5. Celis J.-P., Pontiaux P., and Wenger F. Tribo-corrosion of materials: Interplay between chemi-
cal, electrochemical, and mechanical reactivity of surfaces // Wear. – 2006. – 261. – P. 939–946.
6. Influence of friction on the local mechanical and electrochemical behaviour of duplex stain-
less steels / V. Vignal, N. Mary, P. Pontiaux, F. Wenger // Ibid. – 2006. – 261. – P. 947–953.
7. Effect of surface chemistry on the mechanical response of metals in sliding tribocorrosion sys-
tems / A. Bidiville, M. Favero, P. Stadelmann, S. Mischler // Ibid. – 2007. – 263. – P. 207–217.
8. Landolt D. Electrochemical and materials aspects of tribocorrosion systems // J. Phys. D:
Appl. Phys. – 2006. – 39. – P. 3121–3127.
9. Tribocorrosion properties of coatings arc sprayed with aluminium based cored wires / V. Po-
khmurskii, M. Student, V. Dovhunyk, et al. / European corros. congres EUROCORR’07,
Dusseldorf, Germany, Paper No 1351CD ROM. – 7 p.
10. Triboelectrochemical behavior of arc sprayed coatings on alluminium alloys / V. Pokhmurs-
kii, V. Dovhunyk, M. Student, et al. // Surface Enginiring. – 2008. – 1. – P. 9–13.
11. Wu P.-Q. and Celis J.-P. Electrochemical noise measurements on stainless steel during cor-
rosion-wear in sliding contacts // Wear. – 2004. – 256. – P. 480–490.
12. Garcia I., Drees D., and Celis J.-P. Corrosion–wear of passivation materials in sliding con-
tacts based on a concept of active wear track area // Ibid. – 2001. – 249. – P. 452–460.
Одержано 22.03.2010
|