Механізм фреттинг-корозії.

Наочно ілюструє механізм фреттінг-корозії випадок пошкодження фланця авіаційного двигуна (Мал. 5.10). На торці фланця було помітне спучення матеріалу. Пошкодження по площині фланця розташовувалися поблизу шпильок і характеризувалися великою пластичною деформацією. Матеріал фланця в місцях пошкодження знаходився як би в розплавленому стані і був покритий темною оксидною плівкою. У одному з пошкоджень знаходилося металеве включення у формі кульки діаметром приблизно 2 мм, склад якого відрізнявся від матеріалу фланця; він був значно твердіший і не труївся звичайними травителями для чорних сплавів.

При фреттинг-корозії протікають наступні процеси. Під дією сил тертя кристалічна решітка поверхневих шарів при циклічних тангенціальних зсувах розхитується і руйнується. При цьому відбувається відрив частинок металу, розміри яких порівняні з атомними. Процес руйнування представляє собою диспергування поверхні без видалення продуктів зносу. Частинки металу, що відірвалися, піддаються швидкому окисленню. Додатковим джерелом пошкодження поверхонь може бути виникаюче місцями схоплювання зв'язаних металів. Ланцюги атомів, що зчепилися, спочатку спотворюються при ковзанні, а потім розриваються. Це приводить до відриву окремих атомів від кристалічної решітки і може служити джерелом зародження втомних тріщин.

Залежно від умов фреттинг-корозії безпосередньому руйнуванню поверхонь може передувати її окислення. Спрощена схема процесу в початковій фазі фреттінг-корозії при цьому така: переміщення і деформація поверхонь під дією змінних дотичних напруг – корозія – руйнування оксидних і інших плівок – оголення чистого металу і місцями схоплювання – руйнування осередків схоплювання і адсорбція кисню на оголених ділянках.

Окислення металу супроводить збільшення об'єму. За наявності в сполученні замкнутих контурів, це приводить до місцевого підвищення інтенсивності зношування. Оксиди надають абразивну дію. Воно залежить від міцності зчеплення оксидних плівок з основним металом, твердості оксидів і розмірів їх частинок в продуктах зносу. Твердість оксидів металів, як правило, більше твердості чистих металів.

Механізм зношування при фреттинг-корозії в спрощеному вигляді наступний. Первинний контакт деталей відбувається в окремих точках поверхні. При вібрації оксидні плівки в зоні фактичного контакту руйнуються, утворюються невеликі каверни, заповнені оксидними плівками. Вони поступово збільшуються в розмірах і зливаються в одну велику каверну. У ній підвищується тиск окислених частинок металу, утворюються тріщини. Деякі тріщини зливаються, і відбувається відколювання окремих об'ємів металу. Частинки оксидів проводять абразивну дію. В результаті дії підвищеного тиску і сил тертя частинок оксидів підвищується температура, і відбувається утворення в частинках, що відкололися, білих твердих структур, що нетруяться, і на поверхні каверн.

Дуже сильно руйнуються при фреттінг-корозії пари сталь – алюмінієві сплави. Це відбувається із-за дуже високої твердості оксиду Al₂О₃, перевершуючої твердість азотованої сталі. Значно менше ушкоджуються пари сталь – мідь, цинк із-за меншої твердості їх оксидів. Крупний розмір частинок оксидів сприяє підвищенню інтенсивності зношування. Так в парі алюміній – загартована хромова сталь, де сталь сильно зношується, розмір частинок корунду доходить до 10 мкм.

Із збільшенням тиску, а особливо амплітуди відносних зсувів, швидкість зношування при фреттінг-корозії зростає. Це зростання при підвищенні тиску обумовлене збільшенням площі контакту, що вражається корозією. Підвищення частоти переміщень прискорює зношування, але, починаючи з деякої частоти, знижується активність чинників, що протікають в часі (окислювальні процеси, наклеп і ін.) і зростання швидкості зношування зменшується.