fwjТрение и и износTitle in english0000-00000000-0000AGU10.32864/0202-4977-2025-46-5-425-440fwj-90Research ArticleСтатьиВлияние смазочных сред на основе пентаэритритового тетраэфира на структуру и свойства бронзы в паре трения БрА5—Сталь 45Effect of Pentaerythrite Tetraether-Based Lubricants on the Structure and Properties of Bronze in the BrA5—Steel 45 Friction PairКуксеноваЛ. И.KuksenovaL. I.

М. Харитоньевский пер., д. 4, г. Москва 101000

M. Kharitonevsky Lane, 4, Moscow 101000

СавенкоВ. И.SavenkoV. I.

Ленинский пр., д. 31, корп. 4, г. Москва 119071

Leninsky Ave., 31, building 4, Moscow 119071

visavenko@rambler.ruИнститут машиноведения им. А.А. Благонравова РАНРоссияA.A. Blagonravov Institute of Machine Science of the Russian Academy of SciencesRussian FederationИнститут физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАНРоссияA.N. Frumkin Institute of Physical Chemistry and Electrochemistry of the Russian Academy of SciencesRussian Federation202529092026465425440Copyright © AGU, 20262026AGUAGUhttps://fwj.ejournal.by/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://fwj.ejournal.by/jour/article/view/90

Методами рентгеноструктурного, рентгенофазового и оптической металлографической микроскопии проведено исследование механизмов влияния смазочных композиций на основе дисперсионной среды — тетраэфира пентаэритрита С5–С9 (TЭПЭ С5–С9) с мыльными дисперсными фазами на структуру и физико-механические характеристики поверхностных слоёв бронзы БрА5 после её трения в паре со сталью Ст45. В качестве дисперсных фаз (загустителей) применяли концентрированные поверхностно-активные вещества (ПАВ): литиевое мыло 12-оксистеариновой кислоты (12-LioSt), кальциевое мыло 12-оксистеариновой кислоты (12-CaoSt), а также комплексное кальциевое мыло, включающее композицию солей 12-оксистеариновой и уксусной кислот (k-Ca). Показано, что после трения бронзы во всех смазочных композициях происходит альтернативное, в зависимости от состава композиции, изменение предела текучести поверхностного слоя образцов (эффекты Ребиндера и Роско). Появление в результате трибодеформации в этом слое внутренних остаточных мезонапряжений запускает механизм восходящей диффузии, вызывающий в материале концентрационное перераспределение компонентов, вплоть до полного удаления атомов легирующего элемента из его приповерхностного слоя (режим избирательный переноса). Показано, что изменения механических характеристик материала и его износостойкость зависят от коллоидно-химических показателей поверхностной и окислительной активности смазочной композиции, определяемых гидрофильно-липофильным балансом молекул её компонент. Так, введение в базовую среду TЭПЭ С5–С9 добавки 12-LioSt снижает скорость изнашивания бронзы в 1,3 раза, добавки k-Ca — в 6,5 раз, а введение добавки 12-CaoSt повышает эту скорость на 10 %.

Using X-ray structural, X-ray phase, and light metallographic microscopy, the mechanisms of the influence of lubricant compositions based on a dispersion medium — C5–C9 pentaerythritol ether (TEPE of the surface layers of BrA5 bronze after its friction with St45 steel were studied. Concentrated surfactants (surfactant-like agents) were used as dispersed phases (thickeners): lithium soap of 12-hydroxystearic acid (12-LioSt), calcium soap of 12-hydroxystearic acid (12-CaoSt), and complex calcium soap, which includes a composition of salts of 12-hydroxystearic and acetic acids (k-Ca). It has been shown that after friction of bronze, there is a variable change in the yield strength of the surface layer of the samples in all lubricant compositions (the Rebinder and Roscoe effects). The appearance of internal residual stresses in this layer as a result of tribo-deformation includes a mechanism of upward diffusion, which causes a concentration redistribution of components in the material, up to a complete cleaning of the subsurface layer from the atoms of the alloying element (selective transfer mode). It has been shown that the adaptive changes in the mechanical characteristics of the material (positive or negative) and its wear resistance depend on the colloidal-chemical indicators of the surface and oxidative activity of the lubricant composition (hydrophilic-lipophilic balance). Thus, adding 12-LioSt to the basic TEPE C5–C9 environment reduces the wear rate of bronze by 1.3 times, adding k-Ca reduces it by 6.5 times, and adding 12-CaoSt increases it by 10 %.

