Механически стимулированное газовыделение
 | Эта статья может быть слишком технической для понимания большинства читателей . ( февраль 2024 г. ) |
Механически стимулированное газовыделение (МСГЭ) — сложное явление, охватывающее различные физические и химические процессы, происходящие на поверхности и в объеме твердого тела под действием механического напряжения и приводящие к выделению газов . MSGE является частью более общего явления механически стимулированного нейтрального излучения. [1] Эксперименты MSGE часто проводятся в сверхвысоком вакууме .
Феноменология
[ редактировать ]Отличительной особенностью MSGE по сравнению с MSNE является то, что излучаемые нейтральные частицы ограничены молекулами газа. МСГЭ противоположен механостимулированной газовой абсорбции, которая обычно возникает при фреттинг- коррозии металлов, воздействии газов под высоким давлением и т. д.
Существует три основных источника MSGE: [2] [3] [4] [5]
- I. Молекулы газа, адсорбированные на поверхности твердого тела
- IIа. Газы, растворенные в массе материала
- IIб. Газы, оккупированные или запертые в микро- и нановоидах, неоднородностях и дефектах в объеме материала.
- III. Газы, образующиеся в результате механической активации химических реакций. [6] [7]
Как правило, для производства MSGE механическое воздействие на твердое тело может быть любого типа, включая растяжение, сжатие, кручение, сдвиг, истирание, истирание, прокатку, вдавливание и т. д. В предыдущих исследованиях, проведенных различными группами, было обнаружено, что MSGE является связаны главным образом с пластической деформацией, разрушением, износом и другими необратимыми изменениями твердого тела. [8] [9] При упругой деформации MSGE практически незначителен и наблюдается только чуть ниже предела упругости из-за возможной микропластической деформации.
В соответствии с основными источниками выбрасываемые газы обычно содержат водород (тип источника IIа), аргон (для покрытий, полученных методом PVD в плазме Ar - тип источника IIб), метан (тип источника III), воду (тип источника I и/или III), моно- и диоксид углерода (тип источника I/III).
Знания о механизмах MSGE все еще туманны. На основании экспериментальных данных было высказано предположение, что с MSGE могут быть связаны следующие процессы:
- Транспорт атомов газа движущимися дислокациями
- Диффузия газа в объеме под действием градиента механического напряжения
- Фазовое превращение, вызванное деформацией
- Удаление оксидных и других поверхностных слоев, препятствующих выходу растворенных атомов на поверхность.
- Расширение свободной поверхности
Тепловой эффект, по-видимому, не имеет отношения к выделению газа в условиях малой нагрузки. [10]
Терминология
[ редактировать ]Формирующийся характер этой междисциплинарной отрасли науки отражается в отсутствии устоявшейся терминологии. Разные авторы используют разные термины и определения в зависимости от основного используемого подхода (химический, физический, механический, вакуумная наука и т. д.), конкретного механизма выделения газа (десорбция, эманация, эмиссия и т. д.) и типа механической активации ( трение, тяга и т. д.):
- Механически стимулированная дегазация (МСО) [11]
- Трибодесорбция
- Трибоэмиссия, [12]
- Фрактоэмиссия [13]
- Атомная и молекулярная эмиссия [14]
- Дегазация, вызванная трением [3]
- Дегазация, вызванная деформацией [4]
Десорбция (трибодесорбция, фрактодесорбция и др.) — выделение газов, растворенных в объеме и адсорбированных на поверхности. Таким образом, десорбция является лишь одним из процессов, способствующих образованию MSGE. Дегазация — это технический термин, обычно используемый в вакуумной науке. Таким образом, термин «газовая эмиссия» охватывает различные процессы, отражает физическую природу этого сложного явления и является предпочтительным для использования в научных публикациях.
Экспериментальные наблюдения
[ редактировать ]Из-за низкой интенсивности излучения эксперименты следует проводить в сверхвысоком вакууме ( СВВ ). В некоторых исследованиях материалы ранее были легированы тритием . Затем скорость MSGE измеряли по выходу радиоактивности из материала при приложенном механическом напряжении. [15]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Дикинсон, Джей Ти; Дженсен, LC; Лэнгфорд, Южная Каролина; Хирт, JP (1991). «Атомная и молекулярная эмиссия после разрушения галогенидов щелочных металлов: процесс, вызванный дислокациями». Журнал исследования материалов . 6 (1). Издательство Кембриджского университета (CUP): 112–125. Бибкод : 1991JMatR...6..112D . дои : 10.1557/jmr.1991.0112 . ISSN 0884-2914 . S2CID 95342820 .
- ^ Ржепа, Петр (1992). «Механически индуцированная десорбция». Вакуум . 43 (5–7). Эльзевир Б.В.: 367–371. Бибкод : 1992Вакуу..43..367R . дои : 10.1016/0042-207x(92)90039-y . ISSN 0042-207X .
