Corrosion par frottement : causes et prévention

2024 Auteur: Howard Calhoun | [email protected]. Dernière modifié: 2023-12-17 10:27

La corrosion par frottement est basée sur des processus physiques et chimiques se produisant au niveau moléculaire. Au premier stade, la destruction électrochimique prédomine. Dans la zone de contact des métaux (ou du métal avec du non-métal), des oxydes se forment, ce qui active l'usure mécanique. Ces deux processus sont étroitement liés et affectent les caractéristiques de résistance des assemblages. Le phénomène de fretting est étudié par les chercheurs depuis plus d'un siècle, mais sa prédiction est encore peu développée.

Description

La corrosion par frottement est l'une des variétés de destruction spontanée du métal. Ce processus se produit à l'interface de paires métal-métal ou métal-non-métal en contact étroit. Sa caractéristique est la présence de mouvements oscillatoires de faible amplitude. La corrosion de contact affecte non seulement les aciers au carbone, mais également les aciers résistants à la corrosion.

Pour l'apparition de ce phénomène, une amplitude cyclique de seulement 0,025 microns est suffisante. Sa valeur maximale peut être de 200 à 300 microns. Extérieurement, la destruction se manifeste par l'apparition de petits ulcères, frottements, déchirures,taches colorées, dépôts poudreux sur la surface de contact.

Les produits de corrosion de type oxyde des pièces en acier ont une couleur différente - du rougeâtre au brun foncé. Cela dépend de la marque du matériel et des conditions de fonctionnement. Ils ne peuvent pas quitter la zone de contact en raison de la faible amplitude des oscillations du mouvement mutuel des surfaces, ce qui améliore leur effet abrasif.

La conséquence la plus négative de ce phénomène est la rupture par fatigue des pièces. La capacité à percevoir les charges cycliques dans les nœuds est réduite jusqu'à 5 fois.

Caractéristiques d'usure

La corrosion par frottement présente les différences suivantes par rapport aux autres types d'usure:

• Les dommages au métal se produisent lors d'un mouvement alternatif.
• Localisation des dommages - uniquement dans la zone de contact des pièces.
• Vitesse de déplacement faible en paire frottante.
• La destruction des films d'oxyde se produit principalement en raison des forces tangentielles (tangentielles).
• La rupture des ponts de soudure lors de la prise des surfaces entraîne le détachement des atomes et l'apparition de fissures de fatigue.
• Les particules métalliques arrachées s'oxydent rapidement dans l'air.
• Les produits de corrosion participent activement au processus d'usure ultérieur.

Causes et mécanisme du phénomène

De manière simpliste, le processus de corrosion par frottement peut être représenté comme suit:

• Déplacer et déformer des surfaces.
• Oxydation des métaux.
• Destruction d'oxydefilms.
• Découverte du métal pur.
• Son adhérence avec la surface de contact.
• Destruction des ponts de préhension.
• Augmentation de la concentration en oxygène dans les espaces ouverts.
• Répétition du cycle de corrosion, augmentation progressive des cavités.

En raison de l'action abrasive des particules détachées, la température dans la zone de contact augmente également (dans certains cas jusqu'à 700 ° C). Une couche blanche se forme, constituée de structures métalliques altérées.

Les principales causes suivantes de corrosion de contact sont identifiées:

• Charges dynamiques de faible amplitude dans les liaisons fixes.
• Environnement extérieur agressif.
• Facteur de température.

La nature du processus de corrosion dépend du stade auquel il se trouve. Au stade initial, la prédominance des réactions oxydatives dues à l'interaction électrochimique a été enregistrée. Ce processus est ralenti par l'utilisation de compositions chimiques qui affaiblissent l'action d'un environnement agressif. Nous discuterons ci-dessous des inhibiteurs de corrosion.

L'état de contrainte du matériau a trois composantes - la force de compression dirigée perpendiculairement à la surface de contact, les contraintes de cisaillement alternées et la force de frottement. L'usure pendant la corrosion de contact a le caractère d'une rupture par fatigue. De petites fissures fusionnent avec le temps et des morceaux de métal se détachent.

