Электрохимическая природа металлизации полимерного материала в трибосопряжениях

ISSN 0321-2653 ИЗВЕСТИЯ ВУЗОВ. СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ РЕГИОН.

ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ. 2004. № 3

УДК 541.135

ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ ПРИРОДА МЕТАЛЛИЗАЦИИ ПОЛИМЕРНОГО МАТЕРИАЛА В ТРИБОСОПРЯЖЕНИЯХ

© 2004 г. В.Ф. Кукоз, Ю.Г. Асцатуров

По склонности к накоплению электрических зарядов на поверхности полимерного материала в метал-лополимерных трибоспоряжениях полимеры делятся на электроположительные, отдающие электроны при трении о сталь, и электроотрицательные, принимающие электроны от стального контртела [1, 2].

В.П. Цуркан в работах [3, 4] установил, что все электроотрицательные полимеры интенсивнее изнашивают металлическое контртело, чем электроположительные. На основании этих данных А.Г. Гинзбург и А.В. Чичинадзе [5] «намазывание» металла на поверхность пласстмассы при эксплуатации тормозных колодок из материала 5-6-60 объяснили тем, что этот материал накапливает значительный отрицательный заряд, однако они при этом не рассматривали детали и механизм влияния этого избыточного отрицательного заряда на процессы в трибоспоряжении.

Д.Н. Гаркунов, И.В. Крагельский и А. А. Поляков [6-8] предположили, что причина «намазывания» более твердого металла на менее твердый полимер заключена в водородном износе.

Как справедливо отмечает В.И. Колесников [9], оба объяснения диаметрально противоположны. Придерживаясь механизма водородного изнашивания, следовало бы ожидать, что электроположительные пластмассы, облегчая разряд ионов водорода поверхностью металла, должны сильнее изнашивать сопряженный металл.

Экспериментальные результаты Ш.М. Билика и В.П. Цуркана показали обратное: электроотрицательные пластмассы сильнее изнашивают металлическое контртело, и наблюдается явление «намазывания» -перенос металла на их поверхность.

x

б)

x<

в)

а)

Рис. 1. Энергетические диаграммы электроокислительного (а), равновесного (б) и катодного электровосстановительного

(в) процессов: ДО = ДО - энергия активации равновесного

процесса МZ++Zeo•M; ДО - энергия активации анодного

(электроокислительного) процесса М - Ze ^ М+; ДО -энергия активации катодного (электровосстановительного) процесса М^ + Ze ^ М; х - расстояние от границы раздела фаз. Э - ионпроводящая среда (электролит); М- металлическая фаза; ZFgЭМ - электрическая энергия, вводимая внешним источником ЭДС для электрохимической поляризации электрода; ДgЭМ^ - изменение гальвани-потенциала

электрода

Устранить это противоречие можно было бы, объяснив механизм электризации тел при трении. Б.В. Дерягин [10] выдвинул предположение, что явле-

ISSN 0321-2653 ИЗВЕСТИЯ ВУЗОВ. СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ РЕГИОН.

ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ.2004. № 3

ние электризации связано переходом электронов от одного тела к другому. П. Леб [11], принимая, что электризация полимеров при контакте с металлом может осуществляться благодаря переходу электронов с металла на полимер, а также путем перехода положительных и отрицательных ионов на поверхность металла. Причем, согласно исследованиям Б.И. Сажи-на [12], природа переходящих частиц зависит от условий взаимодействия металла с полимером: при малых давлениях более вероятен переход электронов, а при больших - ионов. К. Хауффе [13] учитывал преимущественную ориентацию дипольных молекул на граничной поверхности полярных диэлектриков. Другие точки зрения на механизм электризации полимеров в трибосопряжениях приведены в книге В.И. Колесникова [9], в которой указано, что прогнозирование трибоэлектрических характеристик металлополимер-ного сопряжения является весьма актуальной задачей.

