Η τριβολογία είναι η επιστήμη που μελετά την τριβή, τη φθορά και τη λίπανση των επιφανειών που έρχονται σε επαφή με σχετική κίνηση. Βασίζεται σε έννοιες που προέρχονται από την επιστήμη των υλικών, τη φυσική και τη χημεία, μεταξύ άλλων, καθιστώντας το έναν πολυεπιστημονικό τομέα. Από αυτά τα τρία σημεία (τριβή, φθορά και λίπανση), η φθορά αποτελεί μεγάλη ανησυχία για τους βιομηχανικούς κλάδους, καθώς ευθύνεται για πάνω από το 50% του χρόνου απώλειας λειτουργικότητας ένος μηχανήματος. Επομένως, ο έλεγχος των συνθηκών που το επηρεάζουν όχι μόνο θα αποτρέψει την αστοχία του μηχανήματος, αλλά θα επέτρεπε τελικά τη βελτιστοποίηση της βιομηχανικής διαδικασίας. Αλλά πριν αρχίσουμε να επισημαίνουμε πώς πρέπει να αποτραπεί η φθορά, θα πρέπει να αναρωτηθούμε… Tι ακριβώς είναι η φθορά;
Τι είναι η φθορά;
Η φθορά μπορεί να οριστεί ως η ζημιά ή η αφαίρεση υλικού που έχει υποστεί μια συμπαγής επιφάνεια λόγω ολίσθησης, κύλισης ή πρόσκρουσης σε άλλη στερεή επιφάνεια. Δεν είναι μια ιδιότητα των υλικών, αλλά μάλλον μια απόκριση συστήματος. Τυπικά, η φθορά είναι ανεπιθύμητη καθώς μπορεί να οδηγήσει σε αυξημένη τριβή και τελικά σε αστοχία υλικού ή απώλεια λειτουργικότητας. Έτσι, για να μειωθεί η φθορά (και κατά συνέπεια η τριβή) εισάγεται ένα λεπτό φιλμ λιπαντικού μεταξύ των επιφανειών τριβής
Η φθορά μπορεί να ταξινομηθεί ανάλογα με το πώς συμβαίνει η ζημιά των επιφανειών.
Κοινώς, υπάρχει:
- Φθορά πρόσφυσης
- Φθορά λείανσης
- Φθορά επιφανειακής κόπωσης
- Φθορά κυκλικής τριβής
- Διαβρωτική φθορά
- Οξειδωτική φθορά
Κάθε τύπος φθοράς προκαλείται από έναν ή περισσότερους μηχανισμούς. Αυτοί οι μηχανισμοί μπορούν να λειτουργούν συνδυαστικά , οδηγώντας σε αυξημένο ρυθμό φθοράς.
Τύποι φθοράς
Σε αυτή την ενότητα, δίνονται περισσότερες λεπτομέρειες για κάθε έναν από τους τύπους φθοράς που αναφέρθηκαν προηγουμένως. Οι πιο συνηθισμένοι τύποι είναι τόσο συγκολλητική όσο και λειαντική φθορά, αλλά η επιφανειακή κούραση, η φθορά, η διάβρωση και η διαβρωτική φθορά μπορούν επίσης να εμφανιστούν σε πολλές βιομηχανικές εφαρμογές υπό συγκεκριμένες συνθήκες.
2.1. Φθορά πρόσφυσης
Η φθορά της πρόσφυσης είναι ο τύπος φθοράς που προέρχεται από την επαφή και την αλληλεπίδραση μεταξύ δύο επιφανειών που έρχονται σε επαφή με ισχυρή συγκολλητική δύναμη. Με άλλα λόγια, λαμβάνει χώρα θραύση στην επιφάνεια του ενός ή και των δύο σωμάτων καθώς μια επιφάνεια γλιστράει πάνω από μια άλλη. Η έντασή της εξαρτάται από αρκετούς φυσικούς και χημικούς παράγοντες, αλλά γενικά θα αυξάνεται με υψηλότερες τιμές επιφανειακής ενέργειας. Ωστόσο, οι μεμβράνες οξείδωσης, η παρουσία λιπαντικών, ρύπων ή χαμηλότερων φορτίων μειώνουν την επίδρασή τους.