износантифрикционные материалысмазочные композицииповерхностно-активные веществаэффект Ребиндераwearantifriction materialslubricant compositionssurfactantsRehbinder effectReferencesЧихос Х. Системный анализ в трибонике. — М.: Мир. — 1982Chihos H. System Analysis in Tribonics. — Moscow: Mir. — 1982 (in Russian)Трибология: состояние и перспективы: сборник научных трудов в 4 т. / гл. ред. И.Г. Горячева, М.А. Броновец. — Уфа: РИК УГАТУ. — 2019. ISBN 978-5-4221-0874-9 // Т. 2: Смазка и смазочные материалы / ред. тома С.М. Захаров, И.А. Буяновский. — 2019. ISBN 978-5-4221-0875-6Tribology: State and Prospects: Collection of Scientific Papers in 4 Volumes / Edited by I.G. Goryacheva and M.A. Bronovets. — Ufa: RIC UGATU. — 2019. ISBN 978-5-4221-0874-9 // Vol.2: Lubrication and Lubricants / Edited by S.M. Zakharov and I.A. Buyanovsky. — 2019. ISBN 978-5-4221-0875-6 (in Russian)Adetunla D., Afolalu S., Jen T.C., and Ogundana A. The Roles of Surfactant in Tribology. Applications of Recent Technology: An Overview // ICMED-ICMPC 2023. E3S Web of Conferences. — 2023 (391), 01012. https://doi.org/10.1051/e3sconf/202339101012Adetunla D., Afolalu S., Jen T.C., and Ogundana A. The Roles of Surfactant in Tribology. Applications of Recent Technology: An Overview // ICMED-ICMPC 2023. E3S Web of Conferences. — 2023 (391), 01012. https://doi.org/10.1051/e3sconf/202339101012Gu H. and Hirayama T. Effect of surfactant Self-Assembly on Lubrication Performance in Oil-Based Systems: The Role of Reverse Micelles and Vesicles // Front. Mech. Eng. — 2025, no. 11, 1608716. DOI: 10.3389/fmech.2025.1608716Gu H. and Hirayama T. Effect of surfactant Self-Assembly on Lubrication Performance in Oil-Based Systems: The Role of Reverse Micelles and Vesicles // Front. Mech. Eng. — 2025, no. 11, 1608716. DOI: 10.3389/fmech.2025.1608716Kuksenova L.I. and Savenko V.I. Effect of Surface-Active Media on Contact Elastoplastic Deformations of Surface Layers of Metals and Their Tribological Characteristics // Russian Journal of Physical Chemistry A. — 2024 (98), no. 7, 1411—1424Kuksenova L.I. and Savenko V.I. Effect of Surface-Active Media on Contact Elastoplastic Deformations of Surface Layers of Metals and Their Tribological Characteristics // Russian Journal of Physical Chemistry A. — 2024 (98), no. 7, 1411—1424Барабаш В.М., Абиев Р.Ш., Кулов Н.Н. Обзор работ по теории и практике перемешивания // Теоретические основы химической технологии. — 2018 (52), № 4, 367—383Barabash V.M., Abiev R.Sh., Kulov N.N. Review of Works on the Theory and Practice of Mixing // Theoretical Foundations of Chemical Technology. — 2018 (52), no. 4, 367—383 (in Russian)Фукс Г.И. Добавки к пластичным смазкам. — М.: Химия. — 1982Fuchs G.I. Additives to Plastic Lubricants. — M.: Khimiya. — 1982 (in Russian)Kruglyakov P.M. Hydrophile-Lipophile Balance of Surfactants and Solid Particles. Physicochemical Aspects and Applications. — Elsevier Science BV. — 2000Kruglyakov P.M. Hydrophile-Lipophile Balance of Surfactants and Solid Particles. Physicochemical Aspects and Applications. — Elsevier Science BV. — 2000Ланге К.Р. Поверхностно-активные вещества. — СПб.: ЦОП Профессия. — 2004Lange K.R. Surfactants. — SPb.: COP Profession. — 2004 (in Russian)Петухов В.