أمرٌ مُثيرٌ للغضب

التآكل الاحتكاكي هو شكل من أشكال التآكل الناتج عن الالتصاق بين الأسطح المنزلقة. عندما يحدث التآكل الاحتكاكي، يُسحب جزء من المادة مع السطح المتلامس، خاصةً إذا كانت هناك قوة ضغط كبيرة تضغط على السطحين معًا. ^{[ 1 ]} ينتج التآكل الاحتكاكي عن مزيج من الاحتكاك والالتصاق بين الأسطح، يليه انزلاق وتمزق البنية البلورية أسفل السطح. ^{[ 2 ]} عادةً ما يترك هذا بعض المادة عالقة أو حتى ملحومة بالاحتكاك بالسطح المجاور، بينما تبدو المادة المتآكلة متآكلة أو متشققة أو حتى محفورة، وقد تحتوي على كتل متكتلة أو ممزقة من المادة عالقة بسطحها.

يُعدّ التآكل الاحتكاكي أكثر شيوعًا في الأسطح المعدنية المتلامسة انزلاقيًا، ويكثر بشكل خاص في حال عدم كفاية التزييت بين هذه الأسطح. مع ذلك، تُعتبر بعض المعادن أكثر عرضةً للتآكل الاحتكاكي نظرًا لبنيتها الذرية البلورية. على سبيل المثال، يتآكل الألومنيوم بسهولة بالغة، بينما يُظهر الفولاذ المُلدّن (المُليّن) مقاومةً أكبر للتآكل الاحتكاكي. أما الفولاذ المُقسّى بالكامل، فيُعدّ شديد المقاومة للتآكل الاحتكاكي.

يُعدّ التآكل الاحتكاكي مشكلة شائعة في معظم التطبيقات التي تنزلق فيها المعادن متلامسةً مع معادن أخرى. وقد يحدث هذا بغض النظر عما إذا كانت المعادن متشابهة أم مختلفة. غالبًا ما تُختار سبائك مثل النحاس الأصفر والبرونز للمحامل والبطانات وغيرها من تطبيقات الانزلاق نظرًا لمقاومتها للتآكل الاحتكاكي وغيره من أشكال التآكل الميكانيكي .

التآكل الاحتكاكي هو تآكل ناتج عن انتقال مجهري للمادة بين الأسطح المعدنية أثناء الحركة العرضية (الانزلاق). ويحدث هذا التآكل بشكل متكرر عند تلامس الأسطح المعدنية وانزلاقها على بعضها، خاصةً مع ضعف التشحيم. ويكثر حدوثه في التطبيقات ذات الأحمال العالية والسرعات المنخفضة، مع أنه قد يحدث أيضاً في التطبيقات ذات السرعات العالية والأحمال المنخفضة جداً. يُعدّ التآكل الاحتكاكي مشكلة شائعة في تشكيل الصفائح المعدنية ، والمحامل والمكابس في المحركات ، والأسطوانات الهيدروليكية ، والمحركات الهوائية ، والعديد من العمليات الصناعية الأخرى.

يختلف التآكل الاحتكاكي عن الخدش والتجريف، إذ ينطوي على انتقال مرئي للمادة نتيجة احتكاكها ( تقشرها ميكانيكيًا ) من سطح إلى آخر، على شكل نتوء بارز. وعلى عكس أنواع التآكل الأخرى، لا يُعدّ التآكل الاحتكاكي عملية تدريجية عادةً؛ فهو يحدث بسرعة وينتشر بسرعة أيضًا، حيث تصبح المادة المتآكلة أكثر قدرة على إحداث المزيد من التآكل.

