Процесс изнашивания рассматривается как стохастический процесс, протекающий в поверхностных слоях контактирующих тел и включающий выкрашивание микрочастиц, их стохастический транспорт, а также процессы наносварки. Результаты исследования позволяют идентифицировать параметры макроскопической модели на основе моделирования процессов на наноуровне и тем самым осуществить переход от нано- к макроуровню.

Представлены вольтамперные характеристики контактов металлических композитов, скользящих по стальному контртелу в присутствии расплава Pb-Sn в контактном пространстве. Показано увеличение электропроводности контакта при введении расплава в зону трения. Предложен расчет электропроводности фактического контакта в присутствии расплава и площади, занимаемой расплавом. Установлено, что электропроводность непосредственного контакта увеличивает электропроводность контакта композит-сталь более эффективно, чем площадь, занимаемая расплавом.

Монография посвящена физико-химическим основам синтеза пористых керамометаллов (керметов): Al2O3/Al, Me/Al2O3/Al, MeOx/Al2O3/Al и керамических композитов на их основе, получаемых при гидротермальном окислении порошкообразного алюминия с последующей термообработкой на воздухе. Содержание монографии включает как детальное описание всех стадий синтеза, так и основные свойства композитов (механические, текстурные. теплофизические и каталитические). При анализе результатов особое внимание уделено взаимосвязи параметров синтеза со свойствами получаемых керметов. Получен ряд кинетических и балансовых уравнений, а также корреляций, позволяющих прогнозировать свойства композитных материалов. Монография не имеет аналогов в Российской Федерации и за рубежом, основана преимущественно на результатах исследований авторского коллектива за последние 15 лет. Книга отчасти носит справочный характер, поскольку здесь представлены обобщающие таблицы, диаграммы, графики, а также имеет свойства учебного пособия, полезного для специалистов в области приготовления пористых материалов, технологов, студентов и аспирантов химико-технологических специальностей.

Проведены экспериментальные исследования структуры поверхностных слоев и частиц износа металломатричных композитов WC-(Fe-Mn-C) со структурно-неусточивой связкой после скольжения по стальному диску в диапазоне скоростей от 1 до 37 м/с при приложенном давлении 5 МПа.

В сборнике публикуются результаты исследования полимерных материалов в условиях низких температур, изменений свойств полимеров в холодном климате. Приведены данные по исследованию трения, износа и абразивного разрушения поверхности пластмасс. Изложены методики испытаний и опыт использования полимеров в узлах машин, расчеты деталей машин с учетом термо-вязко-упругости. Нашил отражение вопросы, связанные с разработкой и использованием новых морозостойких эластомеров.

Исследованы механические свойства керамики ZrO2-3 вес. % MgO в зависимости от количественного фазового состава. Показано, что. уровень механических свойств керамики обусловлен количеством моноклинной фазы, содержащейся в материале. Обнаружено, что помимо, механизма трансформационного превращения, полученная керамика упрочнена микротрещинами. Также изучены триботехнические свойства керамик ZrO2=3 вес.% MgO, упрочненной микротрещинами и мартенситным превращением в условиях сухого трения по стали. Обсуждаются факторы, влияющие на поведение такой керамики при трении и износе.

Исследованы износостойкость армко-железа и стали 45 после имплантации различными ионами. Показано, что изменение акустических свойств трибосистемы а счет демпфирования объемных акустических колебаний и подавление поверхностных акустических колебаний за счет ионной имплантации приводит к повышению износостойкости материала. Влияние акустических колебаний, генерируемых при трении, на изнашивание материалов трибосистем по своему характеру подобно дополнительной "эффективной" нагрузке.

Представлены результаты сравнительного исследования поведения при трении и износе образцов титанового сплава ВТ6, подвергнутых наноструктурированию поверхностного слоя и последующей химико-термической обработке. Показано, что подобная комплексная обработка позволяет увеличить микротвердость приповерхностного слоя с 3.8 до 4.8...5.6 ГПа, а также существенно повысить износостойкость. Влияние предварительного наноструктурирования поверхностного слоя приводит при последующей химико-термической обработке к увеличению толщины поверхностно упрочненного слоя с повышенной микротвердостью до 50...150 мкм по сравнению с образцами, не подвергавшимися предварительной обработке.

