В работе представлены результаты комплексных исследований структурно-фазового состояния, физико-механических и трибологических свойств наноструктурированных титана и циркония при ионно-лучевой и микродуговой обработках. Показано, что низкотемпературное ионно-лучевое азотирование титана и циркония существенно (в 25-35 раз) увеличивает износостойкость его поверхностного слоя и на 40% понижает коэффициент трения при фрикционном сопряжении. Микродуговое оксидирование титана в растворе ортофосфорной кислоты, гидроксилапатита и карбоната кальция позволяет создавать кальций-фосфатные покрытия с высокими физико-механическими свойствами. Трибологические испытания в режиме сухого трения и в изотоническом растворе хлорида натрия показали, что биокомпозиционный материал на основе наноструктурированного титана и кальций-фосфатного покрытия демонстрирует достаточно высокий коэффициент трения 0,4-1,0 в процессе фрикционного взаимодействия с сверхвысокомолекуляярным полиэтиленом и костной тканью. Существенное повышение триботехнических свойств наноструктурированных циркония и титана с модифицированными поверхностными слоями делает эти материалы весьма перспективными для применения в медицине и технике.

Представлены вольт-амперные характеристики скользящего контакта металлических композитов по стали 45 без смазки. Показано, что композиты на стальной основе способны увеличить площадь фактического электроконтакта за счет появления электроразрядов, которые обеспечивают основное протекание тока плотностью до 300 А/cm2. Композиты на основе меди не способны реализовать электроразрядную проводимость вследствие разрушения материала зоны контакта при плотности тока выше 50 А/cm2. Предложен расчет удельного электросопротивления контактирующего слоя металлических композитов. Установлено, что при трении с большой плотностью тока удельное электросопротивление контактирующего слоя приближается к значениям удельного электросопротивления графита. Экспериментально показана принципиальная возможность увеличения площади физического электроконтакта путем введения расплава Pb-Sn в зону трения и достижения плотности тока в контакте выше 300 А/cm2.

Приведены результаты триботехнических испытаний твердого сплава WC-сталь Гадфильда при нагрузке 550 Н и скоростях скольжения 0,65-2,8 м/с в паре с контртелом из инструментальной стали, а также исследования микроструктуры поверхностных слоев твердосплавных образцов. Показано, что в зависимости от скорости скольжения в паре трения "палец-диск" происходит изменение фазового состава поверхностных слоев и топографии поверхности трения.

Проведено исследование прочностных и триботехнических свойств порошковых композитов с матрицей из подшипниковой стали и разным содержанием карбида кремния. рассмотрено влияние химического состава на параметр решетки матрицы и микроструктуру спеченного материала. на основании экспериментальных данных установлены зависимости механических и фрикционных свойств от состава и температуры спекания. Показана перспективность использования данных композитов в качестве фрикционных материалов.

Методом Оже-спектроскопии определен элементный состав поверхности трения металлических композитов, содержащих 10% (об.) графита. Установлено, что после трения без смазки содержание углерода и кислорода в поверхностном слое достигает 40-80% (ат.) и 5-40% (ат.) соответственно. показано, что простой элементный состав структурных составляющих композитов приводит к более высокой износостойкости.

Показано влияние расплава Pb-Sn в контактном пространстве на характеристики скользящего контакта металлических грфитосодержащих композитов. Исследовано распределение химических элементов в поверхностном слое металлических композитов после трения с токосъемом в присутствии расплава Pb-Sn.

Получены зависимости электропроводности контакта и интенсивности изнашивания металлических материалов от плотности электрического тока в условиях трения скольжения. Установлено, что легирование основы материала приводит к ускорению разрушения поверхности трения. Методом оже-спектрометрии определено присутствие кислорода около 40 ат. % в поверхностном слое. Методом рентгенографии показано, что в поверхностном слое формируется оксид FeO, который способствует увеличению электропроводности контакта.

Проведено системное структурное исследование механизмов деформации и формирования частиц износа на поверхностях трения металлических материалов. Выявлена иерархия структурно-масштабных уровней пластической деформации и разрушения при изнашивании материалов. Ведущим в иерархической самоорганизации многоуровневых процессов формирования частиц износа является наномасштабный уровень, где в зонах локальной кривизны кристаллической решетки возникают межузельные бифуркационные структурные состояния, развиваются пластическая дисторсия и механизмы движения неравновесных точечных дефектов, определяющие нелинейную динамику структурообразования и процесса изнашивания поверхностных слоев. Неравновесные вакансии в узлах решетки в условиях пластической дисторсии формируют механизмом коалесценции микропористость, которая является прекурсором пластических сдвигов мезо- и макромасштабов, определяющих образование частиц износа.

A comprehensive structural study has been performed to explore deformation and wear debris formation on friction surfaces of metallic materials. A hierarchy of structural scales of plastic deformation and failure during wear has been established. The nanoscale plays the major role in the hierarchical self-organization of multiscale debris formation processes. On this scale, bifurcational interstitial states arise in zones of local lattice curvature, with plastic distortion and motion of nonequilibrium point defects which determine the nonlinear dynamics of structure formation and wear of surface layers. Nonequilibrium vacancies on lattice sites form microporosity through the coalescence mechanism under plastic distortion. The microporosity is a precursor of meso- and macroscale plastic shearing that defines wear debris formation.