قد يحدث التآكل في البراغي والصواميل، مما يؤدي إلى انحشار السنون وانفصالها عن البرغي أو الثقب. في الحالات القصوى، قد ينحشر البرغي دون أن تتلف السنون، مما قد يؤدي إلى كسر البرغي أو الأداة أو كليهما. تُستخدم الحشوات الملولبة المصنوعة من الفولاذ المقوى عادةً في معادن مثل الألومنيوم أو الفولاذ المقاوم للصدأ التي تتعرض للتآكل بسهولة. ^{[ 3 ]}

تتطلب هذه العملية خاصيتين مشتركتين بين معظم المعادن: التماسك الناتج عن قوى التجاذب بين الروابط المعدنية ، واللدونة ( القدرة على التشوه دون انكسار). تتأثر قابلية المادة للتآكل بمطيليتها . عادةً، تكون المواد المقواة أكثر مقاومة للتآكل، بينما تتآكل المواد الأكثر ليونة من النوع نفسه بسهولة أكبر. كما تتأثر قابلية المادة للتآكل بالترتيب المحدد للذرات، لأن البلورات المرتبة في شبكة مكعبة مركزية الوجوه (FCC) تسمح عادةً بانتقال المادة بدرجة أكبر من البلورات المكعبة مركزية الجسم (BCC). ويعود ذلك إلى أن الشبكة المكعبة مركزية الوجوه تميل أكثر إلى إنتاج الانخلاعات في الشبكة البلورية، وهي عيوب تسمح للشبكة بالانزياح، أو "الانزلاق العرضي"، مما يجعل المعدن أكثر عرضة للتآكل. مع ذلك، إذا كان المعدن يحتوي على عدد كبير من أخطاء التراص (اختلاف في تسلسل التراص بين المستويات الذرية)، فسيكون أقل عرضة للانزلاق العرضي عند الانخلاعات.

وبالتالي، تتحدد مقاومة المادة للتآكل الاحتكاكي بشكل أساسي بطاقة عيوب التراص : فالمادة ذات طاقة عيوب التراص العالية، مثل الألومنيوم أو التيتانيوم ، ستكون أكثر عرضة للتآكل الاحتكاكي من المادة ذات طاقة عيوب التراص المنخفضة، مثل النحاس أو البرونز أو الذهب . في المقابل، تتميز المواد ذات البنية السداسية المتراصة (HCP) ونسبة c/a العالية - مثل سبائك الكوبالت - بمقاومة فائقة للتآكل الاحتكاكي. ^{[ 4 ]}

يحدث التآكل في البداية بانتقال المادة من حبيبات فردية على مستوى مجهري، فتلتصق أو حتى تندمج بالانتشار مع السطح المجاور. ويمكن تعزيز هذا الانتقال إذا شكل أحد المعدنين أو كلاهما طبقة رقيقة من الأكاسيد الصلبة ذات معاملات احتكاك عالية ، كما هو الحال في الألومنيوم أو الفولاذ المقاوم للصدأ. ومع نمو كتلة المادة المنتقلة، فإنها تدفع السطح المجاور، مما يؤدي إلى تباعدهما وتركيز معظم حرارة الاحتكاك في منطقة صغيرة جدًا؛ وهذا بدوره يتسبب في مزيد من الالتصاق وتراكم المادة. وتزيد الحرارة الموضعية من لدونة السطح المتآكل، مما يشوه المعدن حتى تخترق الكتلة السطح وتبدأ في اقتلاع كميات أكبر من المادة من السطح المتآكل.

تشمل طرق منع التآكل استخدام مواد التشحيم مثل الشحوم والزيوت ، والطلاءات منخفضة الاحتكاك ، والرواسب الرقيقة مثل ثاني كبريتيد الموليبدينوم أو نتريد التيتانيوم ، وزيادة صلابة سطح المعادن باستخدام عمليات مثل التصليد السطحي والتصليد بالحث .

