Emisja gazów stymulowana mechanicznie - Mechanically stimulated gas emission
Emisja gazów stymulowana mechanicznie
Fenomenologia
Emisja gazów stymulowanych mechanicznie (MSGE) jest złożonym zjawiskiem obejmującym różne procesy fizyczne i chemiczne zachodzące na powierzchni oraz w masie ciała stałego pod przyłożonym naprężeniem mechanicznym i powodujące emisję gazów. MSGE jest częścią bardziej ogólnego zjawiska emisji neutralnej stymulowanej mechanicznie (MSNE). Specyfika MSGE w porównaniu z MSNE polega na tym, że emitowane obojętne cząsteczki są ograniczone do cząsteczek gazu. MSGE jest przeciwieństwem absorpcji gazu stymulowanej mechanicznie, która zwykle występuje w przypadku korozji ciernej metali, narażenia na gazy pod wysokim ciśnieniem itp.
Istnieją trzy główne źródła MSGE:
- I. Cząsteczki gazu zaadsorbowane na powierzchni ciała stałego
- IIa. Gazy rozpuszczone w masie materiału
- IIb. Gazy okluzowane lub uwięzione w mikro- i nanowartościach, nieciągłości i defekty w masie materiału
- III. Gazy powstające w wyniku mechanicznej aktywacji reakcji chemicznych.
Generalnie w przypadku wytwarzania MSGE mechaniczne oddziaływanie na ciało stałe może być dowolnego typu, w tym rozciąganie, ściskanie, skręcanie, ścinanie, tarcie, fretting, walcowanie, wgniecenia itp.
We wcześniejszych badaniach przeprowadzonych przez różne grupy stwierdzono, że MSGE jest związane głównie z odkształceniem plastycznym, pęknięciem, zużyciem i innymi nieodwracalnymi modyfikacjami ciała stałego. Przy odkształceniu sprężystym MSGE jest prawie pomijalne i obserwowano je tylko poniżej granicy sprężystości z powodu możliwej deformacji mikroplastycznej.
Zgodnie z głównymi źródłami emitowane gazy zazwyczaj zawierają wodór (źródło typu IIa), argon (w przypadku powłok otrzymanych metodą PVD w plazmie Ar - źródło typu IIb), metan (źródło typu III), wodę (źródło typu I i / lub III), mono- i dwutlenek węgla (źródło typu I / III).
Wiedza na temat mechanizmów MSGE jest nadal niejasna. Na podstawie wyników eksperymentalnych spekulowano, że z MSGE można powiązać następujące procesy:
- Transport atomów gazu poprzez przemieszczanie dyslokacji
- Dyfuzja gazu w masie pod wpływem gradientu naprężeń mechanicznych
- Przemiana fazowa wywołana odkształceniem
- Usunięcie tlenków i innych warstw powierzchniowych, które uniemożliwiają wydostawanie się rozpuszczonych atomów na powierzchnię
- Przedłużenie wolnej powierzchni
Wydaje się, że efekt cieplny nie ma znaczenia dla emisji gazów w warunkach niewielkiego obciążenia.
Terminologia
Wyłaniający się charakter tej interdyscyplinarnej gałęzi nauki odzwierciedla brak ugruntowanej terminologii. Różni autorzy używają różnych terminów i definicji w zależności od zastosowanego głównego podejścia (nauki chemiczne, fizyczne, mechaniczne, próżniowe itp.), Konkretnego mechanizmu emisji gazów (desorpcja, emanacja, emisja itp.) Oraz rodzaju aktywacji mechanicznej ( tarcie, przyczepność itp.):
- Odgazowywanie stymulowane mechanicznie (MSO)
- Tribodesorpcja
- Trybemisja,
- Fraktoemisja
- Emisja atomowa i molekularna
- Odgazowywanie stymulowane tarciem
- Odgazowanie stymulowane deformacją
Desorpcja (tribodesorpcja, fraktodesorpcja itp.) Odnosi się do uwalniania gazów rozpuszczonych w masie i zaadsorbowanych na powierzchni. Dlatego desorpcja jest tylko jednym z procesów przyczyniających się do MSGE. Odgazowanie to termin techniczny zwykle używany w nauce o próżni. Zatem termin „emisja gazów” obejmuje różne procesy, odzwierciedla fizyczny charakter tego złożonego zjawiska i jest preferowany do stosowania w publikacjach naukowych.
Obserwacje eksperymentalne
Ze względu na niski poziom emisji eksperymenty należy wykonywać w ultrawysokiej próżni ( UHV ). W niektórych badaniach materiały były wcześniej domieszkowane trytem . Następnie zmierzono wskaźnik MSGE na podstawie wyniku radioaktywności materiału poddanego przyłożonym naprężeniom mechanicznym.