Глазурь с уплотненным оксидным слоем

Глазурь с уплотненным оксидным слоем представляет собой часто блестящий, защищающий от износа оксидный слой , образующийся, когда два металла (или металл и керамика ) скользят друг против друга при высокой температуре в кислородсодержащей атмосфере . Слой образуется на одной или обеих контактирующих поверхностях и может защитить от износа.

Фон

Нечасто используемое определение глазури - это сильно спеченный уплотненный оксидный слой, образующийся в результате скольжения двух металлических поверхностей (или иногда металлической поверхности и керамической поверхности) при высоких температурах (обычно несколько сотен градусов Цельсия) в окислительных условиях. В результате скольжения или трибологического воздействия образуются оксидные остатки, которые могут уплотняться на одной или обеих скользящих поверхностях и при правильных условиях нагрузки, скорости скольжения и химического состава оксидов, а также (высокой) температуры спекаться вместе с образованием слоя «глазури». «Глазурь», образующаяся в таких случаях, на самом деле представляет собой кристаллический оксид , причем очень маленький размер кристаллов или зерен, как было показано, приближается к наномасштабному уровню. Первоначально считалось, что такие слои «глазури» представляют собой аморфные оксиды той же формы, что и керамические глазури, поэтому название «глазурь» используется до сих пор.

Такие «глазури» привлекли ограниченное внимание из-за их способности защищать металлические поверхности, на которых они могут образовываться, от износа в условиях высоких температур, в которых они образуются. Такая защита от высокотемпературного износа позволяет потенциально использовать его при температурах, выходящих за пределы диапазона обычных смазок на основе углеводородов, силикона или даже твердых смазочных материалов, таких как дисульфид молибдена (последний полезен при температуре примерно до 450 °C (842 °F) в краткосрочной перспективе). После их формирования дальнейших повреждений не происходит, если не происходит резкого изменения условий скольжения.

Такая «глазурь» создает механически стойкий слой, который предотвращает прямой контакт между двумя скользящими поверхностями. Например, когда два металла скользят друг по другу, может возникнуть высокая степень сцепления между поверхностями . Адгезия может быть достаточной, чтобы привести к переносу металла с одной поверхности на другую (или к удалению и выбросу такого материала) – эффективному адгезионному износу (также называемому сильным износом ) . При наличии слоя «глазури» такие сильные адгезионные взаимодействия не могут возникнуть, и износ может быть значительно уменьшен. Продолжающееся образование окисленных частиц во время более постепенного износа (называемого умеренным износом) может поддерживать слой «глазури» и поддерживать этот режим низкого износа.

Однако их потенциальное применение затруднено, поскольку они были успешно сформированы только в тех самых скользящих условиях, в которых они призваны обеспечивать защиту. Прежде чем образуются оксиды и могут образоваться такие слои «глазури», должно произойти ограниченное количество повреждений при скольжении (называемых «приработкой» - на самом деле короткий период адгезии или сильного износа). Усилия по поощрению их раннего формирования увенчались весьма ограниченным успехом, и ущерб, нанесенный в период «обкатки», является одним из факторов, препятствующих использованию этого метода для практического применения.

Поскольку образующийся оксид фактически является результатом трибохимического распада одной или обеих контактирующих металлических (или керамических) поверхностей, исследование глазурей с уплотненным оксидным слоем иногда называют частью более общей области высокотемпературной коррозии .

Образование оксидов во время высокотемпературного износа скольжением не приводит автоматически к образованию уплотненного оксидного слоя «глазури». При определенных условиях (возможно, из-за неидеальных условий скорости скольжения, нагрузки, температуры или химического состава/химического состава оксида) оксид может не спекаться вместе, а вместо этого рыхлые частицы оксида могут способствовать или усиливать удаление материала путем абразивного износа. Изменение условий может также привести к переходу от образования рыхлого абразивного оксида к образованию защитных от износа слоев уплотненной оксидной глазури и наоборот, или даже к повторному появлению клея или сильному износу. Из-за сложности условий, контролирующих наблюдаемые типы износа, был предпринят ряд попыток составить карту типов износа с учетом условий скольжения, чтобы лучше понять и спрогнозировать их.

Возможное использование

Из-за потенциала защиты от износа при высоких температурах, за пределами которых можно использовать обычные смазочные материалы, предполагалось их возможное использование в таких приложениях, как автомобильные двигатели , производство электроэнергии и даже аэрокосмическая промышленность , где существует растущий спрос на все более высокую эффективность и, следовательно, рабочую температуру. .

Уплотненные оксидные слои при низких температурах

Уплотненные оксидные слои могут образовываться в результате скольжения при низких температурах и обеспечивать некоторую защиту от износа, однако в отсутствие тепла как движущей силы (либо из-за нагрева при трении, либо из-за более высокой температуры окружающей среды) они не могут спекаться вместе, образуя более защитную глазурь. 'слои.

См. также

Ссылки

И.А. Инман. Формирование уплотненного оксидного слоя в условиях ограниченного сора на границе изнашивания при высокотемпературном скользящем изнашивании суперсплавов , к.т.н. Диссертация (2003), Университет Нортумбрии , ISBN 1-58112-321-3 ( предварительный просмотр )
С.Р. Роуз – Исследования трибологического поведения суперсплавов при высоких температурах , доктор философии. Диссертация, AMRI, Университет Нортумбрии (2000 г.)
П.Д. Вуд – Влияние контртела на износостойкость некоторых сплавов при комнатной температуре и 750°C , к.т.н. Диссертация, SERG, Университет Нортумбрии (1997).
Дж. Ф. Арчард и В. Херст – Износ металлов в условиях отсутствия смазки , Proc Royal Society, Лондон, A 236 (1956) 397-410
Дж. Ф. Арчард и В. Херст – Исследование процесса легкого износа . Королевское общество Лондона, A 238 (1957) 515-528.
Дж. К. Ланкастер – Формирование поверхностных пленок при переходе от умеренного к сильному металлическому износу , Proc. Королевское общество Лондона, A 273 (1962) 466–483.
TFJ Куинн – Обзор окислительного износа. Часть 1: Истоки окислительного износа Tribo. Междунар., 16 (1983) 257-270.
И. А. Инман, П. К. Датта, Х. Л. Ду, К. Луо, С. Пиргальски – Исследования высокотемпературного скольжения металлических разнородных поверхностей раздела , Tribology International 38 (2005) 812–823 ( Elsevier/Science Direct )
Ф. Х. Стотт, Д. С. Лин и Г. К. Вуд - Структура и механизм формирования оксидных слоев «глазури», образующихся на сплавах на основе никеля во время изнашивания при высоких температурах , Наука о коррозии , Vol. 13 (1973) 449-469
Ф. Х. Стотт, Дж. Гласкотт и Г. К. Вуд – Модели образования оксидов во время износа скольжения , Proc Royal Society, Лондон, A 402 (1985) 167-186
Ф.Х. Стотт – Роль окисления в износе сплавов , Tribology International, 31 (1998) 61-71.
Ф. Х. Стотт – Износ металлов при высокотемпературном скольжении , Trib. Междунар., 35 (2002) 489-495.
Дж. Цзян, Ф. Х. Стотт и М. М. Стэк – Математическая модель износа металлов при скольжении при повышенных температурах , Wear 181 (1995) 20-31
TFJ Куинн – «Окислительный износ», Wear 18 (1971) 413-419
SC Lim – Последние разработки в области карт износа , Tribo. Междунар., Том. 31, № 1-3 (1998) 87-97