في العلوم الهندسية وغيرها من المجالات التقنية، يُستخدم مصطلح "التآكل الاحتكاكي" على نطاق واسع. ونظرًا للمشاكل التي شابت التعريفات وطرق الاختبار السابقة غير المتوافقة، وضعت الجمعية الأمريكية لاختبار المواد (ASTM International) تعريفًا تقنيًا موحدًا لظاهرة التآكل الاحتكاكي ، استنادًا إلى وسائل قياس أفضل وفهم أعمق لآليات الاحتكاك المعنية؛ وفقًا لمعيار ASTM G40: "التآكل الاحتكاكي هو شكل من أشكال تلف السطح الناتج عن انزلاق الأجسام الصلبة، ويتميز بخشونة مجهرية، وعادةً ما تكون موضعية، وظهور نتوءات (مثل الكتل) فوق السطح الأصلي." ^{[ 5 ]}

عند ضغط سطحين معدنيين على بعضهما، تكون نقاط التلامس والتفاعل الأولية عند النتوءات - وهي نقاط بارزة - الموجودة على كل سطح. قد يخترق النتوء السطح المقابل في حالة تقارب التلامس والحركة النسبية. يُحفز التلامس بين السطحين الاحتكاك أو التشوه اللدن ، ويُولد ضغطًا وطاقة في منطقة صغيرة تُسمى منطقة التلامس. يؤدي ارتفاع الضغط إلى زيادة كثافة الطاقة ومستوى الحرارة داخل المنطقة المشوهة. ينتج عن ذلك زيادة الالتصاق بين السطحين، مما يُحفز انتقال المادة، وتراكم التآكل، ونمو النتوءات، وظهور بروزات فوق السطح الأصلي.

إذا نما النتوء (أي بروز المادة المنقولة إلى سطح واحد) إلى ارتفاع عدة ميكرومترات ، فقد يخترق طبقة الأكسيد السطحية المقابلة ويُلحق الضرر بالمادة الأساسية. يُعدّ تلف المادة الأساسية شرطًا أساسيًا للتدفق اللدن في الحجم المشوه المحيط بالنتوء. تحدد هندسة النتوء وسرعته كيفية انتقال المادة المتدفقة وتسارعها وتباطؤها حوله؛ ويُعدّ تدفق هذه المادة بالغ الأهمية عند تحديد ضغط التلامس وكثافة الطاقة ودرجة الحرارة المتولدة أثناء الانزلاق. وبالتالي، تُحدد هذه القيود الهندسية، كما هو مُستنتج من محيط سطح النتوء، الدالة الرياضية التي تصف تسارع المادة المتدفقة وتباطؤها.

إذا توفرت الظروف المناسبة، يمكن أن يؤدي تراكم الطاقة إلى تغيير واضح في سلوك التلامس واللدونة للمادة، مما يزيد من قوة الاحتكاك اللازمة للالتصاق ومواصلة الحركة. أثناء الانزلاق، تؤدي مساحة التلامس الفعلية الصغيرة عند نقاط التقاء النتوءات إلى مقاومة حرارية عالية، وبالتالي انخفاض التوصيل الحراري؛ وفي الوقت نفسه، يبذل الانزلاق شغلاً ميكانيكياً على نقطة الالتقاء، والذي يتبدد -عادةً- بشكل كبير على شكل حرارة. يؤدي انخفاض تدفق الحرارة بين الأسطح، واستمرار تدفق طاقة الاحتكاك، معاً إلى زيادة تدريجية في كثافة الطاقة ودرجة الحرارة في منطقة التلامس.

يمكن مقارنة هذه العملية بعملية اللحام البارد أو اللحام الاحتكاكي : اللحام البارد ليس باردًا حقًا ، حيث تُظهر نقاط الانصهار زيادة في درجة الحرارة وكثافة الطاقة - المستمدة، على نحو مماثل، من الضغط المطبق والتشوه البلاستيكي في منطقة التلامس.

أكدت الدراسات التجريبية الحديثة أن ظروف الاحتكاك أثناء تشكيل الصفائح المعدنية تؤثر بشكل كبير على تطور تضاريس السطح، وبالتالي تؤثر على سلوك التآكل الالتصاقي. وأظهرت اختبارات سحب الشرائح التي أُجريت على صفائح فولاذية منخفضة الكربون من نوع DC03 أن ضغط التلامس ونظام التشحيم ومستوى التشوه قد تؤدي إلى تغييرات قابلة للقياس في معايير خشونة السطح وآليات تسوية النتوءات، والتي ترتبط ارتباطًا وثيقًا بتغيرات معامل الاحتكاك وخطر تلف السطح أثناء عمليات التشكيل. ^{[ 6 ]}

