Триботехника

Преимущественно абразивное разрушение поверхности при фреттинг-коррозии встречается в соединениях, детали которых изготавливаются из сплавов, образующих твердые продукты износа, например, корунд .

В конструкциях часто встречаются  соединения стальных поверхностей в  сопряжении с корпусами, изготовленными из алюминиевых сплавов. В этих случаях  при знакопеременных нагрузках  ведущим видом повреждения обычно становится абразивный (рис.2, в).

На начальных стадиях  возникают процессы схватывания  с последующим окислением продуктов  износа. Окислившиеся продукты износа алюминиевого сплава ( ) имеют высокую твердость. Скопление большого количества окислов приводит к деформации поверхностных слоев абразивными частицами, срезанию микрообъемов металла и окисных пленок. Шаржированные на поверхности частицы корунда образуют царапины и борозды различной величины. Существенным показателем абразивного разрушения при фреттинг-коррозии можно считать характер микрорельефа поверхностей контакта. Контакитрующие поверхности уже через небольшой промежуток времени работы становятся шероховатыми, имеют спецефические следы воздействия продуктов износа. Пластическая деформация поверхности абразивными частицами носит, в основном, локальный характер. Глубина повреждения при абразивном действии частиц обычно невелика и может достигать нескольких сотых долей миллиметра.

Фреттинг-коррозия обладает рядом отличительных особенностей по сравнению с другими видами разрушения поверхностей:

1. скорость относительного перемещения контактирующих поверхностей при фреттинг-коррозии мала по сравнению со скоростями при обычном трении скольжения;
2. малая амплитуда смещений затрудняет удаление продуктов износа из зоны контакта;
3. процесс фреттинг-коррозии отличается большой интенсивностью разрушения по сравнению с другими видами изнашивания поверхностей, причем, если присутствие кислорода может уменьшать износ при обычном трении скольжения, то в условиях фреттинг-коррозии кислород углубляет повреждения;
4. продуктами фреттинг-коррозии металлов являются, в основном, их окислы.

Чаще всего фреттинг коррозия развивается при различных прессовых  посадках на вращающихся валах, в  местах посадки лопаток турбин, в  шлицевых, шпоночных, болтовых и заклепочных  соединениях. Фреттинг-коррозии подвержены канаты и канатные шкивы, контактные поверхности подшипников качения, передающих нагрузки в отсутствии качения, контактные поверхности рессор и  пружин, клапанов и толкателей, кулачковых механизмов и т.п.

Методы предотвращения фреттинг-коррозии

В качестве конструктивных возможностей для борьбы с фреттинг-коррозией  рекомендуется применять бесконтактные  лабиринтные уплотнения, вместо цилиндрической посадочной поверхности – шарообразную, трению скольжения предпочитать трение качения, плотно подгонять призматические и сегментные шпонки и т.д.

Предупреждение фреттинг-коррозии «механическим» путем обеспечивается созданием хорошей напряженной  посадкой. Посадочные места должны предварительно подвергаться дробеструйной  обработке.

При транспортировке машин  и механизмов необходимо использовать транспортные предохранители. В тяжело нагруженных узлах рекомендуется  применить смазку под давлением, как это показано на примере сферической  опоры шасси железнодорожного вагона и т.д.

Широкие возможности для  предупреждения фреттинг-коррозии дает группа мероприятий – подбор пар  материалов, слабо восприимчивых к фреттинг-коррозии, и физико-химическая модификация контактирующих поверхностей. Так, очень твердые материалы (например, с высоким содержанием карбидов) обладают повышенной способностью противостоять фреттинг-коррозии. Положительный эффект дает применение коррозионноустойчивых сталей, а также нанесение плазменных покрытий. Также следует уделить внимание специальной обработке контактирующих поверхностей. Так, азотирование с дополнительным нанесением порошка дисульфида молибдена, нанесение гальванического слоя хрома, обработка поверхности пескострыйным методом с последующим нанесением металлической пыли свинцовистой бронзы, покрытие из неметаллических материалов дают возможность успешно бороться с фреттинг-коррозией.

Для восстановления поверхностей, сильно подверженных фреттинг-коррозией, рекомендуется использовать наплавку молибдена, а для менее поврежденных – расплавленную массу дисульфида молибдена.

Выбор метода предупреждения фреттинг-коррозии следует проводить  с учетом конкретных условий работы сопряжения и предъявляемых к  нему требований.

Обычные смазки, а также  смазки с примесью графита или  дисульфида молибдена использовано в качестве метода борьбы с фреттинг-коррозией. Правда, этот метод полностью не устраняет фреттинг-коррозию, но значительно  снижает ее интенсивность.

Применение таких материалов как тефлон и резина в соединении «вал – втулка» позволяет иногда полностью устранить фреттинг-коррозию. Тефлоновую пленку напыляют на вал, затем  вал подвергают термической обработке  и перед сборкой покрывают  обычной консистентной смазкой. Кроме рассмотренных методов  предлагается использовать различные  демпфирующие устройства для гашения  вибрации.

Для устранения относительного перемещения контактирующих поверхностей уменьшать тангенциальные силы или  увеличивать силы трения. Для увеличения силы трения представляются две возможности. Там, где позволяет конструкция, наиболее простым и эффективным  методом является увеличение нормальной нагрузки. Второй метод – увеличение коэффициента трения нанесенным на поверхности  гальваническим путем слоя меди, олова.

Эффективным средством предотвращения фреттинг-коррозии является устранением  относительного перемещения или  его уменьшения путем увеличения натяга или изготовлением специальных  зажимов. Также высокая эффективность  применения прокладок из резины и  тефлона между контактирующими  поверхностями. исключение влияния атмосферы с помощью герметизации зоны контакта клеем или другим герметизирующим материалом и применением смазки также дали положительный эффект.

При нанесении сетки канавок определенной глубины на поверхность, которую необходимо защитить от разрушения. Проверка этого метода, проведенная на болтовом соединении, показала, что долговечность соединения в условиях фреттинг-коррозии увеличилась в три раза.

Любой вид смазки уменьшает скорость развития фреттинг-коррозии, причем масла, обладающие высокой прочностью граничной пленки и большой склонностью к адгезии с поверхностью материала, наиболее эффективны.

Из всего многообразия перечисленных апробированных средст предотвращения фреттинг-коррозии можно  сделать вывод, что универсального метода защиты от этого вида разрушения контактирующих поверхностей не существует. Большинство предложенных методов  разработаны для частных случаев  с конкретными условиями работы конструкции, в зависимости от которых  один и тот же метод может давать совершенно противоположные результаты.