Ю., Гумаров Г.Г. Исследование поверхностных слоев твердых тел методом скользящего рентгеновского пучка. — Казань: КГУ. — 2009Petukhov V.Yu., Gumarov G.G. Research of surface layers of solids by the method of sliding X-ray beam. — Kazan: KSU. — 2009 (in Russian)Рыбакова Л.М., Куксенова Л.И. Структура и износостойкость металла. — М.: Машиностроение. — 1982Rybakova L.M., Kuksenova L.I. Structure and Wear Resistance of Metals. — M.: Mashinostroenie. — 1982 (in Russian)Малыгин Г.А. Механизм деформационного упрочнения и образования дислокационных структур в металлах при больших пластических деформациях // Физика твердого тела. — 2006 (48), № 4, 651—657Malygin G.A. Mechanism of Deformation Hardening and Formation of Dislocation Structures in Metals under Large Plastic Deformations // Solid State Physics. — 2006 (48), no. 4, 651—657 (in Russian)Суворов Э.В. Дифракционный структурный анализ. — М.: Юрайт. — 2023Suvorov E.V. Diffraction structural analysis. — M.: Yurayt. — 2023 (in Russian)Диаграммы состояния двойных металлических систем. Справочник в 3 томах / под общ. ред. Лякишева Н.П. — М.: Машиностроение. — 1996 (1)Diagrams of state of double metal systems. Handbook in 3 volumes / Under the general ed. Lyakishev N.P. — M.: Mechanical engineering. — 1996 (1) (in Russian)Савенко В.И. Щукин Е.Д. Новые приложения эффекта Ребиндера в трибологии // Трение и износ. — 1992 (13), № 6, 1095—1107Savenko V.I. and Shchukin E.D. New Applications of the Rehbinder Effect in Tribology // Friction and Wear. — 1992 (13), no. 6, 1095—1107Ping Y. Uphill Diffusion // in: The ECPH Encyclopedia of Mining and Metallurgy / Kuangdi X. (eds). — Singapore: Springer. — 2024, 2253—2255. https://doi.org/10.1007/978-981-99-2086-0_411Ping Y. Uphill Diffusion // in: The ECPH Encyclopedia of Mining and Metallurgy / Kuangdi X. (eds). — Singapore: Springer. — 2024, 2253—2255. https://doi.org/10.1007/978-981-99-2086-0_411Пинес Б.Я. Очерки по металлофизике. — Харьков: Из-во ХГУ. — 1961Pines B. Ya. Essays on Metallophysics. — Kharkiv: Kharkiv State University Press. — 1961 (in Russian)Kragelskii I.V., Dobychin M.N., and Kombalov V.S. Friction and Wear Calculation Methods. — Oxford: Pergamon Press. — 1982Kragelskii I.V., Dobychin M.N., and Kombalov V.S. Friction and Wear Calculation Methods. — Oxford: Pergamon Press. — 1982Русанов А.И., Щекин А.К. Мицеллообразование в растворах поверхностно-активных веществ. — СПб.: Лань. — 1922Rusanov A.I., Shchekin A.K. Mitsellobrazovanie in solutions of surfactants. — SPb.: Lan. — 1922 (in Russian)Русанов А.И. К термодинамике солюбилизации // Коллоидный журнал. — 2021 (83), № 1, 98—106Rusanov A.I. On the Thermodynamics of Solubilization // Colloid Journal. — 2021 (83), no. 1, 98—106 (in Russian)Buckley D.H. Surface Effects in Adhesion, Friction, Wear and Lubrication. — N.Y.: Elsevier Sci. Pub. — 1981Buckley D.H. Surface Effects in Adhesion, Friction, Wear and Lubrication. — N.Y.: Elsevier Sci. Pub. — 1981Тушинский Л.И., Потеряев Ю.П. Проблемы материаловедения в трибологии. — Новосибирск: НЭТИ. — 1991Tushinsky L.I., Poteryaev Yu.P. Problems of Materials Science in Tribology. — Novosibirsk: NETI. — 1991 (in Russian)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.