Encyclopedia Tribológia - a kölcsönhatás a szilárd felületeken a környezettel
Kölcsönhatása szilárd felületeken KÖRNYEZETI
Környezeti molekulák véletlenszerű termikus mozgás a néző szilárd test felülete és érintkeznek vele, kicsapva elsősorban aktív helyeit a felülete, azaz, azokon a területeken, ahol a bordák találhatók a felületen, és széleit a krisztallitok, a atomrácshibák - diszlokációk, idegen atomok, stb , amely nagyobb feleslegben (szabad) felületi energia, és ahol ennélfogva a kölcsönhatás kiszállása molekulákkal történik aktívabban. Ennek eredményeként, a molekulák koncentrációja a környezet (ebben az esetben az úgynevezett adszorbátum) egy szilárd felületre (ebben az esetben, az adszorbens) nagyobb lesz, mint az ömlesztett folyékony vagy gázfázisban. Ezt a folyamatot nevezik pozitív adszorpció (vagy egyszerűen adszorpció). Ez áthalad spontán mert a Gibbs energia csökkenti a felületet, csökkenti a felületi feszültséget, és ezáltal csökkenti a kockázatát A ragasztási felületek a súrlódási egységet. Ebben az esetben, a felületi réteg előnyösen esik molekula a közeg komponens, amely tovább csökkenti a határfelületi feszültséget. Akkor ez az anyag azt mondják, hogy több felületaktív anyagot.
A legnagyobb felületi aktivitás mutatják közepes poláris molekulák, azaz molekulák egy nehezen dipólus momentum. A kenőanyagok tartalmaz bizonyos számú molekulát, poláris csoport (vagy több ilyen csoport) csatlakozik egy szénhidrogéncsoport. Ezek a molekulák ültetnek felületén a poláros csoportot a fémfelülethez. Belátható, hogy ennek eredményeként a elektron emisszió a felületén a fém felületi rétegeket kimerített elektronok. Ez határozza meg a létezését a villamos kettős réteg. A szabad felület, egy régió negatív töltés, és a fém mennyisége a felület - pozitív. A kölcsönhatás a villamos kettős réteg a poláris csoport az adszorbeált molekulák felszínén a képződött monomolekuláris orientált (egy molekula vastagságú) réteg adszorbeált molekulák. Szénhidrogéncsoport mindegyik ilyen molekulák egy teljesen kitöltött (telített) adszorbeált réteg mentén irányul normális a felület, úgyhogy egyfajta palánk felett levő felülete, az adszorpciós lép fel a hatóanyag felületén központok. Az adszorbeált molekulák kapcsolódik intermolekuláris kohéziós erők, amelyek olyan nagy, hogy azok lehetővé teszik, hogy beszélni az orientált réteg, mint egy két dimenziós kristály.
Ezután több mint egy monomolekuláris adszorbeált rétegben a következő fázisokat orientált molekulák mindaddig, amíg a teljes réteg vastagsága nem haladja meg a tartományban a felületi erők (ábra. 1a). Feltételezzük, hogy ezek az erők elegendő, hogy a réteg több tíz vagy száz nanométer vastag. Mivel a felületi erők következtében csökken a harmadik vagy negyedik hatványával a távolság, amelyek mindegyike kapcsolatban van egy felületi réteg fém kisebb, mint az előző. Kívül a határréteg átmeneti rétegek miután keresztül kialakított gyenge kölcsönhatások között adszorbeált molekulák (azaz, azok terminális szénhidrogéncsoportok) és a molekulák vagy aggregátumai molekulák a közeg, például kenőanyagokat vagy műanyag -zhidkih - molekulák általában aggregált állapotban. Ha az erők a kölcsönhatás a felület nagyobb, mint az erők kötődését a molekulát aggregátumok, ezek az aggregátumok elpusztult, és molekulák adszorbeálódnak a felületen vagy a már kialakult adszorpciós rétegek. Egyébként, amint azt a GI Shore ilyen aggregátumok (micellák) képezhet határréteg (micelláris adszorpció) (ábra. 1b). Szerint Blum, micellák képződnek egy határréteg feletti adszorbeált (ábra. 1c). Az alábbiakban megvizsgálunk egy modell molekuláris adszorpció, mint a legfejlettebb.
Ábra. 1. A szerkezet a határ a adszorbens réteg: egy - a Deryagin; b - Shore; in - a Blum.