Исследовано влияние нанокомпозитных покрытий на основе Fe–Cr–Ni–N, нанесенных на образцы из высокопрочной стали 38ХН3МФА с помощью магнетронного напыления при разном парциальном давлении азота в условиях ионной бомбардировки и нагрева подложки на износостойкость и нанотвердость металлического компонента при работе в паре трения «сталь 38ХН3МФА –полиамид ПА-66». На основании анализа фазового состава, параметра решеток, среднего размера зерен, определенных рентгеноструктурным методом, обсуждается взаимосвязь свойств покрытий с их структурно-фазовым состоянием.

В работе изучены структуры на поверхности трения керамики Y-TZP после трения ее по стали. Показано, что с увеличением скорости скольжения от 0.2 до 11 м/с происходит смена механизмов износа керамики от абразивного, контролируемого мартенситным превращением, до адгезионного, который, в свою очередь, сменяется износом в режиме трения с граничной квазижидкой смазкой. Одновременно с увеличением скорости скольжения происходит количественное изменение параметров структур в приповерхностных слоях, в частности, уменьшается масштаб пространственной сетки трещин, индуцированной трением.??.

Исследованы количественные параметры структур, возникающих на поверхности, и износостойкость керамики ZrO2-Y2O3 после трения по стальному диску. Показано, что на поверхностях трения керамики формируются квазипериодические трещины и образуется слой переноса. Обнаружено, что интенсивность изнашивания коррелирует с расстоянием между трещинами вдоль направления скольжения и количеством элементов стального контртела на поверхности керамики.

Работа посвящена изучению влияния поверхностного и объемного модифицирования структуры титана ВТ1-0 на его триботехнические свойства. Определены оптимальные режимы обработки титана пучком электронов (длительность импульса пучка электронов 50 мкс, количество импульсов 3, плотность энергии пучка электронов 25 Дж/см2 для крупнозернистого и 20 Дж/см2 для ультрамелкозернистого титана), приводящие к снижению изнашивания материала при трении в несколько раз. Исследована морфология поверхности трения, обнаружены вторичные структуры в виде островков, а также бороздчатая структура со следами схватывания. Предполагается, что в процессе трения происходит самоорганизация устойчивых вторичных структур, обеспечивающих кратное повышение износостойкости технически чистого титана ВТ1-0.

Изучены трибологические аспекты наноструктурирующего выглаживания стальных поверхностей деформирующим индентором, связанные с обоснованием выбора материала индентора и смазочно-охлаждающей технологической среды по критериям величины коэффициента трения в контакте «индентор - обрабатываемая деталь» и отсутствия признаков адгезионного схватывания и усталостных микротрещин, а также с установлением эффективности применения наноструктурирующего выглаживания для улучшения трибологических свойств сталей. Показаны перспективы использования инденторов из синтетического алмаза и плотного нитрида бора при реализации наноструктурирующего выглаживания коррозионностойкой стали 20X13 и цементированной стали 20Х. Установлено повышение наноструктурирующим выглаживанием сопротивления конструкционных сталей изнашиванию в условиях абразивного воздействия и трения скольжения в различных средах (смазка, вода, воздух, аргон) за счет ограничения процессов микрорезания, пластического оттеснения, усталостно-окислительного изнашивания и адгезионного схватывания.

The paper studies tribological aspects of nanostructuring burnishing of steels. The efficiency of the process in improving the tribological properties of steels is assessed as regards the choice of an indenter material and lubricant-coolant reasoning from the friction coefficient at the “indenter-treated part” contact and from the absence of adhesive bond and fatigue microcracks. It is shown that synthetic diamond and dense boron nitride are promising indenter materials for nanostructuring burnishing of corrosion-resistant 20X13 steel and cement 20X steel. It is demonstrated that nanostructuring burnishing increases the wear resistance of structural steels under abrasive action and sliding friction in different media (lubricant, water, air, and argon) due to suppressed processes of microcutting, plastic edging, fatigue and oxidation wear, and adhesive bonding.

Изучено разрушение вольфрамо-медных функциональных градиентных материалов с V-образным надрезом с отверстием в вершине при нагружении типа I. Проведена оценка разрушающей нагрузки с использованием усредненной плотности энергии деформации в заданном контрольном объеме. В рамках численного подхода определена внешняя граница контрольного объема. Изменение механических свойств (модуль упругости, коэффициент Пуассона, вязкость разрушения К Iс., предел прочности при растяжении) по ширине образца представлено в виде степенной функции.

