Спосіб вимірювання електродного потенціалу металів під час фрикційної взаємодії

Реферат: Спосіб вимірювання електродного потенціалу металів під час фрикційної взаємодії полягає в тому, що полімерний мікроелектрод з внутрішнім діаметром 50…100 мкм, заповнений агарагаром, поєднують з електродом порівняння, вмонтовують в наконечник для кріплення індентора (керамічна чи металева кулька), переміщують разом з ним у процесі тертя на мінімально можливій відстані від зони контактування (l=1/2d, де d - діаметр індентора) і надають інформацію про зміну електродного потенціалу доріжки тертя та коефіцієнта тертя досліджуваних пар. UA 111429 U (12) UA 111429 U UA 111429 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Спосіб вимірювання електродного потенціалу металів належить до методичних аспектів досліджень трибокорозійної поведінки матеріалів у середовищах різної агресивності. Корисна модель, що заявляється, призначена для більш точного визначення електрохімічного стану доріжки тертя, особливо під час тертя матеріалу у середовищах з незначною електричною провідністю. Відомим аналогом є методика вимірювання зміни електродного потенціалу в часі за прикладеного навантаження класичними електродами порівняння [1], які використовуються для вивчення процесу корозійної поведінки металів під час фрикційної взаємодії у середовищах різної агресивності. Недоліком аналога є те, що інтерпретація отриманих експериментальних даних по вимірюванню електродного потенціалу є не цілком коректною, оскільки отримані експериментальні дані залежать від відносного розташування електрода порівняння та доріжки тертя, що не дозволяє отримувати достовірну інформацію про електрохімічний стан навантаженої ділянки, оскільки потенціал, заміряний під час трибокорозійних випробувань за такою методикою, коли навантажені та ненавантажені ділянки металу у середовищі контактують між собою, є компромісним електродним потенціалом між потенціалами від навантаженої та ненавантаженої ділянок. При проведенні прецизійних трибокорозійних досліджень найбільше зацікавлює зміна електрохімічних параметрів власне доріжки тертя. Тому, було запропоновано вимірювати зміну електродного потенціалу навантаженої ділянки - доріжки тертя у процесі фрикційної взаємодії із застосуванням мікроелектрода. Прототипом є спосіб вимірювання зміни електродного потенціалу у процесі тертя, викладений в роботі [2]. В даному способі мікрозонд (діаметром 50-100 мкм) вмонтовано у стінку циліндричної електрохімічної комірки, внутрішній об'єм якої заповнено електролітом. Контртіло помішують в електрохімічну комірку з електролітом і вводять в контакт зі зразком, який приводиться в обертальний рух і в процесі випробувань отримують інформацію про зміну електродного потенціалу. Недоліком цього прототипу є те, що в експерименті приймає участь значна ділянка поверхні зразка, а отримані експериментальні дані надають інформацію про зміну компромісного електродного потенціалу всієї поверхні зразка. Суттєвою відмінністю способу вимірювання електродного потенціалу металів під час фрикційної взаємодії є можливість отримувати достовірну інформацію про зміну електрохімічного стану доріжки тертя шляхом розташування мікроелектрода на мінімально можливій відстані від зони контактування пар тертя та встановлювати кореляцію між змінами електродного потенціалу та коефіцієнта тертя. Для вимірювання електродного потенціалу металів під час фрикційної взаємодії розроблена схема, яка складається з полімерного мікрозонда (внутрішній діаметр 50…100 мкм) заповненого агар-агаром, поєднаного з електродом порівняння, який вмонтовується у наконечник та надає в реальному часі інформацію про зміну електрохімічного стану доріжки тертя. Наконечником кріпиться індентор (керамічна чи металева кулька) та переміщується разом з ним під час фрикційної взаємодії на мінімально можливій відстані від зони контактування (l=1/2d, де d діаметр індентора). Окрім того, одночасно зі зміною електродного потенціалу фіксується зміна коефіцієнта тертя досліджуваних пар. Сигнали у мілівольтах передаються на аналого-цифровий перетворювач, поєднаний з персональним комп'ютером та реєструються. Такий спосіб вимірювання зміни електродного потенціалу металів виявився найефективнішим при вивченні трибокорозійної поведінки контактуючих пар у слабопровідних середовищах, а в середовищах з високою провідністю інформація про електрохімічний стан в зоні контакту