2.2. Φθορά λείανσης
Η φθορά λείανσης λαμβάνει χώρα όταν μια τραχιά, σκληρή επιφάνεια γλιστρά σε μια σχετικά μαλακότερη επιφάνεια. Είναι επίσης ο πιο συχνός τύπος μηχανισμός φθοράς που συναντάται στη βιομηχανία. Η φθορά λείανσης μπορεί να παραχθεί ακολουθώντας τρία είδη μηχανισμών, δηλαδή το όργωμα (εάν δεν υπάρχει αφαίρεση υλικού από τις επιφάνειες, αλλά σχηματίζονται αυλακώσεις από το υλικό που μετατοπίζεται), το κόψιμο (εάν υπάρχει αφαίρεση υλικού με τη μορφή υπολειμμάτων) ή με θρυμματισμό (εάν υπάρχει αφαίρεση υλικού, και ταυτόχρονα υπάρχει εντοπισμένο κάταγμα των επιφανειών επαφής λόγω των αφαιρεθέντων υπολειμμάτων).
2.3. Φθορά επιφανειακής κόπωσης
Η επιφανειακή κόπωση είναι ο τύπος φθοράς κατά τον οποίο η επιφάνεια ενός υλικού εξασθενεί λόγω περιοδικής φόρτισης. Δημιουργείται όταν τα σωματίδια φθοράς διαχωρίζονται από τις στερεές επιφάνειες με τη συσσώρευση μικροφθορών στο υλικό. Ο μηχανισμός φθοράς συνδυάζει το σχηματισμό ρωγμών και κενών στις συμπαγείς επιφάνειες, τα οποία επιδεινώνωνται με την επανάληψη της φόρτισης.
2.4. Φθορά κυκλικής τριβής
Η φθορά κυκλικής τριβής εμφανίζεται μεταξύ δύο επιφανειών επαφής σε συνεχή κυκλική τριβή μικρού πλάτους. Προκαλεί ρωγμές κόπωσης, οι οποίες συχνά οδηγούν σε αστοχία κόπωσης σε φρέζες σε άξονες και σε άλλα εξαρτήματα υψηλής πίεσης.
2.5. Διαβρωτική φθορά
Η διαβρωτική φθορά είναι ο τύπος φθοράς που προκαλείται από γρήγορη κίνηση ολίσθησης σε πολύ σύντομο χρονικό διάστημα. Παράγεται όταν τα σωματίδια απομακρύνουν σταδιακά το υλικό από την επιφάνεια με συνεχή κρούση, παραμορφώνοντάς το και καταστρέφοντάς το. Η πρόσκρουση της διαβρωτικής φθοράς μπορεί να επηρεαστεί από τη φύση των κρουστικών σωματιδίων (μέγεθος, σχήμα και σκληρότητα), καθώς και από την ταχύτητα και τη γωνία με την οποία προσκρούουν στην επιφάνεια, μεταξύ άλλων.
2.6. Οξειδωτική φθορά
Οξειδωτική φθορά εμφανίζεται ως συνδυασμένη επίδραση χημικής και μηχανικής δράσης. Η χημική δράση αυξάνει το πορώδες της επιφάνειας, ενώ η μηχανική δράση οδηγεί σε φθορά. Υπάρχουν επίσης μια σειρά παραγόντων που επηρεάζουν τη φθορά σε αυτή την περίπτωση, όπως ο ακατάλληλος σχεδιασμός του μηχανισμού ή η αδυναμία αφαίρεσης επαρκούς θερμότητας ή υγρασίας από την περιοχή επαφής.
Πώς μπορεί να προληφθεί η φθορά;
Υπάρχει ένα ευρύ φάσμα μεθόδων για την αποφυγή φθοράς. Συνήθως, το πρώτο πράγμα που μπορείτε να κάνετε είναι να χρησιμοποιήσετε υλικά ανθεκτικά στη φθορά. Μπορείτε επίσης να αλλάξετε τις ιδιότητες του υλικού των επιφανειών που αγγίζουν. Το τελευταίο μπορεί να γίνει, για παράδειγμα, με σκλήρυνση ή με χημική τροποποίηση των επιφανειών.
Όταν αυτό δεν είναι δυνατό, τα σύγχρονα λάδια και γράσα παρουσιάζουν μια εύκολη και γρήγορη λύση στη χρήση. Προς το παρόν, μια πολύ μεγάλη ποικιλία λιπαντικών είναι διαθέσιμη στην αγορά, το καθένα ειδικά σχεδιασμένο για μια συγκεκριμένη ανάγκη ή βιομηχανική εφαρμογή και συμβατό με τα περισσότερα κοινά υλικά.