Исследована морфология и структура цинк- и медьсодержащих кальцийфосфатных покрытий, нанесенных методом микродугового оксидирования при различном напряжении на подложки из чистого титана и низкомодульного сплава Ti-40 масс.% Nb. Морфология микродуговых покрытий на обеих подложках представлена сфероидальными образованиями размером 8-42 мкм и порами размером 1-15 мкм. С повышением напряжения при осаждении покрытий от 200 до 300 В эти структурные элементы увеличиваются в размерах и частично разрушаются. Обнаружено, что при повышении напряжения поверхностная пористость микродуговых покрытий линейно возрастает от 14 до 24%. Установлено, что эффективные коэффициенты диффузии модельной биологической жидкости в пористых покрытиях изменяются от 0,85*10 в степени -10 до 9,0*10 в степени -10 м2/с. С увеличением размеров структурных элементов эффективный коэффициент диффузии модельной биологической жидкости в микродуговых покрытиях на титане увеличивается, а на сплаве Ti-40 масс.% Nb — уменьшается, что связано с увеличением доли кристаллической фазы.

Приведены результаты исследования структуры поверхностей трения и триботехнических характеристик композиционного материала WC-сталь 110Г13 после трения по стальному диску в диапазонах скоростей скольжения от 0.65 до 40 m/s при давлении 2 МРа. Обнаружена область катастрофического изнашивания в диапазоне скоростей скольжения 23-30 m/s, после которой следует установившийся износ при скоростях скольжения выше 30 m/s. Показано, что резкое увеличение скорости изнашивания (в 4 раза) в диапазоне скоростей скольжения 23-30 m/s связано со сменой механизмов изнашивания. Установлен факт присутствия вблизи поверхности трения WC-сталь 110Г13 трех слоев, различающихся друг от друга по структуре и свойствам.

Определены вольтамперная характеристика, интенсивность изнашивания и шероховатость поверхности трения спеченных модельных композитов состава медь-графит-сталь ШХ15. Показано, что композиты, содержащие менее 10% и более 50% Cu, формируют зону трения с низкими электропроводностью и износостойкостью. Композиты, содержащие 15-20% Cu, формируют зону трения с относительно высокими электропроводностью и износостойкостью. Максимальные значения параметров шероховатости (Ra=2,98 мкм и Rz=24,5 мкм) реализуются на поверхности трения материала, содержащего 50% Cu.

Приведены результаты исследования структуры поверхностей трения и триботехнических характеристик двух композиционных материалов WC-(Fe-Mn-C), отличающихся структурно-фазовым состоянием связки, после скольжения по стальному диску в диапазоне скоростей от 1 до 4 м/с при контактном давлении 5 МПа. Показано, что при низких скоростях (1м/с) интенсивность изнашивания материала с гетерофазным строением связки, содержащей мелкокристалличные зерна аустенита и значительную долю мартенсита закалки в исходном состоянии, в 3,5 раза выше, чем интенсивность изнашивания композита с аустенитной связкой. С ростом скорости до 4 м/с износостойкости этих двух материалов становятся близкими, а затем приблизительно равными. В процессе трения при всех скоростях скольжения связка обоих композитов претерпевает y-a превращение, степень и глубина которого растут с увеличением скорости.

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.

Представлены результаты исследования структуры поверхностей трения и триботехнических характеристик композитов WC-(Fe-Mn-C) после скольжения по стальному диску в диапазоне скоростей от 1 до 37 м/с и приложенного давления 5 МПа. Установлено, что композит WC-80Г4, имеющий в составе 4 вес. % Mn, более износостоек при малых и высоких скоростях скольжения по сравнению с WC-80Г20, имеющим в составе 20 вес. % Mn. Показано, что этому способствует наличие в связке композита WC-80Г4 метастабильного аустенита и ее двухфазный состав.

Показано, что при трении композита WC-сталь Гадфильда по стали в диапазоне скоростей скольжения до 37 м/с при давлении 2 МПа происходит изменение структуры приповерхностных областей. При этом при скоростях до 20 м/с состав поверхности трения не отличается от исходного композита, а после скоростей скольжения выше 20 м/с возникающие при трении трибослои обогащены железом и содержат в своем составе оксид Fe3WO4. При давлении 4 МПа в диапазоне скоростей скольжения 15-37 м/с, вследствие разогрева поверхности трения композита, происходит образование "козырьков", состоящих из деформированного композита и трибослоев.

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.

Исследованы ассоциация молекул трифенилметановых красителей в твердой полимерной матрице поли-N-эпоксипропилкарбазола и влияние ассоциации на сенсибилизирующие свойства красителей. Показано, что образование ассоциатов ионных пар трифенилметановых красителей может являться одной из причин снижения сенсибилизирующей активности красителей относительно поли-N-эпоксипропилкарбазола. Установлено, что скорость образования ассоциатов в значительной степени зависит от вида аниона катионного красителя.

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.

Образцы порошковой стали ШХ15, восстановленной из шлифовального шлама подшипникового производства, были спечены в графитовом контейнере на воздухе после предварительного прессования при давлениях 1-N300 МПа. Показано, что пористость и удельное электрическое сопротивление спечённых продуктов уменьшались при увеличении давления предварительного прессования. Спечённые продукты имели заданную пористость более 50%. Механические свойства спечённых образцов (твердость и предел прочности при изгибе) увеличивались при увеличении давления предварительного прессования. Было обнаружено, что образцы имели низкую пластичность и высокую твердость (до 0,9 ГПа). Предположено, что высокая твердость при высокой пористости обусловлена образованием цементита и оксидов железа в пористом стальном каркасе в процессе спекания. Это предположение подтверждается также высоким удельным электросопротивлением (выше 100 мкОм*м) спечённых образцов. Сухое скольжение спечённой стали не вызывало заметного разрушения поверхности трения медного контртела, т.к. изнашивалась сама сталь. Интенсивность сухого изнашивания спечённых образцов увеличивалась до очень высоких значений (до 50 мкм/км) при увеличении контактной плотности тока до 30 А/см2. Отмечено, что интенсивность сухого изнашивания незначительно уменьшалась при увеличении давления предварительного прессования. Пропитка стального каркаса маслом И-20 позволяла осуществлять граничное трение аналогично самосмазывающемуся подшипнику. Интенсивность изнашивания образцов после пропитки заметно ниже интенсивности изнашивания этих же образцов до пропитки. Кроме того, наблюдалось увеличение допустимой контактной плотности тока до значений 100 А/см2. Увеличение давления предварительного прессования приводило к некоторому уменьшению интенсивности изнашивания. Изменение вязкости смазки не приводило к заметному изменению интенсивности изнашивания. Но увеличение вязкости смазки вызывало уменьшение электропроводности контакта. Характеристики такого скользящего контакта под воздействием электрического тока контактной плотности более 50 А/см2 сравнимы с характеристиками известного токосъёмного композита марки ИЛГТ. Отмечена необходимость корректировать предложенный способ спекания и находить технологические приемы, улучшающие свойства токосъёмного материала типа самосмазывающийся подшипник.

Исследовано влияние контактного трения на форму образцов из алюминиевого сплава и распределение деформации в материале при равноканальной угловой экструзии. Было показано, что смазочный материал эффективно снижает общее усилие прессования, но характер пластического течения материала остается неоднородным, поскольку обусловлен конструкционными особенностями прессового инструмент, используемого при реализации данного способа экструзии.

Исследованы особенности уплотнения с помощью экструзии порошков сплава Al-40Sn. Прессование проводили в температурном интервале 25-230 гр.С с коэффициентом обжатия 4,5. Исследование структуры по длине образца, включая пресс-остаток, показало, что основное ее изменение происходит на стадиях формования заготовки и нахождения последней в рабочем канале пресс-формы для экструзии. Под влиянием действующих в это время давлений образуется новый композиционный материал, состоящий из алюминиевых частиц, диспергированных в непрерывную мягкую оловянную матрицу. При продавливании такого материала через фильеру прослойки олова выполняют функции межчастичной смазки, облегчающей взаимное смещение частиц алюминия, которые в результате мало деформируются. Как следствие, оксидные пленки на частицах алюминия сохраняются и препятствуют установлению прочных межфазных границ. Экструдированный материал содержит трещины по границам фаз и демонстрирует низкую пластичность.

Известно влияние условий взаимодействия полимерной матрицы и дисперсного или волокнистого наполнителя на макромеханические характеристики полимерного композитного материала (ПКМ). В настоящей работе детально исследовано перераспределение напряжений в окрестности дисперсного включения в зависимости от деформационных свойств межфазного слоя.

Методом магнетронного осаждения получены нанокомпозитные покрытия на основе аморфного углерода, легированного титаном, никелем и хромом. Методами просвечивающей и растровой электронной микроскопии, рентгеноструктурного фазового анализа исследованы особенности микроструктуры и фазового состава указанных покрытий. Показано, что структура покрытий представлена наноразмерными частицами TiC и NiCr, находящимися в аморфной углеродной матрице. Рассматриваемые покрытия на подложке из титанового сплава повышают микротвердость в ~7 раз (до 14 ГПа) и снижают более чем в 2 раза (до мю0.2) коэффициент трения. Обсуждаются физические причины повышения твердости и снижения коэффициента трения, а также перспективы модифицирования фазового состава нанокомпозитных покрытий на основе аморфного углерода и возможности использования полученных покрытий на изделиях из титановых сплавов.

Изложены теория и практика производства износостойких сплавов и композиционных материалов. Проанализированы металлургические и технологические способы повышения износостойкости белых чугунов, графитизированных сплавов, фрикционных чугунов, антифрикционных материалов, высокопрочных композиционных материалов, сложнолегированных и аморфных сплавов. Определены оптимальные режимы обработки расплавов и отливок для получения заданных параметров физико-механических, технологических и эксплуатационных свойств. Рассмотрены вопросы влияния технологии получения, химического состава и структуры износостойких сплавов и композиций на характеристики статической и динамической прочности и эксплуатационные свойства. Отражены практические результаты создания и использования ряда комплексно-легированных сплавов и композиционных материалов, оценены области их применения. Для инженерно-технических работников, аспирантов, студентов, специализирующихся в области материаловедения, литейного производства и технологии конструкционных материалов. Может быть полезна конструкторам и специалистам в области создания новых конструкционных и инструментальных триботехнических материалов.

Shock fracture mechanisms of different scales were investigated on epoxy composite materials reinforced with silicon carbide microparticles of different concentrations. It is shown that the high heterogeneity of the epoxy composites at different structural scales is one of the factors responsible for their physical and mechanical properties. Under dynamic loading, the material reveals a developed structural scale hierarchy which provides self-consistent deformation and fracture of the material bulk with the lead of rotational deformation modes. As a result, microcracks develop due to low shear strain limited in addition by reinforcing particles. At the start of a main crack, microscale mechanisms dominate, whereas the propagation of its front is governed by macroscale fracture mechanisms.

В работе предлагается подход к определению эффективных теплофизических величин для дисперсно-наполненного композитного материала. Этот подход во многом аналогичен способу определения деформационно-прочностных характеристик для таких материалов. В том и другом случае решается задача о детальном распределении параметров состояния в расчетной области (по неоднородной среде, моделирующей композит). В случае теплофизических характеристик это распределение температуры, в случае деформационно-прочностных — распределение параметров напряженно-деформированного состояния: перемещений, деформаций и напряжений. Далее проводятся процедуры осреднения, которые сами по себе могут быть различными, а сопоставление осредненных по неоднородной расчетной области параметров с аналогичными данными для условно однородной среды позволяет оценить так называемые эффективные характеристики. Отмечается, что вычисление коэффициента теплопроводности по теории смесей приводит к большим погрешностям.

Осуществлен скользящий электроконтакт композитов, содержащих карбид титана или нержавеющую сталь, или свинец, при плотности тока выше 100 А/см2 без смазки. Получены вольтамперные характеристики контакта этих композитов. Установлено, что интенсивность изнашивания и электропроводность контакта увеличиваются при увеличении тока электроразрядов до начала режима катастрофического изнашивания. Показано, что электропроводность контакта уменьшается при катастрофическом изнашивании, но плотность тока на пятнах фактического контакта увеличивается.

Метод рентгеноструктурного анализа с использованием асимметричной схемы отражения развит до получения одномерных распределений структурно-чувствительных физических величин по глубине. Из получаемого в эксперименте набора усредненных величин по различным толщинам эффективно отражающего слоя, методика позволяет восстанавливать координатную зависимость этих величин. Методика может быть полезна при изучении физической и химической неоднородностей в поверхностном слое материала, создаваемых закалкой, различными видами поверхностного облучения, поверхностным легированием, наплавкой, нанесением пленок и т. д. В работе она применена для получения распределений по глубине нормальной и касательной микродеформаций, связанных с напряжениями 1-го рода, в подвергнутых электронному облучению образцах никелида титана с плоской поверхностью.

Рассмотрена возможность сенсибилизации N,N-дифенилгидразонов на основе карбазола металлокомплексами длинноволновых пирилиевых красителей.

Проведена модификация поверхности полимерных волокон DRE-плазмой. Установлено, что DRE- обработка приводит к повышению смачиваемости и адгезионных характеристик поверхности полимерных волокон. Показана возможность использования полипропиленовых волокнистых материалов в качестве подложки для закрепления частиц оксигидроксида алюминия.