Трибохимическая адаптация аддитивного-выращенного сплава «нержавеющая сталь–медь» в условиях трения без смазочного материала при прохождении электрического тока

Многокомпонентные сплавы из нержавеющей стали и меди (НС/Cu) получили с использованием двухпроволочной электронно-лучевой аддитивной технологии. Триботехнические испытания в условиях трения без смазочного материала по схеме «палец—диск» при скорости скольжения 5 м/с и контактном давлении (силе) 0,13 МПа (1,17 Н) проводили с пропусканием и без пропускания электрического тока на образцах, ориентированных нанесёнными слоями параллельно и перпендикулярно поверхностям трения. Получены возрастающие зависимости износа и падающие зависимости коэффициента трения от мощности электрического тока. Установлено, что при низкой электрической мощности до 40 Вт трение аналогично трению в условиях скольжения без смазки, которое характеризуется адгезионным изнашиванием и образованием слоя переноса материала. Пропускание электрического тока при мощности выше 40 Вт приводит к переходу от адгезионного механизма изнашивания с элементами трибоокисления к адгезионному с интенсивным переносом материала и с образованием гладких слоёв переноса, содержащих оксиды (шпинели). Полученные зависимости не имеют различий, связанных с ориентацией выращенных слоёв образца относительно поверхности трения. Сделан вывод, что образование шпинелей связано с механизмом трибохимической адаптации системы НС–Cu к условиям нагрузки. Результаты исследования могут быть использованы при разработке композитов на основе разнородных материалов для энергетического оборудования (подшипники тяжелонагруженных электрических машин) и электроники (теплоотводящие элементы с износостойким покрытием).

1. Osipovich K.S., Fadin V.V., Savchenko N.L., Chumaevskii A.V., Panfilov A.O., Moskvichev E.N., Gurianov D.A., Kolubaev E.A., and Tarasov S.Yu. Wear and Contact Conductivity of Multicomponent Copper/Stainless Steel Additively Manufactured Alloys in Unlubricated Sliding with Passing Electric Current // Wear. — 2026 (584–585), 206372

2. Wong P.K., Kwok C.T., Man H.C., and Guo D. Laser Fabrication of W-reinforced Cu Layers: II. Electrical Wear Behavior in Air and Synthetic Acid Rain // Materials Chemistry and Physics. — 2016 (177), 118—130

3. Cabrera M., Oropesa Y., Pablo Sanhueza J., Tuninetti V., and Onate A. Multicomponent Alloys Design and Mechanical Response: from High Entropy Alloys to Complex Concentrated Alloys // Materials Science and Engineering: R: Reports — 2024 (161), 100853

4. Kolubaev E.A., Rubtsov V.E., Chumaevskii A.V., and Astafurova E.G. Micro-, Meso- and Macrostructural Design of Bulk Metallic and Polymetallic Materials by Wire-Feed Electron-Beam Additive Manufacturing // Physical Mesomechanics. — 2022 (25), 479—491

5. Zhang Y., Zuo T.T., Tang Z., Gao M.C., Dahmen K.A., Liaw P.K., and Lu P. Microstructures and Properties of High-Entropy Alloys // Progress in Materials Science Series. — 2014 (61), 1—93

6. Surashe V.K., Mahale V., Keche A.P., Alange R.C., Aghav P.S., and Dorik R.G. Structural and Electrical Properties of Copper Ferrite (CuFe2O4) NPs // Journal of Physics: Conference Series. — 2020 (1644), 012025

7. Ling H. and Petric A. Electrical and Thermal Properties of Spinels // Proceed. Electrochem. Soc. — 2005 (2005-07), 1866—1873

8. Костецкий Б.И. Структурно-энергетическая приспосабливаемость материалов при трении // Трение и износ. — 1985 (6), № 2, 201—212

9. Kumar R. and Antonov M. Self-Lubricating Materials for Extreme Temperature Tribo-Applications // Materials Today: Proceedings. — 2020 (44), 4583—4589