- ^ Jump up to: а б Ржепа, Петр; Ротт, Милан (1997). «Дегазация металлов, вызванная трением». Вакуум . 48 (7–9). Эльзевир Б.В.: 775–778. Бибкод : 1997Вакуу..48..775R . дои : 10.1016/s0042-207x(97)00043-2 . ISSN 0042-207X .
- ^ Jump up to: а б Свекла, Питер; Оралек, Дэвид (1999). «Дегазификация, вызванная деформацией». Вакуум . 53 (1–2). Эльзевир Б.В.: 299–302. Бибкод : 1999Vacuu..53..299R . дои : 10.1016/s0042-207x(98)00367-4 . ISSN 0042-207X .
- ^ Невшупа, РА; Роман, Э.; де Сеговия, JL (2008). «Происхождение десорбции водорода при трении нержавеющей стали о оксид алюминия в сверхвысоком вакууме». Журнал вакуумной науки и технологий A: Вакуум, поверхности и пленки . 26 (5). Американское вакуумное общество: 1218–1223. Бибкод : 2008JVSTA..26.1218N . дои : 10.1116/1.2968682 . ISSN 0734-2101 .
- ^ Уракаев, Фарит Хисамутдинович (12 апреля 2007 г.). «Механодеструкция минералов в вершине трещины (Обзор): 1. Эксперимент». Физика и химия минералов . 34 (5). ООО «Спрингер Сайенс энд Бизнес Медиа»: 351–361. Бибкод : 2007PCM....34..351U . дои : 10.1007/s00269-007-0153-y . ISSN 0342-1791 . S2CID 93921336 .
- ^ Мори, Сигэюки; Ситара, Юджи (1994). «Трибохимическая активация поверхности золота царапаньем». Прикладная наука о поверхности . 78 (3). Эльзевир Б.В.: 269–273. Бибкод : 1994АпсС...78..269М . дои : 10.1016/0169-4332(94)90014-0 . ISSN 0169-4332 .
- ^ Фриш, Бертрам; Тиле, Вольф-Рюдигер (1984). «Трибологически индуцированный эффект выделения и проникновения водорода в стали». Носить . 95 (2). Эльзевир Б.В.: 213–227. дои : 10.1016/0043-1648(84)90119-4 . ISSN 0043-1648 .
- ^ Лаутан, MR; Кэски, Греция; Донован, Дж.А.; Роул, Делавэр (1972). «Водородное охрупчивание металлов». Материаловедение и инженерия . 10 . Эльзевир Б.В.: 357–368. дои : 10.1016/0025-5416(72)90109-7 . ISSN 0025-5416 .
- ^ Невшупа, Роман; Роман, Элиза; Сеговия, Хосе Луис Де (2010). «Модель воздействия локального фрикционного нагрева на трибодесорбированные газы из металлов в сверхвысоком вакууме». Международный журнал материалов и технологий производства . 38 (1). Издательство Inderscience: 57-65. дои : 10.1504/ijmpt.2010.031895 . ISSN 0268-1900 .
- ^ Пересадко, А.Г.; Невшупа, РА; Деулин, Э.А. (2002). «Механически стимулированное газовыделение из шарикоподшипников в вакууме». Вакуум . 64 (3–4). Эльзевир Б.В.: 451–456. Бибкод : 2002Vacuu..64..451P . дои : 10.1016/s0042-207x(01)00335-9 . hdl : 10261/346552 . ISSN 0042-207X .
- ^ Невшупа Р.А. Трибоэмиссия: попытка разработки обобщенной классификации», в сб. «Трибология: наука и приложения». Вена: ПАС, 2003. С. 11–25.
- ^ Дикинсон, Джей Ти; Лэнгфорд, Южная Каролина; Дженсен, LC; Маквей, Г.Л.; Келсо, Дж. Ф.; Пантано, CG (1988). «Фрактоэмиссия из кварцевого и натриево-силикатного стекол». Журнал вакуумной науки и технологий A: Вакуум, поверхности и пленки . 6 (3). Американское вакуумное общество: 1084–1089. Бибкод : 1988JVSTA...6.1084D . дои : 10.1116/1.575646 . ISSN 0734-2101 .
- ^ Дикинсон, Джей Ти; Дженсен, LC; Лэнгфорд, Южная Каролина (22 апреля 1991 г.). «Атомная и молекулярная эмиссия, сопровождающая разрушение монокристалла Ge: дислокационный процесс». Письма о физических отзывах . 66 (16). Американское физическое общество (APS): 2120–2123. Бибкод : 1991PhRvL..66.2120D . дои : 10.1103/physrevlett.66.2120 . ISSN 0031-9007 . ПМИД 10043396 .
- ^ Лаутан, MR; Деррик, Р.Г. (1975). «Перенос водорода в аустенитной нержавеющей стали». Коррозионная наука . 15 (6–12). Эльзевир Б.В.: 565–577. Бибкод : 1975Corro..15..565L . дои : 10.1016/0010-938x(75)90022-0 . ISSN 0010-938X .