غالباً ما يُلاحظ التآكل الاحتكاكي بين الأسطح المعدنية حيث يحدث تلامس مباشر وحركة نسبية. قد تشمل عمليات تشكيل الصفائح المعدنية ، وتصنيع الخيوط، وغيرها من العمليات الصناعية أجزاءً متحركة، أو أسطح تلامس مصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ، والألومنيوم، والتيتانيوم، وغيرها من المعادن التي يزيد تكوين طبقة أكسيد خارجية طبيعية عليها من خلال التخميل من مقاومتها للتآكل، ولكنه يجعلها عرضة بشكل خاص للتآكل الاحتكاكي. ^{[ 7 ]}

في عمليات تشكيل المعادن التي تتضمن القطع (وخاصة الخراطة والتفريز)، يُستخدم مصطلح "التآكل الاحتكاكي" لوصف ظاهرة التآكل التي تحدث عند قطع المعادن اللينة. تنتقل مادة العمل إلى أداة القطع وتتكون عليها نتوءات. تُغير هذه النتوءات سلوك التلامس بين السطحين، مما يزيد عادةً من الالتصاق ومقاومة القطع، ويمكن سماع صوت مميز نتيجةً للاهتزازات الناتجة.

يُعدّ التآكل الاحتكاكي شائعًا في مركبات الألومنيوم، وهو سبب رئيسي لتلف الأدوات. الألومنيوم معدن مطاوع، أي أنه يتمتع بقدرة على التدفق اللدن بسهولة نسبية، مما يستلزم وجود منطقة لدنة متجانسة وكبيرة نسبيًا.

يمكن اعتبار الليونة العالية والمادة المتدفقة شرطًا أساسيًا عامًا لانتقال المواد المفرط والتآكل لأن التسخين الاحتكاكي مرتبط ارتباطًا وثيقًا ببنية المناطق البلاستيكية حول الأجسام المخترقة.

يمكن أن يحدث التآكل حتى عند الأحمال والسرعات المنخفضة نسبيًا لأن كثافة الطاقة الحقيقية في النظام هي التي تحفز انتقال الطور، مما يؤدي غالبًا إلى زيادة في نقل المواد وزيادة الاحتكاك.

أظهرت دراسات حديثة في علم الاحتكاك أن معايير تضاريس السطح تلعب دورًا هامًا في الانتقال من الاحتكاك الانزلاقي المستقر إلى التلف الالتصاقي والتآكل أثناء عمليات تشكيل الصفائح المعدنية. وقد استُخدمت اختبارات سحب الشرائح التجريبية، بالإضافة إلى أساليب التعلم الآلي مثل خرائط كوهونين ذاتية التنظيم، لتصنيف التغيرات في معامل الاحتكاك وتحديد ظروف السطح المرتبطة بزيادة خطر التآكل الالتصاقي وانتقال المواد. ^{[ 8 ]}

بشكل عام، يؤثر نظامان احتكاكيان رئيسيان على التآكل الالتصاقي أو التآكل السطحي: التلامس مع الأسطح الصلبة والتلامس مع مواد التشحيم. أما فيما يتعلق بالوقاية، فهما يعملان بطرق مختلفة ويفرضان متطلبات متباينة على بنية السطح والسبائك والمصفوفة البلورية المستخدمة في المواد.

في حالة التلامس السطحي الصلب أو في ظروف عدم التزييت، يتميز التلامس الأولي بالتفاعل بين النتوءات وظهور نوعين مختلفين من التجاذب: طاقة التماسك السطحي، حيث تتصل الجزيئات وتلتصق بالسطحين معًا، حتى لو كانت المسافة بينهما قابلة للقياس. أما التلامس المباشر والتشوه اللدن فيولدان نوعًا آخر من التجاذب من خلال تكوين منطقة لدنة ذات مادة متدفقة، حيث تسمح الطاقة والضغط ودرجة الحرارة المستحثة بالترابط بين الأسطح على نطاق أوسع بكثير من طاقة التماسك السطحي.