Nem-poláris molekuláknak is képezhet határréteg, mivel a fém felületén indukál dipólus momentum abban. Azonban a kötés a felszínre lényegesen kevésbé tartós. Ha a készítmény a közeg magában foglalja mind poláros, mind apoláros komponensek a poláris molekulák alkotnak egy adszorbeált réteg orientált, megfelelően ugyanolyan irányú, mint a nem-poláris molekuláknak (lásd. Ábra. Az 1., a).
Határrétegek egy szilárd felület tulajdonságait jelentősen különböznek a tulajdonságait a közeg térfogatának. Az AS Ahmatova, olyanok, mint egy szilárd, kristályos testet (részecske orientáció), valamint rendelkeznek az igaz rugalmassági formában (feltéve, hogy Hooke-törvény). Határrétegek mutatnak nagy az ellenállása nyomásra és sokkal kisebb - nyírási. Amint látható BV Derjaguin, viszkozitás határrétegek lényegesen magasabb, mint az ömlesztett, ahol való átmenetnél a határréteg viszkozitás nő hirtelen.
A tudományos irodalomban fontolgatja kétféle adszorpció:
- fizikai (reverzibilis) adszorpció következik be az intézkedés alapján van der Waals és a fent tárgyalt. A kötési energiája a molekulák egy kis fajlagos felületű (5-10 kJ / mol egyszerű molekulákra, és akár 40-80 kJ / mól komplex molekulák);
- kémiai adszorpció (hemosorbtsnya) alapján történik, a működés során a kémiai kötés felülete közötti a szilárd test részecskék és molekulák a közeg. A kötési energiája kemiszorbeáljuk molekula a felület nagyobb, mint a hasonló fizikai adszorpció és a kémiai reakció energia (40-400 kJ / mól). Kemiszorpcióját általában szükség van bizonyos aktiválási energia, és ezért hőmérsékleten történik egy bizonyos minimális hőmérsékletet.
Fizikai adszorpció, éppen ellenkezőleg, csökken a hőmérséklet növekedésével. Egy másik különbség kemiszorpcióját fizikai adszorpció, hogy az első fázis alkot kétdimenziós és megszűnik a töltés után monomolekuláris rétegben. Atop réteg kemiszorbeáljuk molekulák többrétegű lehetséges fizikai adszorpciója molekulák a közeg.
Meg kell jegyezni, hogy az adszorpciós járó kémiai kölcsönhatás nem feltétlenül a hatása, hogy csökkenti a felületi energia a szilárd fázis.
Egy további lépésben reagálni a szilárd felület a hatóanyagokkal a közeg egy kémiai reakció egy kémiailag módosított réteg a felületen. Ezzel szemben, kemiszorpció, kémiai reakció eredménye egy reakció termékét réteg, más szóval - a háromdimenziós fázisú.
Egy tipikus példa a kölcsönhatás a szilárd felületek a környezet az oxidáció.
Majdnem az összes szilárd felületeken, különösen fémek, attól a pillanattól kezdve a kialakulása, levegővel érintkezve. A hatóanyagot a levegő - az oxigén - kemiszorbeáljuk a fém felületén. Itt disszociál kétatomos molekula, mivel az energia a kölcsönhatás a felületi több energiát az atomok a molekulában. Ezt követően, az oxigén reakcióba lép a felszíni oxidot képeznek filmeket általában kristályos szerkezetű. A képződési sebességét oxidok elég magas. A fémek, mint a Fe, Cu, Al, kevesebb, mint 5 perc a megmunkálás után, még szobahőmérsékleten is, van kialakítva, hogy egy fólia vastagsága 10 nm, és a hőmérséklet növekszik a képződési sebességét az oxidfilm növekszik. Amely a felületén a fém réteg, amelynek vastagsága nagyobb, mint a sugara a vonzó- között ható szilárd anyagok, oxidok, súrlódás-javítására kopási jellemzőinek a párzási, hiszen oxid film sokkal kisebb, mint a tapadást a adhéziós atomically tiszta fém felületek.
Meg kell jegyezni, fontos következménye adszorpciója felületaktív felületein a média anyagok. akadémikus PA Rebinder megállapították, hogy ez bekövetkezik a legvékonyabb plasztikálása (mélység körülbelül 0,1 mikron) felületi rétege a szilárd anyagok (a fémek és a nemfémek), megkönnyítve annak alakíthatósága, szilárdságát csökkenti (előfordulása ridegtörés alacsony feszültségek, amíg spontán diszperzió) és a keménység. Ez a hatás (az irodalomból ismert „hatás Rebinder”) van egy jelentős hatást gyakorol mind a vágási és a nyomás kezelésére, megkönnyítve ezek a folyamatok, és a folyamat a súrlódás. Termodinamikailag Rebinder hatás azzal magyarázható, hogy csökken a felületi szabad energia a szilárd anyagok hatásából származó adszorpciójának felületaktív média.
