Исследованы износостойкость, коэффициент трения и структура поверхностей трения субмикрокристаллического композита Y-TZP-Al2O3 после трибологических испытаний в паре со стальным диском при давлении 5 МПа в диапазоне скоростей скольжения от 1 до 20 м/с. Показано, что, начиная с 2 м/с поверхность трения покрывается сеткой трещин, которая разбивает поверхность на блоки. При этом в случае максимального износа при скорости скольжения 5 м/с внутри таких блоков образуются участки выкрашивания. На поверхности трения композита методом рентгеноструктурного анализа зафиксирована инверсия (относительно исходного состояния) интенсивностей пиков тетрагональной фазы со случайной ориентацией кристаллической решетки. Степень подобной инверсии увеличивалась с ростом скорости скольжения. Полученные результаты обсуждены в терминах влияния на износ Y-TZP-Al2O3 процессов переориентации механических двойников тетрагональной фазы без участия мартенситного превращения и образующейся квазижидкой пленки.

Проведено рентгенографическое исследование поверхности трансформационно-упрочненной керамики Y-TZP после трения без смазочного материала по стали в широком диапазоне скоростей (0,2-11,1 м/с). Выявлены основные тенденции изменения отношения интенсивностей I(002)/ I(200) линий тетрагональной фазы ZrO2 в зависимости от скорости скольжения и от размера зерна керамики. Обсуждены механизмы, ответственные за переориентацию решетки при разных скоростях скольжения.

С целью разработки биосовместимых антифрикционных композитов на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ) в первой части работы определены механические и триботехнические характеристики гибридной полимерной матрицы в виде смеси СВМПЭ с политетрафторэтиленом (ПТФЭ) в условиях сухого трения, граничной смазки и абразивного износа. Показано, что интенсивность изнашивания указанного материала в условиях сухого трения скольжения снижается более, чем вдвое в сравнении с чистым СВМПЭ. При этом механические характеристики изменяются несущественно. В условиях граничной смазки (дистиллированная вода) износостойкость матричного материала близка к таковой при сухом трении скольжения. В условиях абразивного изнашивания износостойкость композиций мало отличается от износостойкости исходного СВМПЭ. Обсуждаются механизмы изнашивания полимерной смеси СВМПЭ—ПТФЭ в условиях сухого трения скольжения и абразивного изнашивания.??.

С целью разработки экструдируемых антифрикционных материалов исследованы механические и триботехнические (в условиях сухого трения, граничной смазки и абразивного износа) свойства нано- и микрокомпозитов на гибридной матрице (сверхвысокомолекулярный полиэтилен (СВМПЭ) и политетрафторэтилен (ПТФЭ)). В условиях сухого трения скольжения применение матрицы СВМПЭ + 10 вес.% ПТФЭ снижает интенсивность изнашивания нано- и микрокомпозитов на 10—30% при значительном уменьшении механических характеристик микрокомпозитов и несущественном — нанокомпозитов. При граничной смазке дистиллированной водой влияние дисперсности наполнителей на износостойкость аналогично. При абразивном изнашивании износостойкость микрокомпозитов существенно выше, чем у матрицы СВМПЭ + 10 вес.% ПТФЭ, а введение в эту матрицу нанонаполнителей незначительно влияет на её износостойкость. Методами растровой электронной микроскопии, дифференциальной сканирующей калориметрии и оптической микроскопии исследованы надмолекулярная структура, степень кристалличности и топография поверхностей изнашивания разработанных материалов, обсуждаются механизмы их изнашивания в условиях сухого трения скольжения и абразивного изнашивания.

Исследовано поведение алюминия при сухом трении по стальному диску. Обнаружено, что в ходе их фрикционного контакта в отсутствие жидкой смазки происходит сильное взаимное изнашивание поверхностей контртел. С увеличением прикладываемого давления интенсивность изнашивания пары возрастала, а величина коэффициента трения убывала. Исследование структуры приповерхностных слоев алюминиевых образцов показало, что большой вклад в величину их износа вносит развиваемая здесь деформация.

Методами спекл-интерферометрии, электронной. оптической и атомно-силовой микроскопии исследованы структура и закономерности деформирования поверхностных слоев металлов и сплавов при трении. Проанализированы причины локализации деформации. Предлагается объяснение высокой износостойкости стали Гадфильда на основе данных об эволюции структуры поверхностного слоя.

Исследованы структуры поверхностей трения образцов твердого сплава (композита) WC-сталь Гадфильда после их трибологических испытаний в паре со стальным диском. Установлен факт присутствия на поверхности трения композита после скоростей скольжения 10 м/с белого нетравящегося слоя. Методами оптической и растровой электронной микроскопии, рентгеноструктурного и микрорентгеноспектрального анализа показано, что "белый слой" имеет сильнодеформированную нанокристаллическую структуру с повышенной твердостью и составом, близким к составу объема композита.

Изучены процессы изнашивания керамики на основе тетрагонального диоксида циркония, частично стабилизированного оксидом иттрия (Y-TZP), при высокоскоростном скольжении по стали без смазочного материала. Испытания проводились по схеме палец-диск до скоростей скольжения 47 м/с. Показано, что в процессе испытаний на изнашивание на поверхности керамических материалов Y-TZP и Y-TZP-Al2O3 возникают трибослои сложного состава, которые являются причиной немонотонного изменения интенсивности изнашивания. На первой стадии при увеличении скорости скольжения (от 0,1 до 4 м/с) имеет место смена типа изнашивания от нормального к катастрофическому с высокой интенсивностью изнашивания. На второй стадии (в диапазоне скоростей от 6 до 47 м/с) интенсивность изнашивания уменьшается практически до начальных значений, характерных для малых скоростей скольжения (0,1 м/с). В этом диапазоне скоростей имеет место практически безысносное трение керамик Y-TZP и Y-TZP-Al2O3.

Исследованы триботехнические характеристики композиций СВМПЭ с графитом и дисульфидом молибдена в условиях сухого трения, граничной смазки и абразивного износа. Показано, что интенсивность изнашивания полимерных композиций “СВМПЭ—графит” и “СВМПЭ—MoS2” в условиях сухого трения скольжения снижается в два раза по сравнению с чистым СВМПЭ. При этом механические характеристики изменяются незначительно. В условиях абразивного изнашивания износостойкость указанных композитов увеличивается в 1,3—1,5 раза. Определены оптимальные содержания наполнителей с точки зрения повышения сопротивления изнашиванию. Исследованы надмолекулярная структура и топография поверхностей износа композиций СВМПЭ с различным содержанием наполнителей. Проведен сравнительный анализ износостойкости композитов в режимах сухого трения и смазки. Обсуждаются механизмы износа полимерных композиций СВМПЭ—графит и СВМПЭ—MoS2 в условиях сухого трения скольжения и абразивного изнашивания.