Модификация триботехнических свойств углеродных композитов методом лазерной обработки поверхности

Исследована структура и триботехнические характеристики композитного материала на основе углеродной ПАН ткани и матрицы, полученной методом осаждения из газовой фазы. Один из образцов исследуемого материала был подвергнут обработке лазерным излучением, с локальным лазерным разогревом поверхностного слоя до 2800—3000 °C. Другой образец композита был термически обработан при температуре T > 2000 °С. Были проведены триботехнические испытания и получены значения коэффициентов трения и изнашивания в паре со стальным и керамическим контртелами. С целью определения особенностей механизмов трения и изнашивания модифицированных материалов, поверхность композитов после трения была исследована методом сканирующей электронной микроскопии с рентгеноспектральным анализом. Установлено, что лазерная обработка значительно улучшает антифрикционные свойства углеродного композита в паре со стальным контртелом (уменьшение коэффициента трения в два раза, уменьшение износа в три раза). Выявлено, что такая обработка значительно меняет характер плёнки вторичных структур (ВС), формирующейся на поверхности трения композитов в паре со сталью. В составе плёнки не обнаруживаются элементы материала контртела, что свидетельствует о его минимальном износе в процессе трения. Сама плёнка ВС становится толще и плотнее, полностью покрывая поверхность композита. Это позволяет ей в большей степени проявлять твёрдосмазочные и противоизносные свойства, улучшая триботехнические характеристики композита.

1. Sarower K., Chowdhury A.S., Sazzad H.A., Imtiaz A.C., and Faiz A. Review of the Developments in Composite Materials over the Last 15 Years // Ref-erence Module in Materials Science and Materials Engineering. — Elsevier. — 2023

2. Cheng H., Xue N.J., and Hou W.Q. The Applica-tion and Development of Carbon/Carbon Compo-sites in Aircraft and High-Speed Train Braking Sys-tems // Carbon. — 2020 (184), 30—33

3. Wu S., Liu Y., Ge Y., Ran L., Peng K., and Yi M. Structural Transformation of Carbon/Carbon Composites for Aircraft Brake Pairs in the Braking Process // Tribology International. — 2016 (102), 497—506

4. Hao M., Luo R., Hou Z., Yang W., Xiang Q., and Yang C. Effect of Fiber-Types on the Braking Per-formances of Carbon/Carbon Composites // Wear. — 2014 (319), nos. 1-2, 145—149

5. Lu F., Lu L., Liu J., Pang X., and Song C. Tribo-logical Properties and Wear Mechanism of C/C Composite Applied in Finger Seal // Machines. — 2023 (11), no. 2, 176

6. Su H., Zhang C., and Sun S. Research on the Wear Model of Carbon/Carbon Composite Finger Seal // Wear. — 2021 (476), 203682

7. Темис Ю.М., Селиванов А.В. Перспективные уплотнения для газотурбинных двигателей // Авиационные двигатели. — 2021 (11), № 2, 43—60

8. Буковский П.О., Морозов А.В., Кулаков В.В., Голубков А.К., Родионов Н.Б., Киричен-ко А.Н. Триботехнические свойства углерод-углеродных фрикционных композитов при вы-соких температурах // Трение и износ. — 2022 (43), № 5, 491—501

9. Григорьянц А.Г., Сафонов А.Н. Основы лазер-ного термоупрочнения сплавов. — М.; Высш. шк. — 1988

10. Al-Sulaiman F. and Yilbas B. Laser Treatment of a Carbon/Carbon Reinforced Composite // Lasers in Engineering. — 2005 (15), 119—127

11. Volfkovich Y.M., Sakars A.V., and Volinsky A.A. Application of the Standart Porosimetry Method for Nanomaterials // Int. nanotechnology. — 2005 (2), no. 3, 292—302

12. Андросенко В.Н., Якимов М.Ю. Параметры лазерной поверхностной термообработки угле-род-углеродного композиционного материала // Механика и моделирование материалов и тех-нологий. Сборник трудов Секции Международ-ной молодежной научной конференции «XLVII Гагаринские чтения» 20–23 апреля 2021. — Москва: ИПМех РАН. — 2021, 11—14

13. Шпенев А.Г. Влияние термоупругой неустой-чивости на износ композитных тормозных дис-ков // Трение и износ. — 2021 (42), № 1, 52—62

14. Щербакова О.О., Буковский П.О., Муравье-ва Т.И., Шпенев А.Г., Кривошеев А.Ю., Кале-дин А.В., Шикунов С.Л., Курлов В.Н. Исследо-вание влияния материала контртела на трибо-логические характеристики углеродных компо-зитов на основе тканевых препрегов // Поверх-ность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. — 2024, Принято в печать