трибохимия
ТРИБОХИМИЯ (от греч. tribo — тру и химия)
раздел механохимии, изучающий хим. и физ.-хим. превращения веществ под воздействием мех. энергии трения. Эти эффекты известны давно. Так, еще в 18 в. установлено, что растворение металлов протекает быстрее при воздействии трения, чем при его отсутствии; благодаря трению качения на металлич. колесах оксидные пленки возникают в течение неск. минут (в отсутствие мех. напряжений такие же пленки могли бы образоваться за 1017 лет) и т. д.
На трущихся поверхностях деталей в результате неупругих столкновений молекул энергия удара частично превращ. в их внутр. энергию или расходуется на создание неустойчивого переходного состояния (см. активированного комплекса теория). Стабилизация его либо распад по новому пути и есть хим. акт образования атомов и молекул; таким образом можно осуществлять селективные хим. реакции и управлять разл. процессами. Покажем это на примерах управления трением.
При трении стали по стали со смазкой водой вследствие экзоэлектронной эмиссии молекулы H2O возбуждаются и распадаются на водород и кислород. Происходит наводороживание металлич. поверхности трения и она разрушается (водородный износ). При смазке в отсутствие воды в режиме трения под действием давления, высокой температуры, катализаторов, экзоэлектронной эмиссии, дефектов металлов смазочный материал, основу которого составляют насыщ. углеводороды, разлагается (образуются ионы, своб. ра-дикалы, ион-радикалы, протекают окисление, полимеризация и др.). Смазочный материал деградирует и требует замены.
Последнему процессу можно противопоставить иной тип хим. превращений при трении в режиме избират. переноса, или в режиме безызносности (см. также металлоплакирующие смазочные материалы). В случае избират. растворения компонентами присадки тонкой медной пленки (при ее деформировании) повышается концентрация вакансий, что на порядки ускоряет диффузию в смазку атомов и вакансий и приводит к возбуждению кристаллич. решетки меди. В результате изменяется характер движения дислокаций, которые выходят на поверхность металлоплакирующей пленки. В местах их выхода возбужденные атомы образуют с компонентами присадки неустойчивые комплексные соединения. Последние, частично распадаясь, снова дают лиганды, которые опять реагируют с атомами металла и т. д., образуя замкнутый цикл изменения состава присадки.
Успех создания смазки состоит в подборе свойств комплексного соединения. При этом часть исследователей считает, что возникает перспектива получения смазочного материала, бессменно функционирующего при безызносном трении в любых условиях. Др. часть специалистов полагает, что область действия эффекта безызносности ограничена: режим избират. переноса проявляется лишь при специфич. условиях работы (температуры, нагрузки, среды и др.) и строго определенном составе смазки; поэтому прагильнее говорить не о "безызносности" смазочных материалов, а об оптим. повышении их стойкости к мех. воздействиям.
Т. изучает влияние трения на: изменение каталитич. свойств твердых веществ; электрохим. процессы (напр., на их скорость); диффузию-процессы переноса газов в металлах (напр., водорода в стали или чугуне) и процессы, обусловленные возбуждением атомов поверхностных слоев металлов при их деформации (скорость диффузии возрастает на порядки); коррозию — в одних условиях происходит повреждение и разрушение металлов за счет хим. и электрохим. реакций с окружающей средой (фреттинг-коррозия), в иных условиях самопроизвольно протекает пассивирование металлов (вследствие образования на их поверхностях пленок труднорастворимых соед., напр. оксидов); сорбцию газов твердыми веществами; крекинг нефти и ее фракций; полимеризацию продуктов трибодеструкции углеводородов и т. д.
Лит.: Уотерхауз Р. Б., Фреттинг-коррозия, пер. с англ., Л., 1976; Зашита от водородного износа в узлах трения, под ред. А. А. Полякова, М., 1980; Рыбакова Л. М., Куксенова Л. И., Структура и износостойкость металла, М., 1982; Хайнике Г., Трибохимия, пер. с англ., М., 1987; Поляков А. А., в сб.: Долговечность трущихся деталей машин, в. 3, М., 1988, с. 45–88.
А. А. Поляков
