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トライボ腐食は、腐食と摩耗の複合効果による材料劣化プロセスです。[ 1 ]トライボ腐食という名称は、トライボロジーと腐食という基礎分野を表しています。トライボロジーは摩擦、潤滑、摩耗の研究に関係しており（その名称はギリシャ語の「tribo」（こする）に由来します）、腐食は材料（通常は金属）とその環境との間の化学的および電気化学的相互作用に関係しています。トライボ腐食は研究分野としては比較的新しいものですが、トライボ腐食現象は機械や設備が使用されるようになって以来ずっと存在しています。
摩耗は、摩擦または衝撃を受ける表面で発生する機械的な材料劣化プロセスであり、腐食は材料の化学反応または電気化学反応を伴います。腐食は摩耗を促進する可能性があり、摩耗は腐食を促進する可能性があります。 [ 2 ]これらの現象は両方とも、フレッティング腐食（接触面間の小振幅振動によって発生する）と同様に、トライボコロージョンというより広いカテゴリーに分類されます。侵食腐食は、機械的および化学的影響を伴う別のトライボコロージョン現象です。衝突する粒子または流体が、摩耗、チッピング、または疲労によって固体表面を侵食すると同時に、表面が腐食します。[ 3 ]
摩擦腐食は多くの工学分野で発生します。パイプ、バルブ、ポンプ、廃棄物焼却炉、鉱山設備、医療用インプラントの寿命を縮め、原子炉や輸送システムの安全性に影響を与える可能性があります。一方、摩擦腐食現象は、例えば電子産業におけるウェーハの化学機械的平坦化[ 4 ]や水性エマルジョンの存在下での金属研削および切断など、有効に利用することもできます。これを踏まえて、有用性や損傷の概念、あるいは特定の種類の機械的相互作用とは無関係に、摩擦腐食をより一般的に定義することができます。摩擦腐食とは、相対運動する表面間の同時的な機械的および化学的/電気化学的相互作用の結果として生じる、材料またはその機能の不可逆的な変化を指します。
生体摩擦腐食は、生物学的環境に曝された摩擦システムの要素間で発生する機械的負荷と化学的/電気化学的反応の相互作用によって生じる表面変化の科学を扱っています。[ 5 ] 人工関節プロテーゼについて研究されています。関節インプラントの材料劣化プロセスを理解することは、そのようなデバイスの耐用年数を延ばし、安全性を向上させるために重要です。
摩擦腐食現象は多くの材料に影響を与える可能性がありますが、金属、特に通常は耐食性のあるいわゆる不動態金属にとって最も重要です。工学で使用される耐食性金属および合金の大部分（ステンレス鋼、チタン、アルミニウムなど）はこのカテゴリーに属します。これらの金属は酸素または水の存在下では熱力学的に不安定であり、金属とその環境との間の保護バリアとして機能する不動態皮膜と呼ばれる薄い酸化膜が表面に存在することによって耐食性を得ています。 [ 6 ]不動態皮膜は通常、わずか数原子層の厚さです。それでも、偶発的に損傷した場合、金属の酸化によって自然に自己修復するため、優れた腐食防止効果を発揮します。
しかし、金属表面が激しい摩擦や衝突粒子の連続的な衝突にさらされると、不動態皮膜の損傷は継続的かつ広範囲に及ぶ可能性があります。自己修復プロセスはもはや有効ではなくなり、さらに金属の酸化速度が著しく速くなる必要があります。つまり、保護的な不動態皮膜が再形成される前に、あるいは全く形成されない場合でも、下地の金属が激しく腐食してしまうのです。このような場合、摩擦腐食による材料損失の総量は、同じ金属を用いて摩耗のみ、あるいは腐食のみが発生する実験で測定される摩耗と腐食の合計よりもはるかに大きくなります。
この例は、摩擦腐食の速度が摩耗速度と腐食速度の単純な加算ではなく、機械的メカニズムと化学的メカニズム間の相乗効果と拮抗効果によって大きく影響を受けるという事実を示しています。このような効果を実験室で研究するには、電気化学セルを備えた機械的摩耗試験装置が最もよく使用されます。[ 7 ]これにより、機械的パラメータと化学的パラメータを独立して制御できます。たとえば、摩擦する金属に特定の電位を印加することで、環境の酸化電位をシミュレートでき、さらに、特定の条件下では、電流の流れは瞬間腐食速度の尺度となります。電気化学的溶解による体積損失は、ファラデーの電気分解の法則によって測定でき、摩擦腐食における総体積損失から差し引くことで、機械的摩耗損失と相乗効果の合計を計算できます。[ 8 ]摩擦腐食実験をより深く理解するために、接触面の詳細な顕微鏡観察と分析研究が補完されます。
高温下では、温度と摺動摩耗時の摩擦作用の組み合わせにより酸化物がより速やかに生成され、「釉薬」と呼ばれる耐摩耗性に優れた酸化皮膜が形成される可能性がある。このような状況下では、摩擦腐食を有益な形で利用できる可能性がある。
侵食腐食は、衝突する液体、スラリーによる摩耗、高速で流れる液体や気体中に懸濁した粒子、気泡や液滴、キャビテーションなどによる機械的作用によって材料表面が劣化する現象である[ 9 ]。そのメカニズムは次のように説明できる。
侵食腐食のメカニズム、影響を受ける材料、および発生条件は、一般的に流動促進腐食とは異なりますが、後者は侵食腐食のサブタイプとして分類されることもあります。