في المركبات المعدنية وتشكيل الصفائح المعدنية، تكون النتوءات عادةً من الأكاسيد، ويتكون التشوه اللدن أساسًا من الكسر الهش ، مما يفترض وجود منطقة لدنة صغيرة جدًا. يكون تراكم الطاقة ودرجة الحرارة منخفضًا نظرًا لعدم استمرارية آلية الكسر. مع ذلك، خلال التلامس الأولي بين النتوءات، تلتصق جزيئات التآكل أو شظايا النتوءات بالسطح المقابل، مما يُحدث خشونة مجهرية، عادةً ما تكون موضعية، وتكوين نتوءات (كتل) فوق السطح الأصلي. تخترق جزيئات التآكل والكتل المنتقلة طبقة الأكسيد السطحية المقابلة وتُلحق الضرر بالمادة الأساسية، دافعةً إياها للأمام. يسمح هذا باستمرار التشوه اللدن، والتدفق اللدن، وتراكم الطاقة ودرجة الحرارة. يتم منع انتقال المواد اللاصقة من خلال الطرق التالية أو ما شابهها:

• يمكن لمعالجات الكربنة منخفضة الحرارة، مثل معالجة كولسترايزينغ، أن تقضي على التآكل في الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي عن طريق زيادة صلابة السطح إلى 1200 HV0.05 (حسب المادة الأساسية وظروف السطح). ^{[ 9 ]}
• قوة تماسك أو انجذاب كيميائي أقل بين ذرات أو جزيئات السطح.
• تجنب التشوه البلاستيكي المستمر والتدفق البلاستيكي، على سبيل المثال، من خلال طبقة أكسيد أكثر سمكًا على المادة المعنية في تشكيل الصفائح المعدنية (SMF).
• تُظهر الطلاءات المترسبة على أداة عمل SMF، مثل الترسيب الكيميائي للبخار (CVD) أو الترسيب الفيزيائي للبخار (PVD) وطلاءات نتريد التيتانيوم (TiN) أو الكربون الشبيه بالماس ، تفاعلًا كيميائيًا منخفضًا حتى في حالة الاحتكاك عالي الطاقة، حيث يتم اختراق طبقة الأكسيد الواقية للمادة المعنية، ويتميز الاحتكاك بالتشوه البلاستيكي المستمر والتدفق البلاستيكي.

يُفرض التلامس المُشحّم متطلبات أخرى على بنية سطح المواد المُستخدمة، وتتمثل المشكلة الرئيسية في الحفاظ على سُمك طبقة التشحيم الواقية وتجنب التشوه اللدن. يُعد هذا الأمر بالغ الأهمية لأن التشوه اللدن يرفع درجة حرارة الزيت أو سائل التشحيم ويُغير لزوجته. كما أن أي انتقال للمادة أو تكوّن نتوءات فوق السطح الأصلي سيُقلل من القدرة على الحفاظ على سُمك طبقة التشحيم الواقية. يُمكن تعزيز أو الحفاظ على سُمك طبقة التشحيم الواقية المناسب من خلال:

• يمكن أن تخلق التجاويف السطحية أو الثقوب الصغيرة وضعًا هندسيًا ملائمًا للزيت للاحتفاظ بسماكة تشحيم واقية في منطقة التلامس.
• يمكن للقوى التماسكية على السطح أن تزيد من التجاذب الكيميائي بين السطح ومواد التشحيم وتعزز سماكة التشحيم.
• قد تقلل إضافات الزيت من احتمالية حدوث التآكل أو الالتصاق.

• علم الاحتكاك - علم الأسطح المتآكلة 
• علم الريولوجيا – دراسة تدفق المادة، وخاصة في الحالة السائلة 
• هندسة الأسطح – تغيير خصائص الأسطح الصلبة 
• مقياس الاحتكاك ذو الدبوس على القرص - أداة تقيس الاحتكاك والتآكل بين الأسطح. صفحات تعرض أوصافًا موجزة لأهداف إعادة التوجيه.