Оксиды на металлах

Фрикционное взаимодействие активизирует процесс окисления контактирующих материалов. Механизм и глубину реакций окисления поверхностного слоя определяют его физико-химические свойства, состав и дефектность строения. Важнейшее значение при этом имеет чистота металла.

Пленки оксидов, имеют твердость, отличающуюся от твердости основного металла, и защищают нижележащие слои металлов от механического разрушения в результате микросхватывания.

Оксидные пленки снижают величину молекулярно-адгезионного взаимодействия между трущимися поверхностями металлов.

Окисление обусловлено химической адсорбцией атомов кислорода воздуха на металлической поверхности с образованием кристаллической фазы оксидов. Различия значений параметров кристаллической решетки оксида и исходного металла способствуют тому, что пленки находятся под действием сжимающих напряжений. Это уменьшает вероятность проникновения последующих молекул кислорода к металлу.

Дальнейший рост толщины пленки оксида связан с выходом ионов металла на поверхность под действием различных процессов. Это объясняется перемещением ионов под действием электрического поля, диффузией ионов по дефектам решетки, локальными перегревами.

Присутствие воды и находящихся в воздухе газов (СО₂ и SO₄ и др.) создают условия для протекания электролитических процессов окисления.

Фрикционные характеристики пленок оксидов зависят от их состава и строения. Например, оксид Fe₂O₃ при определенных условиях, выполняет роль абразива, а оксиды Fe₃O₄ и FeO повышают износостойкость пары трения. Защитная роль пленки оксида зависит от соотношения твердости оксида и основного металла. Чем меньше разница между твердостью основного металла и оксида, тем выше прочность пленки и ее несущая способность.

На начальных стадиях процесса окисления пленки обладают большой прочностью и защищают материал от схватывания. С увеличением толщины пленки происходит уменьшение ее прочности и под действием сил трения она легко отделяется от поверхности. Оксидные пленки обычно покрываются адсорбционными слоями низкомолекулярных компонентов окружающей среды, ПАВ и смазок. Основное назначение оксидных пленок при трении состоит в предотвращении образования металлических связей между контактирующими поверхностями и замена их межмолекулярными ван-дер-ваальсовыми. Вследствие этого оксидные пленки на трущихся поверхностях приводят к ослаблению явлений схватывания, уменьшению трения и износа. Структура, состав, защитные свойства оксидных пленок зависят от температуры в зоне трения, величины контактного давления, состава окружающей среды и других факторов. Соотношение скоростей разрушения и восстановления оксидных пленок влияет на интенсивность и механизм трения и изнашивания. Высокие скорости разрушения оксидных слоев способствуют образованию физически чистых (ювенильных) поверхностей, имеющих повышенную склонность к схватыванию и заеданию.