Водородное изнашивание

Водородное изнашивание обнаруживается в узлах трения машин и технологического оборудования различных отраслей техники и по широте проявления может быть сравнимо с абразивным изнашиванием.

Водородное изнашивание зависит от концентрации водорода в поверхностных слоях трущихся деталей. Водород выделяет из материала пары трения или из окружающей среды (смазочного материала, топлива, воды и т.д.) и ускоряет изнашивание.

Водородное изнашивание вызвано следующими процессами, происходящими в зоне трения:

– интенсивным выделением водорода при трении в результате трибодеструкции водородосодержащих материалов;

– адсорбцией водорода на поверхности трения;

– диффузией водорода в деформированный слой стальных деталей;

– разрушением поверхности вследствие одновременного развития большого числа зародышей трещин по всей зоне деформирования; для разрушения характерным является мгновенное образование мелкодисперсного порошка материала деталей;

– повышением хрупкости поверхностных слоев стальных и чугунных деталей, вызывающим более интенсивное изнашивание.

Практически все поверхности трения стальных и чугунных деталей содержат повышенное количество водорода и, следовательно, подвержены повышенному изнашиванию.

Кроме разложения в зоне контакта смазочного материала, топлива или пластмассы создает также благоприятные условия для водородного изнашивания наличие в воздухе паров воды.

Существует два основных вида изнашивания поверхностей стальных и чугунных деталей под воздействием водорода:

– изнашивание диспергированием;

– изнашивание разрушением.

При водородном изнашивании диспергированием (ВИДИС) не наблюдается каких-либо видимых изменений в поверхностных слоях трущихся деталей. На поверхностях нет вырывов, задиров, заметного переноса материала с одной поверхности на трения на другую. Поверхности трения могут иметь блеск, невидимые невооруженным глазом мелкие царапины, расположенные в направлении скольжения. Однако за несколько часов работы деталей в режиме ВИДИС линейный износ поверхностей трения может составить до 0, 5 мм и более (при нормальной эксплуатации деталей износ составляет до 0, 01 мм).

При водородном изнашивании разрушением (ВИРАЗ) поверхностный слой стальных или чугунных деталей разрушается мгновенно на глубину до 1-2 мкм. Это происходит, когда поверхностный слой накапливает большое количество водорода. Водород попадает в микротрещины, поры, межкристаллические границы и т.д. При трении происходит периодическое деформирование поверхностного слоя, и объем дефектных мест (полостей) изменяется. Поступающий в полости водород, не имея возможности выйти обратно при уменьшении объема полости, стремится ее расширить, создавая высокое напряжение. Повторение цикла вызывает накопление усталости материала поверхностного слоя до тех пор, пока внутренне давление в полостях не вызовет разрушение по всем развившимся и соединившимся трещинам.

Повреждения от ВИРАЗ могут наблюдаться, например, в топливных насосах. Катастрофический износ поверхностей стальных закаленных роторов и сопряженных с ними бронзовых золотников проявляется в виде крупных задиров и микропереноса, т.е. в намазывании микроскопических лепестков стали на поверхность бронзового золотника. К повышенной интенсивности изнашивания поверхностей трения может вести небольшой перекос ротора относительно золотника.

Другим примером повреждения от ВИРАЗ является перенос чугуна на пластмассу в узлах трения чугун-пластмасса, применяемых в тормозных устройствах некоторых машин.