Các dạng mòn Vật liệu

I. Khái lược về hiện tượng mòn vật liệu

Mòn là hiện tượng bề mặt rắn bị tiêu hao vì tương tác cơ học. Cùng với các hiện tượng nứt (breakage), ăn mòn (corrosion) và hao mòn (obsolescence) dãn đến quá trình tổn thất vật liệu lớn nhất. Theo thống kê của các hiệp hội ma sát, mài mòn và bôi trơn (tribology) của Mỹ hiện tượng phá hủy do mòn dẫn đến tổn thất khoảng 6% GNP của Mỹ hàng năm.

Các nguyên nhân chính dẫn đến hiện tượng mòn đó là:
-Thiếu quan tâm, nghiên cứu về “tribology”
-Chậm phát triển ( không có một cơ quan, tổ chức chuyên môn chịu trách nhiệm về vấn đề này)
-Sử dụng thiết bị chắp vá, thiếu đồng bộ
Các loại mòn của vật liệu
Có bốn loại mòn chính thường xảy ra đối với bề mặt vật rắn là: mòn dính , mòn mài (do hạt mài), mòn ăn mòn và mòn mỏi. Bên cạnh đó một số hiện tượng mòn khác cũng cần được chú ý quan tâm đó là: mòn gặm nhấm, sói mòn, mòn hốc.
Trong thực tế hầu hết quá trình mòn đều liên quan tới 2 hay nhiều hơn các dạng mòn trên. Để đơn giản ta xét nguyên nhân chính gây ra từng dạng mòn:
1. Mòn dính (adhesive wear): xảy ra giữa hai bề mặt trơn (smooth surfaces) vì lực dính lớn được tạo ra khi các nguyên tử tiến tới gần sát gần nhau. Trong quá trình mòn dính thường dẫn đến hiện tượng nứt, vỡ trên một bề mặt của vật liệu chứ không xảy ra tại bề mặt liên kết ban đầu.
2. Mòn mài (abrasive wear): xảy ra khi một bề mặt vật liệu thô, cứng hoặc bề mặt vật liệu mềm chứa các hạt cứng trượt trên bề mặt vật liệu mềm dẫn đến tạo ra các vết xước (grooves) trên bề mặt tiếp theo vật liệu được tạo ra từ các vết xước này di chuyển trên bề mặt tiếp xúc và cuối cùng làm mòn dần vật liệu.
Có thể thấy rằng cả 2 hiên dạng mòn dính và mòn do hat mài dều liên quan tới các hạt nhỏ cứng. Mài mòn do các hạt mài gây ra, còn dính do các hạt dính nhỏ từ bề mặt vật rắn chuyển tới bề mặt mềm hơn và cào xước bề mặt. tuy nhiên đối với mài mòn các vết xước được tạo ra đều , sắc và sâu hơn.
3. Mòn ăn mòn (corrosive wear): là hiện tượng mòn xảy ra trong môi trường ăn mòn. (ăn mòn + mài mòn). Thông thường ăn mòn (hay oxi hóa) có xu hướng hạn chế hay ngăn cản quá trình do lớp sản phẩm ăn mòn được tạo ra. Nhưng do tương tác cơ học mà lớp mỏng này bị bong di dãn tới bề mặt bi trơ ra tạo điều kiện thuận lợi cho ăn mòn tiếp tục xảy ra.
4. Mòn do mỏi bề mặt ( surface fatigue wear): xảy ra do quá trình cán hay trượt tuần hoàn. Thường thấy đối với các chi tiết có bề mặt tiếp xúc được gia công hoàn thiện rất tốt cho nên dưới tác dụng của tải quá trình biến dạng thường là biến dạng đàn hồi hơn là biến dạng dẻo.
Hiện tường mòn do mỏi bề mặt xảy ra như sau:
-tập trung ứng suất ở dưới bề mặt tiếp xúc như những vòng tròn
-tạo ra các vết nứt tế vi ở trung tâm của vòng tròn mỏi
-các vết nứt này được tryền đi
-tách lớp và bong dẫn đến tạo mảnh vụn
Các hạt do hiện tượng mỏi xảy ra luôn có xu hướng to dần và lượng mòn phụ thuộc nhiều vào tải trọng.
Liên hệ giữa các hiện tượng mòn ( tổn thất kinh tế đóng vai trò quan trọng) như sau:

mòn dính > mài mòn > mòn do mỏi bề mặt > mòn ăn mòn

5. Mòn gặm nhấm (fretting wear): sinh ra khi các bề mặt tiếp xúc dao động với cường độ nhỏ xung theo phương tiếp tuyến. Sản phẩm được tạo ra như những hạt mài làm hao mòn vật liệu. Thực chất của quá trình là tổng hợp của cả mòn dính, mài mòn và mòn ăn mòn.
6. Sói mòn (erosion wear): là hiện tượng các hạt mài từ dòng khí hoặc lỏng chuyển động tới va chạm bề mặt và làm hao mòn vật liệu. Người ta chia ra làm 2 dạng sói mòn dựa vào tốc độ sói mòn như sau:
-Sói mòn tốc độ thấp (low speed erosion): hạt mài phá hủy bề mặt tạo ra các vùng nhỏ li ti như con chip điện tử (abradeb chip). Nếu các hạt mài có dang cầu –hiện tượng mòn dính.
-Sói mòn tốc độ cao (high speed erosion): hạt mài hay dòng chất lỏng tới phá hủy bề mặt vói tốc độ cao tạo ta các vết nứt ban dầu, tiếp theo vết nứt phát triển và bong ra.
7.Mòn hốc (cavitation wear):
Sự phá hủy bề mặt do lặp di lặp lại của kéo, nén tủy tĩnh tuần hoàn như sự phát triển của những bong bóng (quá trình kéo) hay như sự tạo nén do bong bóng bị vỡ. Trong suốt quá trình, tia nước được tạo ra từ những bong bóng chuyển động tới bề mặt với tốc độ siêm âm dẫn đến phá hủy. Vấn đề nghiêm trọng này thường xảy ra với các thiết bị làm việc trong vùng áp suất âm ví dụ như chân vịt của các tàu thuyền.

II. Các phương pháp kiểm tra đánh giá mòn

1. Phương pháp khối lượng: kiểm tra sau khi đã chi tiết đã hỏng, chú ý cần loại bỏ các hạt dính trên bề mặt vật liệu.
2. Phương pháp đánh giá cơ học: xác định đường cong, đánh giá tế vi
3. Phương pháp quang học: đâm tế vi
4. Radio-tracer: sử dụng máy đếm Ghai-ghe hay phim ảnh (xác định lượng dịch chuyển)

III. Các phương pháp phân tích, xác định lượng mòn

1. Phương pháp hiển vi quan học: phương pháp này sử dụng cho cả mẫu ở trạng thái rắn và lỏng. Chiều dày của mẫu có thể tới 0.2 m. Diện tích của vùng mòn có thể xác định qua phân tích ảnh.
2. Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM); với ưu điểm về độ phóng đại lớn. tuy nhiên cần chú phủ (Au hay C) đối với các mẫu không dẫn điện
3. Phương pháp hiển vi tunnel và hiển vi lực nguyên tử ( scanning tunneling microscopy and scanning atomic microscopy – STM & AFM): sử dụng kỹ thuật ảnh topo để xác định tỷ lệ, vị trí, cũng như xác định cấu trúc của nguyên tử.
4. Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua (TEM): sử dụng chế độ ảnh nhiễu xạ. Cần lưu ý chiều dày mẫu để nguyên tử truyền qua

Gửi phản hồi

Mời bạn điền thông tin vào ô dưới đây hoặc kích vào một biểu tượng để đăng nhập:

WordPress.com Logo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản WordPress.com Log Out / Thay đổi )

Twitter picture

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Twitter Log Out / Thay đổi )

Facebook photo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Facebook Log Out / Thay đổi )

Google+ photo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Google+ Log Out / Thay đổi )

Connecting to %s

%d bloggers like this: