С целью оптимального выбора антифрикционных полимерных материалов (ПМ) для металлополимерных подшипников скольжения рассмотрен метод системного трибоанализа, включающий про-ведение модельных трибоиспытаний ПМ и расчётное определение обобщённых характеристик износостойкости в зависимости от удельных сил трения. Метод использован для оценки износостойкости ряда существующих ПМ (полиамида, политетрафторэтилена, полиацеталя, полиэтилентерефталата и полиэфирэфиркетона) и композитов на их основе. Экспериментальные исследования выполнены с использованием трибометра, работающего по схеме торцевого трения. Получаемые характеристики износостойкости являются базовыми параметрами известной математической модели, описывающей кинетику изнашивания материалов при трении скольжения, и аналитического метода расчёта металлополимерных подшипников скольжения. Результаты исследований представлены в виде диаграмм, охватывающих широкий диапазон удельных сил трения, что позволяет наглядно сравнивать анти-фрикционные ПМ по износостойкости. Установлены закономерности трения ПМ в паре со сталью 45, проанализировано качественное и количественное влияние вида наполнителей на износостойкость указанных полимерных материалов. В каждой группе рассматриваемых ПМ найден материал, обладающий максимальной износостойкостью в сравнении с базовым (ненаполненным) полимером.

Для слоистого материала «высокопрочное покрытие — основа» с различающимися значениями толщины упрочнённого слоя проведено конечно-элементное моделирование напряжённо-деформированного состояния, формирующегося при трении. Показано, что с уменьшением толщины покрытия регистрируется существенное возрастание уровня сдвиговых напряжений, действующих в основе при трении. Изучены закономерности изнашивания в условиях сухого трения модифицированных ионами азота высокохромистых сталей 12Х18Н10Т и 40Х13, различающихся твёрдостью основы и толщиной азотированного слоя. Сделано заключение, что аномально высокая интенсивность изнашивания тонкого азотированного слоя в стали 12Х18Н10Т связана с накоплением сдвиговых деформаций в пластичной аустенитной основе при трении, а также с высоким градиентом значений твёрдости по глубине упрочнённого слоя в стали и фазовым → превращением в основе при фрикционном взаимодействии. Исследовано влияние твёрдости основы на износостойкость азотированной стали 40Х13. Установлено, что увеличение твёрдости основы стали 40Х13 приводит к снижению интенсивности изнашивания тонких азотированных слоёв на поздних стадиях триботехнических испытаний, что связано с замедлением процессов накопления сдвиговых деформаций в твёрдой основе стали при трении.

В работе рассмотрены результаты исследований износостойкости деталей машин из конструкционных сталей, при формировании в их поверхностном слое микропор методом деаллоинга на основе электролитно-плазменной обработки. Приведены технологические условия формирования микропористого поверхностного слоя методами электролитно-плазменной обработки с последующим его модифицированием ионной имплантацией и ионным азотированием. Показано, что создание микропористого слоя способствует повышению триботехнических характеристик поверхностей в условиях смазки. Показано, что использование метода электролитно-плазменной обработки поверхности позволяет высокопроизводительно формировать микропористый поверхностный слой, который не требует дальнейшей механической обработки, а в одном технологическом цикле способен осуществить его полирование. Показано, что использование предварительной подготовки поверхностного слоя под азотирование с использованием методов высокоэнергетической обработки позволяет значительно повысить износостойкость микропористого слоя. Приведены результаты сравнительных испытаний микропористых поверхностей с различными вариантами обработки. Показано, что использование микропористых поверхностей в условиях трения со смазкой позволяет повысить износостойкость сталей 40Х и 40ХН приблизительно в 1,5—2 раза, а их азотирование обеспечивает повышение износостойкости по сравнению с простым традиционным азотированием приблизительно в три раза, а по сравнению с микропористыми поверхностями без азотирования более чем в 9 раз.

Рассмотрен механизм смазочного действия двух модельных смазок на основе вазелина медицинского с присадками 0,5 мас. % оксида графена (GO) и шунгитового наноуглерода (Sh) в условиях жёсткого режима трения (машина трения 2070 СМТ-1, нагрузка 2000 Н) при трении пары «диск–ролик» из закалённой стали ШХ15. Проведен анализ вклада химической компоненты в противоизносный процесс. Отмечено, что в случае использования обеих модельных смазок в зоне контакта формируются защитные оксидные плёнки, состоящие из оксидов железа (FeO, Fe2O3, Fe3O4), при этом тип данных двух присадок УНС практически не оказывает влияния на химический состав оксидной плёнки и количественное соотношение образующихся оксидов железа. Полученные результаты показывают, что определяющий вклад в противоизносный процесс вносит механическая компонента, связанная с пространственной организацией присадок УНС.

Обоснована вероятность образования новых фаз на трибосопряжённых металлических поверхностях контактной зоны при физико;химических взаимодействиях смазочно;охлаждающих технологических средств (СОТС) или их компонентов с ювенильными металлическими поверхностями железа и титана при использовании режущего инструмента. Проведены исследования изменения внешнего вида поверхностей стали 45 и титанового сплава ВТ1-0, образованных при резании с использованием в качестве СОТС воздуха и его отдельных компонентов (кислорода и азота), в том числе активированных коронным разрядом, при давлении внешних сред 10–1 мм рт. ст. Лучшее качество поверхности стали 45 было зафиксировано при активации СОТС отрицательным потенциалом на коронирующем электроде. Для титанового сплава ВТ1-0 лучшее качество поверхности было зафиксировано при ак-тивации СОТС положительным потенциалом на коронирующем электроде. Установлено, что титан, имеющий большее химическое сродство к кислороду, обладает большим химическим сродством и к свободно-радикальным фрагментам кислородсодержащих органических СОТС. Выдвинуто предположение о том, что СОТС, содержащие органические соединения, могут использоваться при обработке как железа, так и титана, а также их сплавов.

Повышение эффективности процесса шлифования деталей машин и механизмов предусматривает выбор рациональных режимов обработки, характеристик абразивного инструмента и СОЖ, а также подбор модифицирующих присадок, импрегнируемых в тело круга. В работе исследовались связи между химическим составом, основными физико-химическими и рабочими эксплуатационно-технологическими свойствами СОТС, определяющими эффективность её действия с целью повышения производительности обработки и качества поверхности при шлифовании. Исследования выполнялись на предмет выявления характера физико-химических явлений в контакте абразивное зерно — металл, на приборе «РСЗ-2». Установлен механизм влияния термоэлектрических явлений на процессы взаимодействия тел в присутствии СОТС при шлифовании. Раскрыт механизм влияния термоэлектрических явлений на процессы взаимодействия тел в присутствии СОТС при шлифовании. Показано, что процесс обработки шлифованием можно рассматривать как непрерывное изменение энергии атомных и молекулярных взаимодействий в трехфазной граничной системе металл — смазка — абразивное зерно.

Исследование включает разработку и анализ математической модели истинно вязкого смазочного материала в модифицированной конструкции подшипника скольжения с композиционным фторо-пластсодержащим покрытием на поверхности вала и канавкой, которая способствует улучшению распределения смазочного материала и повышению долговечности системы. На основе уравнения движения, исследуемого жидкого смазочного материала, уравнения неразрывности и уравнения состояния получены новые математические модели, учитывающие дополнительно такой его параметр, как сжимаемость. Новизна работы заключается в разработке методики инженерных расчетов конструкции радиального подшипника скольжения с полимерным покрытием при учете наличия канавки, а также зависимости вязкости от давления и сжимаемости смазочного материала, позволяющих определить величину основных триботехнических параметров. Результаты исследования обеспечили снижение погрешностей по несущей способности на 11—13 %, и по коэффициенту трения на 9—12 % модифицированного подшипника в сравнении с традиционными конструкциями. В результате удалось добиться увеличения срока службы радиальных подшипников, что имеет большое значение для их промышленного применения.

С помощью аддитивного электронно-лучевого выращивания были получены сплавы БрАМц9-2/12Х18Н9Т со следующими соотношениями концентраций 90:10, 75:25, 50:50 и 25:75. В работе была исследована микроструктура, механические и трибологические свойства полученных материалов. В качестве контртел использовали шарики из Si3N4, которые скользили без смазки по дискам из полученных материалов. Максимальный и минимальный уровни предела прочности при растяжении составили 813 МПа и 635 МПа, достигнутые для образцов, содержащих БрАМц9-2/12Х18Н9Т в соотношении 50:50 и 75:25 соответственно. Показано, что с увеличением содержания стали с 10 до 75 %, происходит увеличение среднего коэффициента трения и интенсивности изнашивания. Имеет место смена механизма изнашивания от износа за счёт избыточной пластической деформации к абразивному изнашиванию. Этот переход сопровождается уменьшением флуктуаций значений коэффициента трения. Несмотря на наличие подповерхностных дефектов у сплавов с большим количеством стали, их средние значения коэффициента трения лежат в диапазоне меньших величин (0,38—0,42) по сравнению с известными из литературы материалами, коэффициент трения которых лежит в диапазоне 0,46—0,52 при сравнимых условиях трибологических испытаний. Таким образом, полученные в работе материалы имеют уровень свойств, позволяющий применять данные материалы при изготовлении высоконагруженных деталей и узлов судоходной техники, которые подвергаются изнашиванию в условиях воздействия агрессивных сред.

Представлены результаты экспериментальных исследований стойкости защитных оксидных покрытий нержавеющей стали марки 12Х18Н10Т в среде свинцового теплоносителя, при моделировании аварийной ситуации «межконтурная неплотность парогенератора». Испытания проводились на стенде ФТМ-2023 НГТУ в свинцовом теплоносителе с температурой до 430—450 °С, без циркуляции. Трубный пучок для моделирования течи парогенератора при истечении лёгкой фазы представляет собой два ряда труб 22×3,5 приваренных к пластине с шагом в 33 мм. Данные получены для трубных пучков с двумя разными видами отверстий для истечения паровой фазы: щелевое отверстие 13х1 мм и круглое отверстие диаметром 4 мм. Обработка и анализ результатов позволили сделать вывод о том, что при попадании пароводяной смеси в контур ТЖМТ происходит утонение оксидных покрытий в зависимости от места расположения трубки в пучке и от формы отверстия истечения. Происходит заметное уменьшение микротвёрдости (на 49 HV для трубного пучка с круглым отверстием истечения и на 23 HV для трубного пучка с прямоугольным отверстием истечения), что проявляется сильнее при приближении к отверстию истечения и зависит от ориентации поверхности трубки, на которую попадает смесь, относительно неплотности. Полученные данные рекомендуется использовать при оценке последствий большой течи парогенератора горизонтального исполнения в установках с ТЖМТ.

В работе методами электронной сканирующей микроскопии изучены механизмы контактного взаимодействия алмазосодержащих композиционных материалов (сегментов алмазного отрезного круга) при резании стали и бетона. Установлено, что увеличение значений режущей способности алмазного отрезного круга при повышении концентрации алмазных зёрен в алмазосодержащем композиционном материале сегментов связано не только с увеличением количества алмазных зёрен на поверхности сегмента, но и с изменением механизма контактного взаимодействия алмазосодержащей композиции, с обрабатываемым материалом. Установлено, что увеличение размеров зёрен, даже при небольшом изменении концентрации (с 17,5 до 25 отн. %) в сегменте изменяет режущую способность инструмента. Алмазные зерна снижают вклад фрикционного взаимодействия связки с обрабатываемым материалом, а их более высокая концентрация в сегменте, приводит к снижению ударных нагрузок на зерно. При резании стальной трубы, увеличение концентрации алмазных зёрен, снижает фрикционную составляющую контактного взаимодействия алмазосодержащего композиционного материала со сталью, уменьшая тепловой эффект фрикционного взаимодействия, а увеличение их размеров способствует повышению прочности их закрепления связкой, нивелируя влияние теплового эффекта фрикционного взаимодействия связки со сталью и повышения её температуры в зоне фрикционного контакта.

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.