Эффект безызносности при поверхностном легировании стали висмутом

Работа посвящена анализу эффекта безызносности для углеродистых сталей, подвергнутых поверхностному легированию металлическим висмутом с применением технологии короткоимпульсного лазерного переплава. Трибологические исследования выполнены в сопряжении с промышленными металлическими сплавами — серый чугун СЧ-18, бронза БрАЖНМц 10-4-2, алюминиевый сплав АЖ1. В условиях граничной смазки легированная висмутом стальная поверхность в паре с анализируемыми сплавами характеризуется стабильно низкой величиной коэффициента трения в диапазоне от 0,04 до 0,08. Установлено, что высокая усталостная прочность поверхности алюминиевого сплава и отсутствие адгезии с легированной висмутом стальной поверхностью обеспечивают условия, реализующие эффект безызносности (нулевой износ) при скоростях трения до 9 м/с и нормальной нагрузке до 250 Н. Металлографический анализ и 3D профилометрия поверхностей трения выявили, что процесс самоорганизации зоны контакта носит атермический характер (без фрикционного нагрева) и определяется пластическим течением контактирующих поверхностей без их взаимного разрушения.

1. Goryacheva I.G. and Dobychin M.N. Results of the Development of the Molecular Mechanical Theory of Friction // Friction and Wear. — 2008 (29), no. 4, 327—337 (in Russian)

2. Гаркунов Д.Н. Триботехника (износ и безызносность): Учебник. – 4-е изд. — М.: Из-во МСХА. — 2001

3. Ahmatov A.S. Molecular Physics of Boundary Friction. — Publ. Israel Program for Scientific Translations: University of California. — 1966

4. Skorynina P.A., Makarov A.V., and Savrai R.A. Substantiating the Process Parameters of Frictional Treatment with a Sliding Indenter for an Austenitic Chromium-Nickel Steel. Tribology Letters. — 2024, (72):9. https://doi.org/10.1007/s11249-023-01816-2

5. Tomlinson G.A. A Molecular Theory of Friction // Phil. Mag. — 1929 (7), no. 7, 905—939

6. Kharanzhevskiy E.V., Ipatov A.G., Makarov A.V., and Gil’mutdinov F.Z. Towards Eliminating Friction and Wear in Plain Bearings Operating without Lubrication // Scientific Reports. — 2023 (13), 17362. https://doi.org/10.1038/s41598-023-44702-6

7. Kharanzhevskiy E.V., Ipatov A.G., Makarov A.V., Gil’mutdinov F.Z., Soboleva N.N., and Krivilyov M.D. Tribological Performance of Boron-Based Superhard Coatings Sliding Against Different Materials // Wear. — 2021 (477), 203835. https://doi.org/10.1016/j.wear.2021.203835

8. Pratt G.C. Materials for Plain Bearings // International Metallurgical Reviews. — 1973 (18), 62—88. https://doi.org/10.1179/imtlr.1973.18.2.62

9. Hutchings I. and Shipway P. Tribology / second ed. — Butterworth-Heinemann. — 2017. https://doi.org/10.1016/B978-0-08-100910-9.00005-2

10. Barlemont S., Colas G., Lenain A., and Cornuault P.H. Effect of the Countermaterial on the Tribo-logical Behavior of Cu45Zr46Al7Nb2 Bulk Metallic Glass // Wear. — 2023 (522), no. 1, 204712. https://doi.org/10.1016/j.wear.2023.204712

11. Daure J.L. Kóti D., Carrington M.J., McCartney D.G., Stewart D.A., and Shipway P.H. Galling of Stainless Steels as a Function of Test Conditions in an ASTM G196-Type Test Setup – The Role of Temperature, Rotational Velocity, Interrupted Rotation and Rotational Distance // Wear. — 2023 (524–525), 204804. https://doi.org/10.1016/j.wear.2023.204804

12. Wang H.H., Wang W.J., Han Z.Y., Wang Y., Ding H.H., Lewis R., Lin Q., Liu Q.Y, and Zhou Z.R. Wear and Rolling Contact fatigue Competition Mechanism of Different Types of Rail Steels under Various Slip Ratios // Wear. — 2023 (522), 204721. https://doi.org/10.1016/j.wear.2023.204721

13. Derjaguin B.V., Muller V.M., and Toporov Yu.P. Effect of Contact Deformations on the Adhesion of Particles // Journal of Colloid and Interface Science. — 1975 (53), no. 2, 314—326

14. Maugis D. Adhesion of Spheres: the JKR-DMT Transition Using a Dugdale Model // Journal of Colloid and Interface Science. — 1992 (150), no. 1, 243—269

15. Архипов В.Е., Куксенова Л.И., Пугачев М.С., Козлов Д.А., Москвитин Г.В. Влияние модифицированных медью поверхностных слоев на работоспособность пар трения скольжения сталь–сталь // Трение и износ. — 2023 (44), № 4, 322—334. DOI: 10.32864/0202-4977-2023-44-4-322-334

16. Ролдугин В.И. Физикохимия поверхности/2-е изд., испр. — Долгопрудный: Интеллект. — 2011

17. Kishimoto A. and Uda T. Thermodynamics on the Bi-Fe-Ti System and the Gibbs Energy of Bi9Ti8 // Metallurgical and Materials Transactions B. — 2018 (49), 2975—2985. https://doi.org/10.1007/s11663-018-1393-6