Nœuds de construction

Fretting corrosion caractéristique des unités d'assemblage,nominalement immeuble. Le plus souvent, la destruction du métal est observée dans les types de joints suivants:

• Boulonné.
• Rivetage.
• Fente.
• Contact électrique.
• Château.
• Hirths dentés.
• Bride.
• Ajustement serré (roulements, disques, roues, accouplements d'arbres, essieux et moyeux de roue).
• Surfaces d'appui des ressorts et autres.

La corrosion de contact des assemblages boulonnés est causée par l'usure de la partie filetée et l'apparition de fuites dans l'entrefer. Ceci est facilité par une diminution du serrage pendant le fonctionnement, l'auto-dévissage des joints en raison des charges de vibration. Cependant, une augmentation du couple de serrage n'est pas une garantie de réduction de la corrosion de contact, car dans ce cas un soudage par résistance des surfaces peut se produire. En conséquence, le travail de la connexion filetée se produira dans des conditions défavorables de contraintes de traction.

Intensité de la fracture

Le taux de corrosion par frottement dépend de plusieurs dizaines de facteurs. Les plus importants sont:

• Atmosphère ambiante (la corrosion se produit plus rapidement dans l'air). Ce phénomène est également observé dans le vide, l'azote et l'hélium.
• Amplitude et fréquence des mouvements oscillatoires (vitesse de frottement). La relation entre le taux de fracture et l'amplitude est presque linéaire.
• Pression (charge) dans la zone de contact et autres conditions de fonctionnement. Avec une charge importante, la profondeur des dommages augmente.
• Dureté du métal de base et des revêtements protecteurs des pièces, rugosité du contactsurfaces.
• Facteurs technologiques (méthode d'obtention de la pièce, contraintes résiduelles, précision d'usinage et rigidité de l'ensemble assemblé).
• Propriétés des produits d'oxyde résultant de l'usure.
• Température. Dans la plupart des cas, ses valeurs négatives contribuent à une corrosivité plus élevée. Les températures positives n'affectent favorablement les performances de l'unité que jusqu'à une certaine valeur critique. En cas de surchauffe, le taux de destruction augmente.
• Résistance à l'abrasion des produits d'usure.

Méthodes de lutte

Les moyens idéaux pour faire face à ce phénomène n'existent pas. Pour le réduire, les mesures suivantes sont prises:

• Réduction du déplacement relatif en augmentant les forces de friction. Augmenter la rugosité, la pression ou modifier la configuration des pièces. La première méthode est la plus efficace si l'un des éléments est un non-métal. Le frottement peut également être augmenté par galvanoplastie avec du cuivre, de l'étain ou du cadmium.
• Si l'élimination des vibrations est impossible, la méthode inverse est nécessaire - en réduisant la force de frottement en utilisant des revêtements de phosphate, de plomb ou d'indium, ainsi qu'en introduisant des lubrifiants. Dans le cadre de ce dernier, il est recommandé d'utiliser des additifs inhibiteurs de corrosion. Cette méthode transfère la diapositive dans un environnement intermédiaire.
• Augmentation de la dureté d'une des pièces (traitement thermique, trempe mécanique). Cette mesure réduit l'adhésion mutuellesurfaces de contact et réduire l'usure.

Les lubrifiants à base d'huile et de graisse réduisent efficacement l'usure des contacts. Le plus souvent, leurs types cohérents sont utilisés - des substances qui, à une température de 25 ° C, sont un matériau épais semblable à une pommade. Les revêtements de phosphate et de métal anodique contribuent à sa rétention sur les surfaces.

Que sont les inhibiteurs de corrosion

En cas de destruction du matériau par le type d'usure par frottement, les inhibiteurs de type contact sont principalement utilisés. Ils ralentissent la corrosion en milieu agressif et le principe de leur action repose sur la formation de composés peu solubles avec les ions métalliques.

Les inhibiteurs de contact comprennent les chromates, les nitrites, les benzoates, les phosphates et d'autres composés. Remplir l'espace avec des matériaux plastiques entre les pièces d'accouplement les protège non seulement de la corrosion, mais favorise également l'étanchéité. Les inhibiteurs de contact comprennent les compositions "Vital", SIM, M-1 et autres. Une liste des inhibiteurs et des recommandations pour leur utilisation se trouve dans GOST 9.014-78.