Lágyító hatása adszorpció aktív média úgy tűnik, hogy megkönnyítse kiadása diszlokációk a felszíni és nucleation felszínmozgás forrásokból. Emellett a külső megnyilvánulásai Rebinder hatása szekretálnak belső alakja, hogy határozza meg a adszorpciója felületaktív belső felületén szakasz csíra mikrorepedések eredő deformáció szilárd. Ez elősegíti az mikrorepedések ( „alátámasztást” hatás), és vezet a rideg törés a szilárd. A hatás nyilvánul Rebinder alatt kombinált akció felületaktív közepes és a feszültségi állapot. Így szerint GI Fuchs, felületaktív média csökken legvékonyabb horpadási keménység, a felületi rétegek fém. Adszorpciós aktivitást mutatja, különösen szénhidrogéneket különböző poláros csoportokat (csökkenő adszorpciós kapacitás): -OH, -COOH, -NH2. -COOR. Amikor ez a nagyobb mértékű csökkentését felületi szilárdság biztosítása anyagok egy rövid szénhidrogén lánc, amely látszólag lehetővé teszi számukra, hogy könnyen behatolnak a mikrorepedések. Activity mutatnak jelentős adszorpciós olvadó fém meg nem olvad tekintetében a több tűzálló.
Képlékeny alakváltozás fém alakítás és megmunkálás jelentősen növeli a fizikai-kémiai aktivitása a felületi rétegek. Ez nagymértékben meghatározza a szerkezetét és tulajdonságait a rétegek felületén kialakult az alkatrészek, és a kémiai kinetika a fizikai adszorpció és kémiai kölcsönhatások. Ha fém-deformáció (rugalmas vagy műanyag), szerint a Van Buren, gyakorlatilag az összes tárolt energia során felhasznált energia a képződést vagy növeli a kölcsönhatási energia a rács hibák. Így a koncentrációja hibák, nem-egyensúlyi állapotban, amely jellemzi a fém 10% törzs, akár október 18. -10 19 cm -3. Tanulmányok azt mutatják, hogy a felületi réteg a fém szerkezet a feldolgozás után a számát jelenti, a rétegek (2. ábra), amely a következő sorrendben (a felületről a fém): 1 - álló réteggel szennyeződések (adszorbeált a hűtőfolyadék és a t e) A .; 2 - egy réteg adszorbeált gáz; 3- oxidréteg; 4 - keményített megmunkálás alatt álló réteg erősen deformált hatása alatt normális és a tangenciális erők szemes; 5 - egy fém forrás szerkezetet.
Ábra. 2. A szerkezet a felületi réteg polírozott acél tagja.
Fiziko-kémiai tulajdonságai a felületi rétegek fém által meghatározott folyamatok zajlanak a mechanikai kezelés (keményedés miatt képlékeny alakváltozás - keményedő, lágyulási miatt a hőmérséklet hatására keletkezett a feldolgozás során, - pihenés); fizikai adszorpció és kemiszorpció a leengedi az erőssége adszorpciós (legintenzívebben nyilvánul meg a húzófeszültségek létre az anyag, ami jellemző a csúszó súrlódás). A legáltalánosabb esetben, finom változások keménysége a felületi rétegek mélységben feldolgozási körülmények és feltételek szerint a csúszó súrlódás van ábrán bemutatott formában. 3.
Ábra. 3. megváltoztatása mikrokeménység a felületi réteg a fém Nμ függően h távolság a felületről a fém 1 - feldolgozás után; 2 - a műtét után.
Szerint megfogalmazott IV KRAGELSKY szabály pozitív gradiens szerint mechanikus tulajdonságai fémek a mélység, kívül súrlódás (ellentétben a belső súrlódás, amely akkor jelentkezik, ha a megsemmisítése felületes és mélyebben fekvő rétegek súrlódási szervek) tartja az esetben, ha dHμ / dH> 0. amelyek pozitív gradiens mechanikai réteg mélysége lehet végezni a feldolgozási folyamatot (például lerakódását vékony fém filmek vagy polimer lágyabb, mint az alapfém), vagy adszorpció vagy kemiszorpció a molekulák Lube aktív komponenseket, vagy bevezetésével közötti súrlódási szervek szilárd, folyékony vagy gáz halmazállapotú anyag, rövidebb ideig tartó nyírási, mint az anyag a súrlódó szervek.
Honlap létre uCoz rendszerben