К сожалению, насколько нам известно, для решения этой задачи мало привлекаются электрохимические знания. Так, механизмы намазывания металла на полимер и ускорения износа металлического контртела в паре с отрицательно заряженными полимерами получают естественное объяснение исходя из электрохимической ситуации, складывающейся в этих условиях.

Известно, что отнятие электронов у металла есть не что иное, как анодная поляризация этого металла, уменьшающего энергию активации перехода ионов металла из металла в смежную фазу, и, следовательно, ускоряющего окислительный процесс: М - 2е ^ М2+ (см. рис. 1а), заряжение полимера отрицательным зарядом облегчает катодный (электровосстановительный) процесс М2+ + 1е ^ М (см. рис. 1в).

Заряжение полимера избыточным отрицательным зарядом за счет электронов металла означает провоцирование анодной (электроокислительной) поляризации металла (контртела) и инициирование катодной (электровосстановительной) реакции на поверхности отрицательно заряженного полимера.

Следовательно, процесс «намазывания» твердого металла на более мягкий полимер имеет электрохимическую природу.

Литература

1. Билик Ш.М., Цуркан В.П. Влияние направления стекания электрических зарядов, образующихся при трении, на износ металополимерной пары // Теория смазочного действия и новые материалы. М., 1965. С. 222-224.

2. Цуркан В.П. Исследование трибоэлектричества при сопряжении металла с пластмассой и его влияние на антифрикционные свойства узла терния: Автореф. дис. ... канд. техн. наук. М., 1965.

3. Цуркан В.П. Работоспособность металлополимерных пар трения с учетом их трибоэлектрического эффекта // Тр. ВНИИЖТ. М., 1969. Вып. 381. С. 151-153.

4. Цуркан В.П. Электрические явления в узлах трения металл-пластмасса // Пластмассы в подшипниках скольжения. М., 1965. С. 75-82.

5. Георгиевский Г.А., Лебедев Л.А., Бороздинский Е.М. Ис-

следование кинетики электризации при скольжении фрикционных пластмасс по металлу // Электрические явления при трении, резании и смазке твердых тел. М., 1973. С. 12-20.

6. Поляков А.А., Гаркунов Д.Н. Водородная хрупкость поверхностных слоев при трении // ФХММ 1969. № 2. С. 48-57.

7. Поляков А.А., Крагельский И.В., Гаркунов Д.Н. О водородном износе//Докл. АН СССР. 1970. Т. 195. № 3. С. 666-668.

8. Гаркунов Д.Н., Поляков А.А. Развитие исследований водородного износа и новые задачи//Исследование водородного износа. М., 1977. С. 3-12.

9. Колесников В.И. Трибофизические процессы в металлополимерных трибосистемах. М., 2003.

10. Дерягин Б.В., ИзотоваН.А. Адгезия. М.;Л., 1949.

11. Леб Л.Б. Статическая электризация: Пер. с анг. М., 1963.

12. Сажин Б.И. Электрические свойства полимеров. М., 1970.

13. Хауффе К. Реакция в твердых телах и на их поверхности. М., 1962. Ч. 1.

Южно-Российский государственный технический университет (НПИ),

Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса, г. Шахты 11 февраля 2004 г.

УДК 621.762.5

ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОЕ ЛЕГИРОВАНИЕ ПОРОШКОВЫХ СТАЛЕЙ

МАРГАНЦЕМ

© 2004 г. А.Г. Величко

В промышленности, и особенно в порошковой металлургии, все большее распространение получают эффективные ресурсосберегающие технологии поверхностного легирования материалов. Методом, отличающимся значительной скоростью диффузии, является насыщение легирующими элементами путем

электролиза жидкой среды, как правило, расплава смеси солей. Метод практически полностью исключает окисление компонентов порошкового материала, позволяет управлять как концентрацией легирующего элемента, так и глубиной образующегося слоя, снизить расход легирующих элементов.