ПЛЕНКИ НА МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОВЕРХНОСТЯХ

Практически все металлы подвергаются окислению. Металлические поверхности в процессе обработки очень быстро покрываются первичной окисной пленкой. Такие пленки обнару­живаются и на благородных металлах. Несмотря на малую толщину, пленка всего в несколько элементарных ячеек кристаллической решетки данной фазы окисла при нормальной температуре приостанавливает дальнейшее окисление. Разрушение поверхностей трения в среде воздуха тоже сопровождается их окислением.

Продуктами окисления могут быть твердые растворы кислорода в металле и их химические соединения. Так, железо при нормальной температуре растворяет около 0,05% кислорода, а при 1000°С 0,12%. Если окисление продолжается выше предела насыщения, то из раствора выпадают окислы. Железо с кислородом образует три окисла, представляющие собой фазы в системе с различным типом кристаллической решетки: вюстит FeO, магнетит и гематит . Вюстит растворим в же­лезе и устойчив при температурах выше 570°С; ниже этой темпе­ратуры он распадается на магнетит и чистое железо 4FeO = . Магнетит и гематит устойчивы во всем диапазоне температур до точек плавления. Пленка на железе состоит из слоев, расположенных от поверхности внутрь в последовательности, соответствующей убыванию кислорода в окисле. При температуре ниже 570°С пленка может состоять из одного слоя , из наружного слоя и следующего за ним слоя или из слоев , и FeO, причем распад FeO идет вслед за его образованием.

Скорость образования оксидной пленки на поверхности ме­талла исчисляется долями секунды. Так, для возникновения слоя толщиной 1,4 нм достаточно 0,05 с. С увеличением толщины рост пленки замедляется.

Оксидная пленка находится в напряженном состоянии, испытывая растяжение или сжатие в зависимости от соотношения объемов основного металла и образовавшегося на его базе окисла. С увеличением толщины пленки возрастают силы упругости в самой пленке и на границе между пленкой и основным метал­лом. При некоторой толщине пленки происходит потеря ее ус­тойчивости, наступают мгновенные смещения, и пленка приобретает пористое (рыхлое) строение.

Внешний слой поверхности состоит из загрязнений, попавших на поверхность при обработке, и адсорбированных газов и паров. Толщина этого слоя 0,1—2,5 нм. Расположенный под ним слой, возникающий под влиянием атмосферного кислорода, имеет на железе толщину до 5 нм, на стали примерно до 2 нм, на алюминии до 15 нм (по данным А. Д. Манасевича).

Толщина граничного смазочного слоя около 20 нм.