пр-т Мира, 11, г. Омск 644050
Mira Avenue, 11, Omsk 644050
пр-т Мира, 11, г. Омск 644050
Mira Avenue, 11, Omsk 644050
пр-т Мира, 11, г. Омск 644050
Mira Avenue, 11, Omsk 644050
пр-т Мира, 11, г. Омск 644050
пр-т Карла Маркса, 15, г. Омск 644074
Mira Avenue, 11, Omsk 644050
Karl Marx Avenue, 15, Omsk 644074
Цель работы — повышение износостойкости и улучшение триботехнических характеристик металлополимерных композитов на основе ПТФЭ, наполненных наноразмерным ZrO2, путём оптимизации режимов спекания и выявления механизмов формирования плёнок переноса.
ПТФЭ-композиты с содержанием 8 мас. % ZrO2 получали методом холодного прессования (80 МПа) с последующим спеканием при 360 °С и выдержкой 20 мин и 9 мин на 1 мм сечения. Трибологические испытания проводили по схеме «палец–диск» в условиях трения без смазочного материала при скорости скольжения 0,75 м/с и нагрузке 2 МПа. Микроструктуру и элементный состав плёнок переноса изучали методами растровой электронной микроскопии и энергодисперсионной спектроскопии.
Установлено, что сокращение выдержки до 9 мин/мм снижает скорость изнашивания до 7,4 мг/ч (в 500 раз ниже ненаполненного ПТФЭ) и уменьшает коэффициент трения с 0,35 до 0,31. Длительная выдержка (20 мин/мм) вызывает остаточные термические напряжения и приводит к абразивному изнашиванию с образованием борозд шириной до 159 мкм. ЭДС-анализ стального контртела показал, что при режиме 9 мин/мм формируется более плотная и стабильная плёнка переноса с повышенным содержанием кислорода (6,43 % против 2,54 % при 20 мин/мм) и циркония (3,78 % против 3,03 %). Наночастицы ZrO2 обеспечивают направленный теплоотвод из зоны контакта, препятствуя термическому размягчению и пластической деформации полимерной матрицы. Оптимальный режим спекания (9 мин/мм) обеспечивает формирование прочной оксидно-металлической плёнки переноса, защищающей контртело от катастрофического износа. Рекомендуемый период приработки составляет около 6000 с.
The aim of the work is to increase the wear resistance and improve the tribotechnical characteristics of PTFE–based metal polymer composites filled with nanoscale ZrO2 by optimizing sintering conditions and identifying the mechanisms of transfer film formation.
PTFE composites with a content of 8 wt. % ZrO2 was obtained with cold pressing (80 MPa) followed by sintering at 360 °C and holding for 20 min and 9 min per 1 mm section. Tribological tests were carried out according to the “finger–disk” scheme under friction conditions without lubricant, at a sliding speed of
0.75 m/s and a load of 2 MPa. The microstructure and elemental composition of the transfer films were studied using scanning electron microscopy and energy-dispersive spectroscopy.
It was established the reducing the exposure time to 9 min/mm reduces the wear rate to 0.4 mg/h (500 times lower than that of unfilled PTFE) and decreases the friction coefficient from 0.35 to 0.11. Prolonged exposure (20 min/mm) causes residual thermal stresses and leads to abrasive wear with the formation of grooves up to 159 μm wide. EDS analysis of the steel counterbody showed that at a rate of 9 min/mm, a denser and more stable transfer film is formed, with an increased oxygen content (6.43 % versus 2.54 % at 20 min/mm) and zirconium content (3.78 % versus 0.03 %). ZrO2 nanoparticles provide directed heat dissipation from the contact zone, preventing thermal softening and plastic deformation of the polymer matrix. Optimal sintering conditions (9 min/mm) ensures the formation of a durable oxide-metallic transfer film that protects the counterbody from catastrophic wear. The recommended running-in period is about 6,000 s.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.