трибопар більш точніша. Заявлений спосіб пояснюється кресленнями, на яких зображено: Фіг. 1 - Схема запропонованого способу вимірювання зміни електродного потенціалу контактуючих матеріалів з використанням мікрозонда, поєднаного з електродом порівняння, де ЕП - електрод порівняння, РЕ - робочий електрод, Р - прикладене навантаження; 1 - мікрозонд; 2 – зона контактування; 3 - контртіло; 4 - зразок; 5 – рухомий столик; 6 - важіль з тензодавачем; Фіг. 2 – локальні зміни електродних потенціалів сплаву Д16Т в гліцерині, при вимірюванні класичним методом (1) та застосуванні мікрозонда (2). Контактне навантаження 1Н; Фіг. 3 – локальні зміни електродних потенціалів сплаву Д16Т в 3 % - ному розчині NaCl, при вимірюванні класичним методом (1) та застосуванні мікрозонда (2). Контактне навантаження 1Н; Фіг. 4 – локальні зміни електродних потенціалів сплаву Д16Т в 5 % - ному NaОН, при вимірюванні класичним методом: 1 – зміна трибопотенціалу, 2 – зміна коефіцієнта тертя. Контактне навантаження 1Н; 1 UA 111429 U 5 10 15 20 25 30 35 Фіг. 5 - локальні зміни електродних потенціалів сплаву Д16Т в 5 % - ному NaОН, при застосуванні мікрозонда: 1 – зміна трибопотенціалу, 2 – зміна коефіцієнта тертя. Контактне навантаження 1Н. Приклад конкретного виконання. Проведено вимірювання змін електродного потенціалу під час тертя зразків зі сплаву Д16 в різних середовищах за класичною методикою та, для порівняння, з використанням полімерного мікрозонда  = 50…100 мкм, заповненого агар-агаром і вмонтованого в наконечник, яким кріпиться індентор (керамічна кулька) та поєднаного з електродом порівняння. Випробування -6 проводили в гліцерині, провідність якого низька (Ω = 8•10 См/м) та в 3 %-му розчині NaCl з провідністю Ω = 4,7 См/м. З фіг. 2 видно, що значення щодо зміни електродного потенціалу під час випробувань у слабопровідних середовищах значно різняться від тих, що отримані за класичною методикою. Так, при вимірюванні зміни електродного потенціалу мікрозондом значення є від'ємніші приблизно на 600 мВ (фіг. 2). При проведенні випробувань в 3 %-му розчині NaCl ця різниця не така суттєва -  40 мВ (фіг. 3), але зафіксовано інший характер зміни електродного потенціалу. Раптове його зміщення в бік від'ємніших значень свідчить про активування поверхні доріжки тертя внаслідок перебігу тих чи інших процесів під час фрикційної взаємодії. При виході мікрозонда з доріжки тертя і його контактування з пасивною ділянкою поверхні зразка електродний потенціал різко зміщується в бік додатніших значень. Такі зміни електродного потенціалу фіксуються після кожного циклу тертя матеріалу. Вимірювали також зміну електродного потенціалу сплаву Д16Т у 5 % розчині NaOH (фіг. 4, 5). При використанні класичної методики досліджень зміна електродного потенціалу практично не фіксується (фіг. 4). Застосування мікрозонда, поєднаного з електродом порівняння, дає можливість виявити характер зміни електродного потенціалу, а також встановити кореляцію між змінами електродного потенціалу та коефіцієнта тертя (фіг. 5). Запропонований спосіб вимірювання зміни електродного потенціалу у процесі трибокорозійних досліджень з використанням мікрозонда, поєднаного з електродом порівняння і встановленим на мінімально можливій відстані від зони контактування пар тертя дає можливість точніше визначати електрохімічний стан доріжки тертя, особливо при проведенні експериментів у середовищах з незначною електричною провідністю. Джерела інформації: 1. Прейс Г.А., Дзюб А.Г. Электрохимические явления при трении металлов // Трение и износ- 1980. - т. 1, № 2. - С. 217-235. 2. F. Assi, H. Bohni. Study of wear-corrosion synergy with a new microelectrochemical technique // Wear. - 1999. - P. 505-514. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 40 45 Спосіб вимірювання електродного потенціалу металів під час фрикційної взаємодії, який полягає у наступному: полімерний мікроелектрод з внутрішнім діаметром 50…100 мкм, заповнений агар-агаром, поєднують з електродом порівняння, вмонтовують в наконечник для кріплення індентора (керамічна чи металева кулька), переміщують разом з ним у процесі тертя на мінімально можливій відстані від зони контактування (l=1/2d, де d - діаметр індентора) і надають інформацію про зміну електродного потенціалу доріжки тертя та коефіцієнта тертя досліджуваних пар. 2 UA 111429 U 3 UA 111429 U Комп’ютерна верстка М. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4